氣體污染物研究進展

駱媛媛,李明文，王慧，彭巍

(1.黑河市林業科學院，黑龍江 黑河 164300；2.中國林業科學院研究院環森保所，北京 100091)

氣體污染物主要分為硫氧化合物、氮氧化合物、碳氧化合物、碳氫化合物，常見的氣體污染物包括SO2、NOx、CO和O3等[1]。氣體污染物來源可分為天然源和人為源兩大類。天然源包括火山爆發、森林火災等自然災害引起的大量有害氣體、粉塵等，這種污染危害具有時限性和不可預見性，人力無法控制。人為源包括機動車尾氣排放以及工業生產和居民生活所排放的廢氣，人為污染具有持續時間長、危害范圍廣、可控性強等特點[2]。

1 氣體污染物國外研究進展

18世紀后，西方經濟發達國家在工業革命和商業繁榮快速發展的過程中，由于缺乏環境保護認識，許多國家先后發生了嚴重的大氣污染問題。20世紀30年代以來，相繼發生過數起震驚世界的大氣污染事件，引起了全球的廣泛關注(見表1)。例如，比利時馬斯河谷煙霧事件(1930年1月)嚴重危害了人的健康，造成許多居民短期內發病甚至死亡[3]。英國的倫敦煙霧事件(1952年12月)，源于冬季取暖引起煤煙和硫化物濃度在大氣中短時間內急劇增加，加之逆溫層現象，導致2個月內10 000多人死亡[4]。大氣污染問題已經成為世界各國最為關注的環境問題之一[5]。

表1 國外不同地區氣體污染案例

20世紀下半葉，隨著城市大氣污染狀況的不斷惡化，世界各國越來越重視大氣污染的防治，制定相應法規、標準以及發展節能技術，遏制環境污染。英國成立專門的調查小組，確定倫敦大氣污染主要成因是煤炭燃燒排放的煙氣，相繼頒布《空氣清潔法案》、《污染控制法》、《機動車管理規定》和《煙氣排放法》等一系列法律法規，推廣使用清潔能源，建立新城，疏散人口和工業企業等。1955年，美國頒布《空氣污染控制法》，推廣空氣污染控制技術，鼓勵清潔能源和可再生能源的開發和利用。日本政府通過與企業合作防治污染，利用技術優勢開展環保項目，注重循環經濟的發展。德國以“節能減排”為核心，強化降污技術應用，扶持能源消耗少、科技含量高的新型產業發展。國外一些研究者通過對已掌握的氣象資料和污染物濃度資料，來預測空氣中污染物的時空變化規律，并及時對空氣環境質量進行預報和控制[6,7]。

2 氣體污染物國內研究進展

我國對大氣污染問題的研究相比歐美發達國家起步較晚，20世紀70年代，在蘭州首次發現了光化學煙霧污染事件并開展了相關研究[8]。此后，在北京、上海、廣州等發達城市也頻繁出現過光化學煙霧污染現象。面對嚴峻的環境問題，人們已經意識到環境污染帶來的巨大危害，相繼出臺了相關政策法規，并開展了大量研究工作。我國正式開展大氣污染研究工作始于1973年第一次全國環保工作會議[9]。1987年出臺了《大氣污染防治法》，對大氣污染防治的基本制度及各種污染源管制做出了具體規定[10]。1996年制定了《環境空氣質量標準》，2012年對其修訂后重新規定了濃度限制，增加了對PM2.5等污染物指標的監測[11]。同時國內許多學者對城市大氣環境污染預測和預報工作進行了相關研究。

20世紀20—30年代我國就陸續出現過高頻率的酸雨，直到20世紀50—60年代，人們才逐漸認識并在理論上開始研究酸雨[12]。70年代末，在我國長江以南一些地區出現了酸雨[13]，酸雨的監測和研究工作由此正式展開。為了掌握酸雨分布并查明其污染的狀況，1982年國家環境保護部門建立了全國酸雨監測網[14]，之后中國氣象局在1989年也建立了氣象部門的酸雨監測網[15]。通過全國酸雨監測網發現，酸雨主要分布在西南、華南以及東南沿海一帶[16]，已成為當時我國嚴重的環境污染現象。酸雨監測網的建立，為我國降雨研究積累了大量數據，對我國酸雨預防和控制發揮了重要作用[17]。在認清酸雨污染嚴峻形勢下，中國政府采取了有效措施，控制酸雨污染。1990年開始實施《關于控制酸雨發展的若干意見》，1996 年國務院批準的《關于環境保護的若干問題的決定》明確提出了對酸雨和SO2污染重點治理[18]。2000年再次修訂了《中華人民共和國大氣污染防治法》；2002年頒布了《燃煤二氧化硫排放污染防治技術政策》；控制酸雨污染最有效方式是削減SO2和NOx的排放，改進脫硫脫氮燃燒技術，提高煤的燃燒效率，從源頭上杜絕酸雨的形成。

進入21世紀， 隨著我國經濟的飛速增長，大氣污染問題凸顯。據《2014年中國環境狀況公報》顯示，全國116個城市中空氣質量達標僅占9.9%，超標城市比例為 90.1%[19]。如何有效建立大氣污染防控治理體系，有效改善大氣環境質量問題是當前急需要解決的問題。

3 氣體污染物的危害

氣體污染物對大氣環境、人體健康及植物生長均有很嚴重的危害。據世界衛生組織(WHO)統計，全球每年由于空氣污染所導致的各類疾病死亡人數超過300萬，約占當年全球死亡總數的5%左右[20]。研究表明，SO2和NOx能夠降低人體自身的防御和免疫功能，引發系列呼吸系統疾病，導致哮喘、支氣管炎等多種疾病。CO與血液中血紅蛋白結合危害人體中樞神經系統和血液循環系統，使人出現頭痛、惡心、乏力、呼吸困難等癥狀，輕者造成缺氧性傷害，重者導致生命危險[21]。O3被人體吸入后，刺激眼睛和呼吸道，導致肺功能減弱和肺泡損傷[22]。SO2和NOx還是形成酸雨的主要物質，酸雨能夠破壞環境生態系統、腐蝕建筑物，并且對動物呼吸道和皮膚產生危害。

植物對于一定濃度范圍內的大氣污染物具有抵抗、吸收和凈化能力，然而，當污染物達到一定濃度時，會導致植物受到不同程度的傷害[23]。氣體污染通過氣孔進入植物體，破壞細胞內的細胞器、膜系統等，出現退綠、色斑、干枯、老化等癥狀，影響植物的生長狀況。有研究表明，高濃度SO2會使植物葉片出現斑點及壞死等癥狀。而植物長期暴露在低濃度的NO2條件下，一般表現為生長不良，輕度缺綠，衰老加速等現象[19]。

4 森林對氣體污染物的消減作用

森林作為城市生態系統的重要組成部分，不僅具有美化、綠化城市的作用，而且對環境中污染物具有較強的吸收凈化能力，能夠有效控制大氣污染。森林通過對SO2的吸收能夠起到凈化大氣作用，不同樹種吸收SO2的能力存在不同程度差異，有研究表明，落葉闊葉樹>常綠闊葉樹>常綠針葉樹[24]。闊葉樹葉片含硫量明顯高于針葉樹，一般闊葉樹種每年吸收SO2量相當于針葉樹種的4倍[25]。有研究表明，不同群落結構對SO2的消減效果，喬灌草>灌草>喬草>喬木>草坪。不同樹種對NO2的吸收能力存在差異。另有研究表明楊屬單位葉面積的NO2吸收速率為莢蒾屬、樟屬的4倍[26]。對NO2吸附能力較強的樹種有洋槐、國槐、黑楊及日本晚櫻[27]。不同群落結構綠地對NO2的消減作用，表現為灌草>喬灌草>喬草>喬木>草坪。可見，灌草結構綠地對NO2具有較佳的吸收凈化效果。建議在NO2污染比較嚴重的地區，采用灌草結構對氣體污染物吸收能夠達到較佳的消減效果[28]。

5 小結

國內外對氣體污物的研究主要集中在來源、時空分布特征、危害和預防治理等方面。國際

上通常采用先進的控制和新能源開發技術應用到削減工業、機動車污染物的排放、治理排放法規、標準和管理體系。近十年來，我國政府已經認識到大氣污染危害的嚴重性，各相關部門正在努力通過一系列強有力的措施減少污染源的數量，控制污染氣體的排放量，如采用新燃燒技術有效地減少氮化物和硫化物的排放。同時，森林植被對氣體污染物有一定的吸收和凈化作用，是防治空氣污染的一種有效補充工具，充分發揮森林植被對大氣環境的修復功能，達到良好的凈化效果。