李瑞敏，張世春，王毅勇，張學(xué)磊，趙紅梅，周勤遷，陳衛(wèi)衛(wèi)（.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林 長(zhǎng)春 3002；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 00049）

三江平原作物收獲期大氣顆粒物濃度特征

李瑞敏1，2，張世春1*，王毅勇1*，張學(xué)磊1，趙紅梅1，周勤遷1，陳衛(wèi)衛(wèi)1（1.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林 長(zhǎng)春 130102；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

通過對(duì)2013年10月東北三江平原農(nóng)作物收獲期大氣顆粒物的在線監(jiān)測(cè)，結(jié)合衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)據(jù)與后向軌跡模擬，分析了秸稈燃燒和作物收割等農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)大氣顆粒物質(zhì)量濃度及粒徑分布的影響.結(jié)果表明：作物收獲前期、中期和后期大氣PM2.5的平均質(zhì)量濃度分別為36.0，158.3，33.8μg/m3；現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)表明，水稻收割（321.1μg/m3）和秸稈燃燒（2777.1μg/m3）時(shí)監(jiān)測(cè)田塊內(nèi)PM2.5的平均濃度分別是收割前和燃燒前平均濃度的2.5倍和11.5倍；衛(wèi)星火點(diǎn)及后向軌跡分析發(fā)現(xiàn)，觀測(cè)期間PM2.5與該地區(qū)衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)量的變化趨勢(shì)比較一致，且氣團(tuán)軌跡經(jīng)過火點(diǎn)較集中區(qū)域時(shí)測(cè)得較高的PM2.5濃度值；對(duì)不同粒徑（＜1μm，1～2.5μm，2.5～10μm）大氣顆粒物質(zhì)量濃度的觀測(cè)表明，收獲中期受大面積秸稈燃燒的影響，0～1 μm粒徑組分明顯增加，而收獲后期由于降水過程對(duì)0～1μm粒徑顆粒物的清除效率較低，故該粒徑顆粒物仍維持較高比例.

PM2.5；秸稈燃燒；水稻收割；東北三江平原

近年來區(qū)域性大氣灰霾現(xiàn)象在我國頻繁發(fā)生.然而，研究者們對(duì)于我國灰霾的研究多集中于大中城市［1-4］，對(duì)于農(nóng)業(yè)地區(qū)的相關(guān)研究則較少.事實(shí)上，各種農(nóng)業(yè)活動(dòng)，如播種、翻耕、收割尤其是秸稈燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的大氣顆粒物，并可在一定條件下使大氣能見度降低而發(fā)生嚴(yán)重灰霾事件［1-6］.目前已有大量有關(guān)農(nóng)業(yè)地區(qū)氣溶膠的研究，例如對(duì)全國秸稈燃燒PM10、PM2.5、OC、EC、NMVOC等污染物排放量的研究［4，7-9］.但迄今針對(duì)農(nóng)業(yè)操作各主要環(huán)節(jié)（如秸稈燃燒，作物收割等）對(duì)大氣顆粒物的影響研究仍相對(duì)匱乏.農(nóng)業(yè)活動(dòng)作為大氣顆粒物的重要排放源，其相關(guān)研究的匱乏增加了區(qū)域農(nóng)業(yè)氣溶膠排放清單編制的不確定性，同時(shí)也不利于農(nóng)業(yè)氣溶膠減控對(duì)策的研究和制訂.

東北三江平原地區(qū)是國家重要的商品糧生產(chǎn)基地，糧食及農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量規(guī)模位于全國前列［2，11］.作物收獲期，本地區(qū)大量秸稈在野外無序焚燒，其中黑龍江省秸稈露天燃燒的比例高達(dá)20%～40%［10-11］.農(nóng)業(yè)秸稈焚燒導(dǎo)致空氣中顆粒物急劇增加，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣質(zhì)量.本研究通過開展該地區(qū)農(nóng)業(yè)收獲期大氣顆粒物的在線觀測(cè)，探討收獲期農(nóng)業(yè)活動(dòng)（如秸稈燃燒和水稻收割等）對(duì)空氣中顆粒物濃度的影響，旨在為東北地區(qū)農(nóng)業(yè)源排放清單的編制提供基礎(chǔ)資料，也可為農(nóng)業(yè)源氣溶膠的緩減對(duì)策制訂提供參考.

1 材料與方法

1.1 觀測(cè)站點(diǎn)與設(shè)備

本試驗(yàn)于2013年9月25日至10月31日在位于黑龍江省洪河農(nóng)場(chǎng)居民生活區(qū)的中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)洪河觀測(cè)站進(jìn)行（47.583°N， 133.517°E）.洪河農(nóng)場(chǎng)位于東北三江平原腹地，主要農(nóng)作物為水稻，每年10月收獲.當(dāng)?shù)貙?duì)水稻秸稈的處理方式通常是在田間晾曬風(fēng)干（約2～3d）后直接焚燒.本試驗(yàn)觀測(cè)地點(diǎn)在紫金山天文臺(tái)二層觀測(cè)樓的樓頂平臺(tái)（距地面約8米）.觀測(cè)期間使用1臺(tái)DustTrak氣溶膠監(jiān)測(cè)儀（TSI-8520型，TSI公司，美國）對(duì)大氣PM2.5的質(zhì)量濃度進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)在線觀測(cè)（雨雪天氣除外），每5min記錄一條實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù).

此外，在水稻收獲前期（9月27日）、中期（10月10日）和后期（10月27日）分別選擇具有代表性的一天，利用1臺(tái)DustTrak氣溶膠監(jiān)測(cè)儀分別對(duì)3種不同粒徑的顆粒物（PM1、PM2.5和PM10）進(jìn)行在線測(cè)量.測(cè)量時(shí)間為觀測(cè)當(dāng)日的8：00、10：00、12：00、14：00和16：00.數(shù)據(jù)記錄方式為每種粒徑顆粒物依次分別測(cè)量3min，每1s記錄一條數(shù)據(jù).

本文使用的氣象資料（氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和降水量）從附近（500m內(nèi)）的中國科學(xué)院三江沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站的氣象站獲取.

1.2 水稻收割和秸稈燃燒對(duì)PM2.5影響的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)

為研究水稻收割和秸稈燃燒對(duì)PM2.5質(zhì)量濃度的影響，10月16日13：00和10月18日14：00分別將1臺(tái)DustTrak氣溶膠監(jiān)測(cè)儀架設(shè)于距紫金山天文臺(tái)1.5km處的水稻田內(nèi)，分別對(duì)水稻收割和秸稈燃燒過程中的大氣PM2.5進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè).具體測(cè)量方式為：水稻收割前，使用1臺(tái)DustTrak儀在田塊上風(fēng)向距地面高1.5m處測(cè)量PM2.5質(zhì)量濃度5min，每1s記錄一條數(shù)據(jù)，作為水稻收割PM2.5質(zhì)量濃度的背景值；水稻收割時(shí)，將這臺(tái)DustTrak儀置于收割機(jī)下風(fēng)向3至5m［12-13］處，跟隨著收割機(jī)前行，每1s記錄一條數(shù)據(jù)，25min為1組測(cè)量，共測(cè)量2組.

與此類似，水稻秸稈燃燒開始前，使用1臺(tái)DustTrak儀在秸稈燃燒田塊上風(fēng)向距地面高1.5m處測(cè)量PM2.5質(zhì)量濃度背景值5min；秸稈燃燒時(shí)則于著火點(diǎn)的下風(fēng)向測(cè)量，每1s記錄一條PM2.5數(shù)據(jù)，每組測(cè)量10min，共測(cè)量4組.

2 結(jié)果與討論

2.1 收獲期PM2.5日均質(zhì)量濃度的變化特征

根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)規(guī)律及觀測(cè)期間PM2.5質(zhì)量濃度日均值的變化趨勢(shì)（圖1），本文將整個(gè)收獲期劃分為收獲前期（P1）、收獲中期（P2）和收獲后期（P3）.其中，收獲前期（9月25日至10月5日）內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度處于較低水平，其日均值范圍為4.0～87.7μg/m3，平均值為31.2μg/m3.本時(shí)期PM2.5日均質(zhì)量濃度符合我國環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［14］（75μg/m3）的天數(shù)為10d，占該時(shí)期總天數(shù)的91%.

收獲中期（10月6日至10月26日），PM2.5質(zhì)量濃度較收獲前期明顯上升，其日均值范圍為6.2～426.7μg/m3，平均值為163.7μg/m3.此期間PM2.5日均質(zhì)量濃度超過我國環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［14］的天數(shù)為14d，超標(biāo)天數(shù)為總天數(shù)的74 %.

收獲后期（10月27日至10月31日）， PM2.5質(zhì)量濃度保持低值，其日均值范圍為29.0～40.8μg/m3，平均值為33.7μg/m3.本時(shí)期PM2.5日均質(zhì)量濃度全部達(dá)到我國環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

可見，相比較于收獲前期和后期，收獲中期PM2.5污染非常嚴(yán)重.相關(guān)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，觀測(cè)期間PM2.5與氣溫、空氣相對(duì)濕度的相關(guān)性均不顯著，表明這些氣象因子不是造成收獲中期PM2.5污染的主要因素.雖然降水對(duì)空氣中PM2.5具有明顯的清除作用（例如9月29日和10月2日、11日、25日和26日），風(fēng)速也具有比較明顯的降低PM2.5濃度的效果（r=-0.37， P=0.03），但二者均不足以解釋收獲中期嚴(yán)重的PM2.5污染.然而，收獲中期正值當(dāng)?shù)卮蠓秶械臋C(jī)械化作物收割和秸稈燃燒時(shí)期，而收獲前期和后期的農(nóng)業(yè)活動(dòng)則較為稀少，可見PM2.5濃度的變化趨勢(shì)與當(dāng)?shù)厍锸辙r(nóng)業(yè)活動(dòng)較為吻合，因此秸稈燃燒等農(nóng)業(yè)活動(dòng)很可能是造成收獲中期PM2.5污染的主要因素.

圖1 收獲期PM2.5質(zhì)量濃度的小時(shí)均值和日均值以及日降水量Fig.1 Daily and hourly mass concentrations of PM2.5and daily precipitation during the pre-harvest （P1）， harvest （P2）and post-harvest stages （P3）

圖2 收獲期不同階段PM2.5質(zhì)量濃度的日變化特征Fig.2 Diurnal variations of the mass concentration of PM2.5in periods of pre-harvest， harvest and post-harvest

2.2 收獲期不同階段PM2.5質(zhì)量濃度的日變化特征

將收獲前期、中期、后期不同時(shí)刻的PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)分別作算術(shù)平均，得到3個(gè)時(shí)期PM2.5質(zhì)量濃度日變化曲線.如圖2所示，由于受到共同排放源的影響，收獲期不同階段PM2.5質(zhì)量濃度日變化表現(xiàn)出一些相似的特征，例如，受到農(nóng)場(chǎng)居民烹飪活動(dòng)的影響，傍晚17：00前后均表現(xiàn)出峰值或上升趨勢(shì)；在秸稈燃燒排放的影響和大氣邊界層條件的作用下，夜晚21：00前后均出現(xiàn)明顯的峰值；而在中午前后大氣擴(kuò)散條件有利，而農(nóng)業(yè)活動(dòng)不強(qiáng)時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出明顯的谷值.

然而，與收獲前期和后期相比，收獲中期PM2.5日變化也表現(xiàn)出明顯不同的特征：（1）PM2.5日變化幅度高達(dá)230.4μg/m3，明顯高于前期（52.1μg/m3）和后期（18.4μg/m3）的日變化幅度；（2）在上午10：00前后出現(xiàn)一個(gè)明顯的峰值（237.0μg/m3）.由于當(dāng)?shù)仄毡橛诿咳丈衔绾桶砑腥紵窘斩挘虼耸斋@中期的這種日變化特征恰好與該時(shí)期大范圍的水稻秸稈露天焚燒的情況相吻合，這表明秸稈燃燒排放是此期間PM2.5的重要來源.

2.3 水稻收割和秸稈燃燒現(xiàn)場(chǎng)PM2.5監(jiān)測(cè)

為了解水稻收割和秸稈露天燃燒對(duì)PM2.5質(zhì)量濃度的影響，本研究對(duì)這兩種農(nóng)業(yè)操作現(xiàn)場(chǎng)的PM2.5質(zhì)量濃度進(jìn)行了監(jiān)測(cè).結(jié)果表明，水稻收割開始前背景空氣中PM2.5質(zhì)量濃度平均值為126.9μg/m3；收割開始后PM2.5質(zhì)量濃度值顯著增加，其變化范圍為120.7～1527.0μg/m3，平均質(zhì)量濃度值（321.1μg/m3） 是背景濃度的2.5倍，超出我國空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)3倍.

秸稈燃燒前PM2.5質(zhì)量濃度的背景值為241.9μg/m3；秸稈燃燒開始后，PM2.5的質(zhì)量濃度急劇上升，其濃度范圍為258.0～8639.0μg/m3，平均值為2777.1μg/m3，是燃燒前PM2.5背景濃度的11.5倍，超過我國空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［14］37倍.需要注意的是，本觀測(cè)在距離水稻收獲或秸稈焚燒現(xiàn)場(chǎng)3～5m處進(jìn)行，并不能用以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)這些農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響.為此今后亟待加強(qiáng)農(nóng)業(yè)活動(dòng)過程中大氣顆粒物的排放系數(shù)、傳輸過程和影響空間范圍等方面的研究.但本結(jié)果仍可證明水稻收割尤其是秸稈燃燒會(huì)釋放大量的大氣細(xì)顆粒物，因此可能對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響.

2.4 基于衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)據(jù)和后向軌跡對(duì)收獲期一次嚴(yán)重灰霾事件的分析

圖4 觀測(cè)期間衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)量與PM2.5間的關(guān)系Fig.4 Relationships between fire spots number and PM2.5levels during the observation period

為進(jìn)一步分析秸稈燃燒等農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)當(dāng)?shù)卮髿釶M2.5的影響，本文針對(duì)10月8～11日的嚴(yán)重灰霾事件（圖1），分析了衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)量分布（火點(diǎn)數(shù)據(jù)來源于The Fire Information for Resource Management System （FIRMS）的Web Fire Mapper網(wǎng)站： https：//firms.modaps.eosdis.nasa.gov/ firemap/）和后向軌跡與PM2.5質(zhì)量濃度的關(guān)系.為研究不同距離遠(yuǎn)源傳輸?shù)挠绊懀疚姆治隽擞^測(cè)點(diǎn)附近（區(qū)域I）和整個(gè)三江平原地區(qū)（區(qū)域II）衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)量與觀測(cè)點(diǎn)PM2.5質(zhì)量濃度間的關(guān)系（圖4）.如圖4所示，觀測(cè)期間區(qū)域I和區(qū)域II范圍內(nèi)衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)量與PM2.5的變化趨勢(shì)比較一致，相關(guān)分析表明，二者間的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到顯著水平（R2分別為0.26和0.19，P＜0.01）.區(qū)域I較區(qū)域II相對(duì)較高的R2表明觀測(cè)點(diǎn)PM2.5受附近火點(diǎn)的影響更明顯，同時(shí)也表明選取區(qū)域I進(jìn)行衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)量與PM2.5間關(guān)系的分析比選擇區(qū)域II更恰當(dāng).值得指出的是，區(qū)域I和區(qū)域II火點(diǎn)數(shù)量與PM2.5質(zhì)量濃度的R2值均較低（＜0.3），可能的原因是：（1）云層遮蔽等原因?qū)е碌男l(wèi)星火點(diǎn)數(shù)量的不確定性和數(shù)據(jù)缺失，以及衛(wèi)星過境時(shí)間限制所導(dǎo)致的衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)據(jù)與地面PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在平均時(shí)間上的不匹配；（2）地表燃燒過程對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量影響的機(jī)制非常復(fù)雜，衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)量不能完全表征地表燃燒過程的強(qiáng)度及其環(huán)境影響；（3）觀測(cè)點(diǎn)附近偶發(fā)的明顯排放源（如樹葉和垃圾焚燒）的影響. 例如，10月7日、20～22日觀測(cè)點(diǎn)附近發(fā)生了樹葉和垃圾焚燒等明顯的局地顆粒物排放過程，導(dǎo)致此期間盡管衛(wèi)星捕獲到的火點(diǎn)數(shù)量較少，但仍然觀測(cè)到了很高的PM2.5質(zhì)量濃度（見圖中a和b標(biāo)記處）.若排除這幾日的數(shù)據(jù)，區(qū)域I和區(qū)域II衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)量與PM2.5間的相關(guān)系數(shù)r2則可分別提高至0.41和0.33.由于諸多因素均可導(dǎo)致比較差的衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)量與地表空氣PM2.5濃度的相關(guān)關(guān)系，因此本文獲得的相對(duì)較高的相關(guān)系數(shù)（0.41和0.33）可在一定程度上說明地表燃燒過程（在此主要為水稻秸稈露天焚燒）對(duì)觀測(cè)期間PM2.5質(zhì)量濃度具有重要影響.

圖5 三江平原24h后向軌跡和火點(diǎn)疊加Fig.5 The 24-hour back trajectories and regional fire spots in Sanjiang Plain（a）10月8日；（b）10月9日；（c）10月10日；（d）10月11日

此外，將衛(wèi)星火點(diǎn)分布與后向軌跡相疊加是一種研究生物質(zhì)燃燒對(duì)PM2.5濃度影響區(qū)域范圍和程度的有效手段［16］.為此，本文利用HYSPLIT模式模擬了該灰霾事件期間觀測(cè)站點(diǎn)的24h后向軌跡.模擬的起始高度設(shè)為100m，模擬起始時(shí)間為北京時(shí)間18：00，每4h進(jìn)行一次軌跡模擬.如圖5所示，10月8日至11日24h后向軌跡的高度均保持在大氣邊界層內(nèi)（低于2km），因而容易攜帶秸稈燃燒排放的氣溶膠粒子進(jìn)行傳輸［15-16］.10月8日，在三江平原區(qū)域出現(xiàn)了大量的火點(diǎn)分布，且氣團(tuán)軌跡經(jīng)過了火點(diǎn)較集中區(qū)域，為觀測(cè)站點(diǎn)帶來了大量的氣溶膠顆粒物，使得此時(shí)測(cè)得了較高的PM2.5質(zhì)量濃度值（140.3μg/m3）.10月9日，雖然火點(diǎn)分布較前一天稀疏，但后向軌跡仍然經(jīng)過了火點(diǎn)較集中區(qū)域，而且當(dāng)天較低的風(fēng)速（1.9m/s）有利于污染物累積，因此PM2.5升高至234.5μg/m3.10月10日，火點(diǎn)分布更加密集，且大部分氣團(tuán)軌跡的高度都貼近地面，風(fēng)速亦較低，因此極易攜帶并累積當(dāng)?shù)厝紵瘘c(diǎn)處所釋放的大氣顆粒物［15-16］，因而PM2.5升高至整個(gè)觀測(cè)期間的最高值（426.7μg/m3）.10月11日，由于降水過程和相對(duì)較高的風(fēng)速（3.0m/s）對(duì)氣溶膠粒子的清除作用，PM2.5質(zhì)量濃度降低至152.8μg/m3.10月12日，風(fēng)速高達(dá)6.1m/s，PM2.5質(zhì)量濃度降低至6.2μg/m3，灰霾事件結(jié)束.

由此可見，此次灰霾事件中PM2.5濃度與衛(wèi)星火點(diǎn)分布和氣團(tuán)后向軌跡的變化具有一致性，將衛(wèi)星火點(diǎn)分布與后向軌跡分析相結(jié)合可更合理地解釋地表生物質(zhì)燃燒對(duì)PM2.5的影響范圍和過程，同時(shí)也表明秸稈燃燒的局地排放和遠(yuǎn)源傳輸可能是此次灰霾事件發(fā)生的重要原因.

2.5 收獲期不同階段大氣PM1/PM2.5和PM2.5/PM10比值

收獲前期、中期、后期分別選取1d觀測(cè)了0～1μm、1～2.5μm和2.5～10μm 3種粒徑顆粒物的質(zhì)量濃度，以分析不同時(shí)期顆粒物粒徑組成的變化.如圖6所示，收獲前期、中期、后期3種粒徑顆粒物對(duì)PM10的貢獻(xiàn)不同.其中，收獲前期（9月27日）0～1μm、1～2.5μm和2.5～10μm 3種粒徑顆粒物的平均質(zhì)量濃度分別為17.5、3.8和6.1μg/m3，收獲中期（10月10日）3種粒徑顆粒物平均質(zhì)量濃度分別為389.7、27.0和26.3μg/m3，收獲后期（10月27日）則分別為61.8、2.6和4.6μg/m3. PM1/PM2.5比值在收獲前期、中期和后期分別為81%、92%和96%，PM2.5/PM10比值則分別為77%、94%和94%.可見，與收獲前期相比，收獲中期0～1μm粒徑組分大幅上升，而1～2.5μm和2.5～10μm組分的上升幅度則相對(duì)較小，說明收獲中期PM10的增加主要由0～1μm的顆粒物所貢獻(xiàn).本結(jié)果說明收獲中期水稻秸稈燃燒主要產(chǎn)生的是粒徑＜1μm的顆粒物，這與前人研究結(jié)果一致［17］，同時(shí)也說明細(xì)顆粒物比例（如PM1/PM10或PM2.5/PM10）的增加可以作為指示生物質(zhì)燃燒過程的一種參考指標(biāo).

圖6 收獲前期（P1）、中期（P2）和后期（P3）大氣顆粒物粒徑分布Fig.6 Mass concentration of aerosols with different particle sizes in the pre-harvest （P1）， harvest （P2） and post-harvest stages（P3）

此外，收獲中期和收獲后期均具有較高的細(xì)顆粒物比例，其中前者0～1μm粒徑組分的增加可能反映了該時(shí)期大面積秸稈燃燒的影響，后者則可能是因?yàn)榻邓^程對(duì)空氣中較粗粒子的清除效率高，而對(duì)0～1μm粒徑顆粒物的清除效率較低，導(dǎo)致收獲后期0～1μm顆粒物仍維持較高濃度.

3 結(jié)論

3.1 農(nóng)作物收獲中期PM2.5日均質(zhì)量濃度（158.3μg/m3）明顯高于前期（36.0μg/m3）和后期（33.8μg/m3）， PM2.5日變化特征也與秋收活動(dòng)規(guī)律相吻合，表明觀測(cè)期間高強(qiáng)度、大范圍的作物收割和秸稈燃燒等農(nóng)業(yè)活動(dòng)顯著提高了環(huán)境空氣中的PM2.5質(zhì)量濃度.

3.2 水稻收割和秸稈燃燒過程排放了大量的PM2.5.水稻收割時(shí)收割田塊內(nèi)PM2.5的平均質(zhì)量濃度為321.1μg/m3，是收割前濃度（126.9μg/m3）的2.5倍，水稻秸稈燃燒時(shí)PM2.5平均質(zhì)量濃度為2777.1μg/m3，為燃燒前濃度（241.9μg/m3）的11.5倍.

3.3 衛(wèi)星火點(diǎn)及后向軌跡分析表明，觀測(cè)期間三江平原地區(qū)衛(wèi)星火點(diǎn)數(shù)量與觀測(cè)站點(diǎn)PM2.5質(zhì)量濃度的變化趨勢(shì)相一致.當(dāng)氣團(tuán)軌跡經(jīng)過火點(diǎn)較集中區(qū)域時(shí)測(cè)得較高的PM2.5質(zhì)量濃度值，進(jìn)一步證明了秸稈燃燒等農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)大氣PM2.5的重要影響.

3.4 農(nóng)田收獲期大氣顆粒物以細(xì)顆粒物（PM2.5）尤其是0～1μm顆粒物（PM1）為主；收獲中期0～1μm顆粒物組分的增加是由于該時(shí)期大面積秸稈燃燒的影響，而收獲后期0～1μm顆粒物組分仍維持在較高比例則是由于降水過程對(duì)空氣中較粗粒子的清除效率高所導(dǎo)致.

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致謝：特別感謝中國科學(xué)院三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站提供本文所需的氣象數(shù)據(jù)，以及中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)洪河觀測(cè)站在試驗(yàn)觀測(cè)方面提供的大量協(xié)助和無私幫助.

Mass concentration of atmospheric fine particulates in crop harvesting period in Sanjiang Plain， Northeast China.

LI Rui-min1，2， ZHANG Shi-chun1*， WANG Yi-yong1*， ZHANG Xue-lei1， ZHAO Hong-mei1， ZHOU Qin-qian1，2， CHEN Wei-wei1（1.Northeast Institute of Geography and Agroecology， Chinese Academy of Sciences， Changchun 130102， China；2.University Chinese Academy of Science， Beijing 100049， China）. China Environmental Science， 2015，35（3）：676～682

s：Using the portable real-time particulate matter （PM） analyzer， we measured rural airborne PM2.5concentrations in the Sanjiang Plain during the periods of crop harvest and straw burning in October 2013. Combined with satellite-based fire spot numbers and HYSPLIY backward trajectories， the relationship of PM2.5concentration and PM size distribution and agricultural operations （i.e.， residue burning and rice harvest） were discussed. The mass concentration of PM2.5averaged to 36.0μg/m3，158.3μg/m3and 33.8μg/m3in pre-harvest， harvest and post-harvest stages， respectively. The mass concentration of PM2.5in the field during the rice harvesting and rice straw burning were about 2.5 and 11.5 times higher than the background levels， respectively， which indicate the importance of agricultural operations. Furthermore， we found that the mass concentrations of ambient PM2.5were closely related with the number of the fire spots. Wind speed had a negative influence on the mass concentration of PM2.5levels due to the acceleration of diffusion. The mass concentrations of PM with different diameters （0～1μm， 1～2.5μm， 2.5～10μm） showed that the ratio of fine particles（0～1μm） increased significantly since rice straw burning.

PM2.5；crop residue burning；rice harvesting；Sanjiang Plain in Northeast China

X513

A

1000-6923（2015）03-0676-07

李瑞敏（1988-），女，吉林白山人，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所碩士研究生，主要研究方向?yàn)榇髿猸h(huán)境監(jiān)測(cè)和排放清單.

2014-06-28

國家自然科學(xué)青年科學(xué)基金項(xiàng)目（41205107，41205108）；中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDB05020304）

*責(zé)任作者，張世春，助理研究員，zhangshichun@iga.ac.cn；王毅勇，研究員，wangyiyong@iga.ac.cn