2008—2018年廣東省酸雨的變化趨勢研究

陳璇，章家恩, *，向慧敏, ，危暉,

1.華南農業大學資源環境學院，廣東 廣州 510642；2.農業部華南熱帶農業環境重點實驗室，廣東 廣州 510642；3.廣東省現代生態農業與循環農業工程技術研究中心，廣東 廣州 510642；4.廣東省生態循環農業重點實驗室，廣東 廣州 510642

改革開放以來，由于社會經濟的快速發展、城市膨脹，大氣污染突出表現為排放連片、傳輸疊加和相互影響的區域污染特征（何紀力等，2000；蔣大和，1996；Zhang et al.，2007；Ou-yang et al.，2008），大氣中 SO2和氮氧化物的濃度逐年增加，中國已成為繼北美、歐洲之后世界第三大重酸雨區（高廣強等，2019；龍威等，2010）。相關研究發現，酸雨對環境危害極大，素有“空中死神”之稱（于文革等，2016）。不但能加速土壤酸化，造成土壤環境污染，而且長期的高酸度酸雨會導致土壤中營養元素的大量淋失和土壤肥力下降，最終造成土壤貧瘠化；酸雨還會傷害農作物和蔬菜的葉片而影響光合作用，使農作物種子的發芽率降低（陳明艷等，2009）；此外，酸雨還會污染水體，使鉛、汞等有毒的重金屬活化進入食物鏈，最終在人體內大量積累而影響人體健康（刑麗園等，2019）。因此，酸雨控制已成為中國污染防治工作的一項重要內容。中國的區域性酸雨主要是SO2的大量排放造成的，屬“煤煙性”酸雨。近年來，隨著中國汽車保有量的迅速增加，導致氮氧化物排放量逐步增大，中國酸雨正由硫酸型向硫酸-硝酸混合型轉變（周志彬等，2016）。

改革開放40年來，廣東省經濟發展取得了舉世矚目的成績，全省GDP已連續30年蟬聯全國第一（陸肖肖，2019），由1978年的185.85億元增加到2018年的9.7萬億元。但在經濟快速發展的同時，全省的酸雨現象頻繁發生，并制約著社會經濟的發展。

廣東地處中國大陸最南部，屬東亞季風區，呈現長夏無冬，降水充沛的氣候特征。本文以廣東省21個地級市為研究對象，選用廣東省生態環境廳歷年發布的環境狀況公報中的SO2、NO2的質量濃度以及ρ(SO42-)/ρ(NO3-)作為評價因子，分析評價了全省酸雨的時空分布特征，以期對廣東省酸雨的現狀與時空變化趨勢有一個更為全面的了解，為廣東省社會、經濟與環境之間的協調與可持續發展提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 研究區域概況

廣東省地處中國大陸最南部，位于 20°13′—25°31′N 和 109°39′—117°19′E 之間，屬典型的亞熱帶季風氣候區，從北向南分別為中亞熱帶、南亞熱帶和熱帶氣候，是中國光、熱和水資源最豐富的地區之一。廣東作為改革開放的前沿地區，社會經濟持續增長以及城市化進程高速推進的同時，也帶來了嚴重的大氣環境污染問題（陸肖肖，2019）。廣東省是中國酸雨污染較為嚴重的地區之一，除茂名、陽江、河源和梅州市外，其余 17個市均被列為國家酸雨控制區（何慧明，2000；葉延瓊等，2019）。據廣東省歷年環境狀況公報顯示，全省大氣環境質量多在國家環境質量標準的二、三級間浮動，少部分指標達到一級標準。為緩解全省大氣環境污染壓力，廣東省相繼出臺了《廣東省藍天工程計劃》、《廣東省環境保護“十三五”規劃》、《廣東省生態環境監測“十三五”規劃》等，取得了顯著成績（葉延瓊等，2019）。2018年廣東省生態環境狀況公報顯示（廣東省生態環境廳，2019）全省21個地級以上市的 49個城市降水測點的 pH均值為5.55，酸雨頻率為23.2%；17個城市出現酸雨（pH最小值＜5.6），9個城市受酸雨污染（pH均值＜5.6），全省降水質量總體平穩；同時，全省 21個地級以上市的空氣質量達標天數比例在 80.3%—98.9%之間，平均為88.9%。全省各市SO2年平均濃度均達到國家《環境空氣質量標準》（GB3095—2012）一級標準；NO2年平均濃度除廣州和佛山外，其余19市均達到一級標準。

1.2 資料來源

本次研究使用的相關數據主要來源于廣東省生態環境保護廳公開發布的《廣東省環境狀況公報》（廣東省生態環境廳，2019）以及《廣東省統計年鑒》（廣東省統計局，2018）。統計數據主要包括降水 pH均值、酸雨頻率、SO2、NO2、ρ(SO42-)/ρ(NO3-)以及汽車保有量。

1.3 評價標準

主要采用中華人民共和國國家環保部和國家技術監督局（2012）頒布實施的《環境空氣質量標準》（GB3095—2012），將降水質量、空氣質量劃分為不同等級，其中SO2、NO2按照年平均值作為標準值進行評價（葉延瓊等，2019）（見表1）。

1.4 分析方法

數據用Excel軟件（2013版）、ArcGIS 10.2軟件以及SPSS進行處理并統計分析。

2 結果與討論

2.1 降水pH的年際變化

根據廣東省環境保護廳公布的 2008—2018年廣東環境狀況公報，統計近11年廣東省酸雨信息，結果見圖1。由圖1可知，2008—2018年全省降水年均pH值在4.86—5.55之間，呈逐年上升的趨勢。2008—2018年全省酸雨頻率在 19.8%—48.5% 之間，呈逐年下降的趨勢。這說明“十二五”以來，廣東省酸雨污染防治工作取得了一定的進展。尤其是近幾年來，中國越來越關注大氣環境的治理，不僅公布了《國家酸雨和SO2污染防治“十一五”規劃》，還印發了《大氣污染防治行動計劃》。為響應國家政策，廣東省政府出臺多項舉措，不僅要求新上燃煤電廠安裝脫硫設備，而且對現有的燃煤電廠逐步進行脫硫技術改造以及限制使用高硫份燃料。從圖1可以看出，廣東省酸雨污染狀況逐年減輕，尤其是 2018年，大氣環境治理工作成效顯著，環境得到有效改善。然而，直至 2018年，廣東省降水年均pH值仍低于5.6的酸雨限值。造成這種現象的原因不僅與 SO2的排放有關，還可能與氮氧化物的排放有關。盡管廣東省對 SO2的減排力度很大，但對氮氧化物的控制力度卻不夠。目前電廠只進行了脫硫，而沒有進行強制性脫氮，而且全省機動車數量持續增長，汽車廢氣中的污染物（NOx，CO，Pb等）也逐年增加（見表 2）。由于民用汽車數量的劇增，而油品質量標準偏低，部分機動車燃料質量達不到環保要求，根據中國石化廣東石油分公司的統計，以廣州為例，目前廣州約有 60%的汽車仍在使用不合壓縮比表的汽油，加上對尾氣污染排放監管乏力，致使城市機動車尾氣污染非常嚴重。

圖1 2008—2018年廣東省酸雨頻率和降水pH年變化Fig.1 Average annual precipitation pH and frequency of acid rain in Guangdong from 2008 to 2018

表1 大氣環境質量單項指標評價標準Table 1 Evaluation criteria of individual indicator for atmospheric environmental quality

表2 2008—2018年廣東省汽車保有量和NOx排放量Table 2 Civilian vehicles and NOx emissions in Guangdong from 2008 to 2018

2.2 降水的空間變化

圖2給出了廣東省2008—2018年間降水pH值的空間分布狀況，由圖2可知，2008—2018年間，廣東省仍有少部分地區的降水pH值小于4.5，屬重酸雨區，且多分布在韶關市、清遠市和廣州市。大部分地區的降水pH值在4.5—5.0之間，屬中酸雨區。從表3也可知，廣東地區的酸雨分布表現出一定的地域性。1982—1985年間，中部的廣州市是一個勢力較強、范圍較廣的酸雨中心，西達肇慶，南延至江門、珠海、深圳，波及整個珠江三角洲腹地。其他酸雨分布中心，北有韶關市，東有汕頭市，呈現三足鼎立態勢（秦鵬等，2006）。而 2013—2016年間，除廣州市和汕頭市酸雨情況有所改善，4年平均pH值分別增長6.21%和21.6%外，其他酸雨分布中心酸雨情況均沒有改善。出現這種現象的原因首先可能是因為韶關、佛山等地區的工業發達，能源消耗大。以韶關為例，韶關是廣東省重要的工業城市，而韶鋼作為韶關市鋼鐵工業的重要支柱產業，年產鋼能力達到 660萬噸（張拓，2020）。又如佛山，佛山是一個以工業為主導、三大產業協調發展的制造業名城。2018年，佛山全年全部工業增加值比上年增加6.1%。正是因為這些地區工業的高度發達（麥玲玲等，2019），導致排放的SO2超標。其次，這些地區人口集中，機動車數量不斷增加，從而導致汽車尾氣排放量不斷增加。因此，當地酸雨污染嚴重的原因不僅僅源于SO2的排放，還與含有大量氮氧化物的廢氣排放有關。

圖2 2008—2018年廣東省降水pH年均值空間分布Fig.2 Distribution of average annual precipitation in Guangdong from 2008 to 2018

表3 1982—1985年與2013—2016年廣東省各地市降水pH年均值Table 3 Average annual precipitation pH in cities of Guangdong from 1982 to 1985 and 2013 to 2016

2.3 大氣主要污染物濃度時間與空間變化

2.3.1 SO2

80年代的中國，正值改革開放初期，廣東珠三角地區在這一時期高速推進工業化，并加快了城市化的進程。在城市化進程中鄉村工業化迅速發展，農村興辦鄉鎮企業是珠三角地區城鎮化過程中最普遍的現象。改革開放以來，珠三角地區以獨特的區位條件，再加上廣東先行的特殊優惠政策環境，使得港澳資本連同勞動密集型產業、技術等大規模向珠三角地區轉移，使得珠三角地區出現了一大批日用消費品加工廠，同時吸引了數以百萬計的農村剩余勞動力。但鄉鎮企業在帶動農村經濟發展的同時，由于布局的分散化和經營方式粗放化等原因，對環境造成了非常嚴重的污染，不僅污染面積廣，而且難以治理。此外，隨著珠三角地區工業化的高速發展，鋼鐵、煉油、煉焦和化工行業的能源消耗逐漸加大，相關行業的能源結構多以煤為主。燃燒的煤不斷向大氣中排放大量 SO2，導致上世紀 80年代的廣東省成為中國主要的以硫酸型污染為主的酸雨中心之一，尤其以韶關市最為典型（劉菊秀等，2000；謝文彰等，2003；謝文彰等，2005）。自 21世紀以來，政府本著環境保護與經濟發展并重的原則，日漸突出的酸雨問題引起了重視，SO2的排放也從源頭上得到了控制。從圖3中可以看出，2008—2018年間，廣東省21個地級市中，除梅州市的大氣 SO2年均質量濃度小于 20 μg?m-3，達到國家一級標準外，其余地市大氣SO2年均濃度均在20—60 μg?m-3之間，達到國家二級標準。從圖4中也可看出，2008—2018年間廣東省大氣SO2年均質量濃度呈逐年下降的趨勢。對 2008—2018年間廣東省降水年均pH值與大氣SO2年均質量濃度進行線性回歸分析（圖5），分析結果顯示，降水年均pH值與大氣 SO2年均質量濃度之間存在線性關系（P＜0.05）。回歸方程如下：

圖3 2008—2018年廣東省大氣SO2年均質量濃度分布Fig.3 Distribution of average annual mass concentration of atmospheric SO2 in Guangdong from 2008 to 2018

圖4 2008—2018年廣東省大氣SO2年均質量濃度變化Fig.4 Changes of average annual mass concentration of atmospheric SO2 in Guangdong from 2008 to 2018

圖5 2008—2018年廣東省降水年均pH值與大氣SO2年均質量濃度擬合曲線Fig.5 Fitting curves between average annual precipitation pH and average annual mass concentration of atmospheric SO2 in Guangdong from 2008 to 2018

其中，Y——降水年均pH值；5.675——截距β1；-31.913——斜率β2；x——大氣SO2年均質量濃度。

可見，大氣中的SO2濃度與降水年均pH值關系密切，有效地控制SO2的排放有利于減輕酸雨污染。

2.3.2 降水ρ(SO42-)/ρ(NO3-)比值特征變化

根據計算結果可知，2008—2018年以來廣東省降水中年均 SO42-和 NO3-離子質量濃度的比值ρ(SO42-)/ρ(NO3-)分別為 2.84、2.50、2.05、2.03、2.05、1.87、1.65、1.47、1.42、1.28、1.22。結果表明，2008年以來降水中SO42-和NO3-的質量濃度比值逐年降低，2018年最低，2012年略有反彈。這表明氮氧化物對降水酸性的貢獻作用不斷增強。近年來，廣東省的機動車保有量一直快速增長，導致機動車排放的氮氧化物總量一直維持在較高水平。由圖 6可以看出，2008—2018年間廣東省大氣 NO2年均質量濃度雖有波動，但整體呈上升的趨勢。在工業SO2排放已得到有效控制的情況下，NO2排放略有升高，因而導致降水中SO42-和NO3-的比值逐年降低，說明氮氧化物對降水酸性的貢獻作用不斷增強的趨勢明顯。

圖6 2008—2018年廣東省大氣NO2年均質量濃度變化Fig.6 Changes of average annual mass concentration of atmospheric NO2 in Guangdong from 2008 to 2018

3 酸雨的防治對策

3.1 做好產業結構優化調整與能源清潔利用的規劃布局

控制和減少燃煤SO2排放量是酸雨綜合防治中最直接、最有效的方法（楊樂蘇等，2005）。2001年廣東省被國務院劃為酸雨控制區，為此，廣東省環保局提出要重點治理大氣污染，編制SO2和酸雨污染防治計劃，尤其開展對工業燃煤燃油的脫硫防治工作。廣東省生態環境保護廳規定，在廣東省范圍內嚴禁新建單機容量≤12.5×104kW 的燃煤和燃油機組，在珠江三角洲地區和酸雨控制區城區、近郊區不再規劃、建設（含技術改造）新的燃煤、燃油電廠，新建和在建燃煤燃油電廠，必須建設配套脫硫設施，并重點采取有效措施推動現有燃煤燃油發電廠配套脫硫設施的上馬利用（邢廷銑，2002）。通過一系列的相關措施，截止到 2018年，廣東省SO2的排放已得到有效控制。

3.2 大力發展和推廣應用環境友好型高效清潔節能技術

目前，廣東省的酸雨已基本由硫酸型轉變為硫酸-硝酸混合型，因此，不僅要降低大氣中SO2的排放，還要降低大氣中氮氧化物的排放。中國現在的主要能源是煤，且短時期不會改變這種能源結構。為此要積極通過發展高效清潔節能技術，如能源梯級利用，高效發電、輸電、蓄電技術，以及終端能源節約技術來控制SO2的排放（萬玉山等，2010）。對于廣東省大氣中氮氧化物的排放，主要來源于機動車的尾氣污染。隨著機動車保有量的持續增長，大氣中氮氧化物含量也持續升高，因此，首先政府要依法制定尾氣排放標準，要限制車速。其次，各大汽車生產企業也要不斷地進行改造，引進新的技術，改進發動機結構，給汽車安裝防污裝置，研究更加完善的汽車尾氣處理系統，更要大力推廣新能源汽車（萬玉山等，2010），做到從根源上降低氮氧化物含量。

3.3 強化環境管理、環保教育和全球環境治理工作

要加強對酸雨的控制工作，必須強化環境管理監督，強化環保意識和教育，加強政府的宏觀調控能力。只要我們各級環保部門加強環保執法，執好法、用好法，使法律發揮充分的作用，就可將環境保護的國策真正落實到實處。

酸雨問題是一個全球性互相影響的問題（李正行等，2017），全球人類應該采取共同行動，開展全球環境治理工作，以真誠的態度進行有效的國際合作，交流環保方面的經驗、信息和研究成果，共同治理酸雨污染。

4 結論

廣東省降水pH年均值由2008年的4.88提高到2018年的5.55，且大多年份的降水pH年均值維持5.0—5.6之間，屬輕酸雨區。在空間分布上，2018年，廣州、深圳、佛山、江門、茂名、肇慶、惠州、東莞和中山的降水 pH值＜4.5，屬于重酸雨區；到2018年，除韶關、深圳、珠海、佛山、江門、湛江、茂名、肇慶、清的降水pH值在5.0—5.6之間，其余均大于5.6，屬非酸雨區。

2008—2018年間，全省大氣主要污染物 SO2質量濃度呈逐年下降的趨勢，NO2質量濃度呈上升的趨勢。到2018年，SO2年均濃度在全省各地市均達到國家二級標準。

從酸雨成分來看，2008年以后，廣東省ρ(SO42-)/ρ(NO3-)值明顯下降，全省、酸雨已基本由硫酸型向硫酸-硝酸混合型轉變。近年來由于全省機動車保有量的增加，其排放的氮氧化物總量持續升高，需要采取相關的應對措施。