仅仅减少氨的排放是不够的：虽然能够满足植被生长的关键需求，但仍然无法达到PM2.5空气质量的目标

《Environmental Research》：Only ammonia reduction is insufficient: Meeting vegetation critical levels but not PM 2.5 air quality targets

中国需通过协同减排策略控制NH3和PM2.5污染，NH3浓度在2019年大部分省份超标30%，需减排近50%，尤其中部和东北地区。同时需协同减少VOCs、NOx、SO2等污染物，工业交通扬尘领域优先减排。

　　

黄静文|提超普|顾宝静|王晨|黄冉|单俊|严晓媛

中国科学院土壤科学研究所，常熟国家农业生态系统观测与研究站，土壤与可持续农业国家重点实验室，南京 211135，中国

摘要

过量的氨（NH₃）会导致植被出现可见的叶片损伤，并促进细颗粒物（PM_2.5）的形成，因此迫切需要减少NH₃的排放以保护生态系统、环境质量和人类健康。然而，我们仍然缺乏有效策略来同时实现保护植被和达到PM_2.5空气质量标准的目标。在这里，我们使用Community Multiscale Air Quality模型评估了NH₃和PM_2.5的浓度，并提出了协同减排策略以达成上述两个目标。结果显示，2019年大多数省份的NH₃浓度远高于保护植被所需的临界水平3 μg m^?3。为了达到这一临界水平，几乎需要减少50%的NH₃排放，尤其是在中国中部和东北部地区。同时，即使在此基础上进一步减少NH₃排放，中国东部和中部的一些省份仍无法达到PM_2.5的空气质量标准（35 μg m^?3）。相比之下，减少其他类型的污染物（如挥发性有机化合物、氮氧化物和二氧化硫）0-60%的排放量，可以缓解中国为达到空气质量目标而面临的NH₃减排压力。在工业、交通和扬尘等领域减少这些污染物应作为NH₃和PM_2.5污染协同管理的重点。

引言

过量的氨（NH₃）及其后续形成的铵离子（NH₄⁺）对陆地植被有严重的直接和间接影响（de Vries等人，2024年）。直接影响包括叶片损伤，而间接影响则表现为植物对非生物和生物胁迫的敏感性增强（Fangmeier等人，1994年；Krupa，2003年；Vitousek等人，1997年）。除了生态影响外，NH₃还可以中和硝酸和硫酸（SO₂）等酸性物质，从而形成细颗粒物（PM_2.5），进而影响空气质量、气候变化和公众健康（Behera等人，2013年；Park等人，2021年；Xu等人，2022年）。尽管有这些显著影响，但由于缺乏具体的环境标准和严格的监管框架，NH₃的排放仍然基本上处于失控状态。

了解大气中NH₃的临界水平可以为制定有效的排放控制政策、实践和法规提供科学依据。在欧洲，基于物种丧失和植物群落组成显著变化的证据，提出了较高的植物（包括荒地、草地和森林地面植被）的NH₃临界水平为3 μg m^-3（Cape等人，2009a；Cape等人，2009b）。然而，仅考虑植被敏感性可能会阻碍实现空气质量目标的进展，特别是考虑到NH₃在PM_2.5污染中的重要作用。因此，同时针对NH₃对生态系统健康的阈值和PM_2.5对公众健康的标准进行控制是必要的，尤其是在空气质量管理面临更大挑战的发展中国家（Jia等人，2021年）。

中国是全球NH₃排放的热点地区，主要原因是氮肥的大量施用和集约化的畜牧业生产，年排放量估计为9.53–14.36 Tg（Liao等人，2022年；Yan等人，2024年）。随着空气污染政策和法规的实施，在控制和管理NH₃排放源方面已经取得了一些进展（Chen等人，2023年；Ti等人，2019年）。尽管自2013年以来由于全国性的控制措施NH₃排放量呈下降趋势，但NH₃对PM_2.5污染的贡献估计仍高达32%，超过了氮氧化物（NO_x）的贡献（Gu等人，2021年；Liu等人，2020年）。这可能是由于SO₂和NO_x排放量的持续大幅减少。然而，现有研究对NH₃控制对植被保护的特定作用关注有限，往往分别关注空气质量或生态系统目标。因此，中国为实现生态和空气质量目标所需的NH₃减排幅度仍不明确。此外，尚未在全国范围内系统地量化NH₃减排与其他空气污染物控制之间的潜在协同效应。

因此，为了填补这些知识空白，本研究旨在量化为实现中国的PM_2.5空气质量标准和保护植被及公众健康的NH₃临界水平所需的NH₃减排量。首先，我们使用化学传输模型模拟了中国当前的大气NH₃和PM_2.5浓度。然后，我们量化了结合其他类型污染物减排以实现这两个目标的NH₃减排协同效应。最后，我们提出了实现NH₃减排协同效益的途径。

材料与方法

为了同时实现NH₃和PM_2.5的双重控制目标，我们分步骤进行了减排模拟。首先，我们模拟了针对植被保护而设定的年临界浓度3 μg m^{-3的NH₃减排。这一临界水平是根据参考文献（CLRTAP，2017年）中的最新研究结果选定的，鉴于中国目前缺乏针对NH₃的具体监管标准。对于PM_2.5，中国的《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）规定了}

大气中NH₃和PM_2.5的浓度及模型验证

我们的模型结果显示，2019年中国NH₃的浓度范围为0.05至25.14 μg m^?3，平均值为2.74 μg m^?3（图1a）。然而，大气中NH₃浓度超过3 μg m^?3的区域约占全国总面积的30%。华北平原、四川盆地和中国东北部的NH₃浓度远高于内蒙古北部、新疆和青藏高原（低于1 μg m^?3）地区的浓度。

NH₃超标的热点区域及其风险

模拟的NH₃浓度空间分布与以往的研究结果相似。例如，卫星数据显示，高浓度的NH₃主要出现在华北平原，其次是东北部和四川盆地，而中国西部大部分地区的浓度较低，尤其是在青藏高原（Liu等人，2022年）。此外，NH₃热点区域占中国大陆总面积的约12%

结论

在这项研究中，我们首次根据现有数据，论证了减少NH₃排放并加强其他类型污染物的协同控制对于达到中国NH₃和PM_2.5的临界水平和空气质量标准的重要性。我们表明，为了保护陆地植被，NH₃排放量应减少48.9%，尤其是在2019年中国中部，这一减排幅度仍然不足

CRediT作者贡献声明

黄静文：写作 – 审稿与编辑，撰写初稿，数据可视化，数据分析，概念构思。提超普：写作 – 审稿与编辑，监督，方法论，资金获取，概念构思。顾宝静：写作 – 审稿与编辑，方法论。王晨：数据管理。黄冉：写作 – 审稿与编辑，软件应用。单俊：写作 – 审稿与编辑，监督，资金获取

未引用的参考文献

吴等人，2024年；张等人，2019年；赵等人，2013年；赵等人，2011年。

数据可用性

本研究期间生成和/或分析的数据集可应要求从相应作者处获取。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFC3707400）和国家自然科学基金（42177313）的支持。作者感谢AERIS数据基础设施提供了本研究中使用的IASI数据，以及ULB-LATMOS在检索算法开发方面的帮助。同时，我们也感谢王新璐在模型配置和执行方面的协助。