內蒙古氮氧化物大氣自凈能力測算研究

韓 曉，楊新吉勒圖，韓煒宏

（內蒙古工業大學 經濟管理學院，內蒙古 呼和浩特 010051）

1 引言

氮氧化物（NOx）是酸雨、煙霧形成、全球變暖、臭氧層減弱等嚴重環境問題的根源[1]。根據2020年中國統計年鑒，2017年內蒙古地區排放氮氧化物70.16萬噸，居于全國第九。同時，內蒙古地區具有豐富的煤炭資源，產業結構以煤炭開發和電力生產為主。因此，氮氧化物的排放量較高。

在此背景下，本文研究內蒙古氮氧化物的大氣自凈能力，明確氮氧化物的排放界限，為相關環保政策的制定奠定基礎。文章從大氣環境容量角度定量分析大氣自凈能力，根據楊秋霞[2]、許艷玲等[3]和謝永霞等[4]的研究，核算大氣環境容量的方法主要有A值法、線性規劃法、模型模擬法等。A值法主要用于宏觀指導，簡單易行，應用最早也最廣泛。因此，本文選用A值法進行核算。

在使用A值法計算過程中，大氣環境容量基于哪一片區域計算尤為重要。相關研究，如劉正朋[5]采用A值法測算泰安市城區空氣質量；李博[6]采用A值法測算蘭州市中心城區NOx的大氣環境容量；高曉敬[7]采用A值法測算河南全省的大氣環境容量，都是基于整個市區或全省的面積進行大氣環境容量的核算。而內蒙古地區地緣遼闊，人口卻相對集中在建設用地的區域。其他大面積地區如牧草地、林地等人口數量不多。本著以人民群眾的利益為中心的思想，本文以各盟市的建設用地區域為基礎，以兩倍于該區域的面積計算內蒙古地區的大氣環境容量。在核算得到內蒙古自治區大氣自凈能力后，對比內蒙古地區近幾年實際氮氧化物排放量，總結氮氧化物排放過量的原因，分析排放源。最后提出政策性建議。

2 大氣自凈能力

大氣自身的運動對大氣中的污染物有清除作用。通過稀釋、擴散、氧化等物理化學作用，使進入大氣中的污染物質逐漸消失的過程，稱為大氣的自凈能力[8]。朱蓉等[9]認為大氣自凈能力和大氣污染源排放無關，可將大氣自凈能力運用于量化氣象條件變化對空氣污染的貢獻以及預測未來大氣污染潛勢。前面介紹了大氣自凈能力的概念及作用，下面闡述學術界如何衡量大氣自凈能力。O.P.Osipova[10]將大氣氣象潛力(MPA)作為評價大氣自凈能力的標準；朱蓉等[9]定義大氣自凈能力指數（ASI），將其表示為單位時間、單位面積上大氣平流擴散和降水所能清除的最大污染物總量。并且ASI數值越大，表示大氣對污染物的清除能力較強，反之，較弱。

由于大氣自凈能力難以量化區域大氣凈化空氣的容量，這里引入大氣環境容量概念。大氣環境容量概念最早出現在日本，菱田一雄等[11]對環境容量有兩種理解。第一，生態循環，即自然凈化作用；第二，為了維持混合稀釋層的環境濃度在一定標準之下，污染物質的排放量。類似于第一種概念，王華東[12]認為環境容量是指一個環境單元對污染物的允許容納量。AN Xingqi等[13]認為大氣環境容量描述了大氣對大氣污染物的最大潛在能力。因此本文通過大氣環境容量來定量分析大氣自凈能力。

3 內蒙古自治區環境特征分析

3.1 內蒙古自治區自然環境概況

3.1.1 地形地理概況

內蒙古自治區位于中國的北部邊疆，地勢較高。由東北向西南斜伸，呈狹長形。全區總面積118.3萬平方千米，是中國第三大省。

3.1.2 土地利用情況

根據《內蒙古自治區土地利用總體規劃（2006-2020年）》，按照規劃中2020年數據。全省土地總面積11550.92萬公頃，其中農用地9688.58萬公頃，占土地總面積83.88%。建設用地162.28萬公頃，占土地總面積1.4%。其他為未利用地。其中，農用地中包括耕地697.73萬公頃、林地2419.00萬公頃、牧草地6483.53萬公頃。

3.2 社會經濟

3.2.1 行政區域概況

內蒙古自治區包括12個盟市，具體見下圖。

圖1 內蒙古自治區行政區劃圖

3.2.2 人口狀況

根據2020年11月1日零時第七次全國人口普查數據，內蒙古自治區的常住人口為24,049,155人。

3.2.3 經濟發展狀況

根據《內蒙古自治區2020年國民經濟和社會發展統計公報》，2020年地區生產總值為17359.8億元，比上年增長0.2%。三次產業分布比例為11.7:39.6:48.8。

3.3 能源使用情況

根據2020年中國能源統計年鑒，內蒙古自治區的能源主要以煤炭、焦煤、石油、原油及柴油為主。2019年內蒙古地區能源消費總量25346萬噸標準煤，原煤的消費量為54111.72萬噸，焦炭2378.28萬噸，石油947.67萬噸，原油428.71萬噸、柴油451.65萬噸。

4 大氣環境容量研究

4.1 控制區的劃分

4.1.1 控制單元劃分原則

根據各省轄市《土地利用總體規劃（2006-2020年）》，主要土地利用型分為建設用地、基本農田、林地、牧草地、風景名勝區、自然保護區和其他用地等類別。

根據《內蒙古自治區第二次全國污染源普查公報》的公告，2017年度內蒙古自治區氮氧化物排放量共70.16萬噸。主要污染源有三個，工業源36.31萬噸、生活源4.01萬噸、移動源29.83萬噸。

土地利用類型中，建設用地一般分為居住用地、工業用地、交通設施用地、道路廣場用地、特殊用地等。因此，本文做出如下假設，內蒙古自治區內的排放氮氧化物的污染源主要分布在各盟市的建設用地。

由于核算大氣環境容量需確定核算的區域面積。那么大氣環境容量是基于哪一片區域計算就顯得尤為重要。內蒙古地區地緣遼闊，人口卻相對集中在建設用地的地區。其他大面積地區如牧草地、林地等人口數量不多。在此情況下，如果基于內蒙古所有土地面積計算大氣環境容量，那么氮氧化物的排放量肯定遠遠小于內蒙古地區大氣環境容量。這樣不符合實際情況，因為在人口和污染源都集中在建設用地區域的情況下，如果以所有土地面積為背景計算環境容量，那么在建設用地地區的污染物濃度可能很高，而遠離建設用地的牧草地，林地等可能污染物濃度很稀薄，這種情況下，對人的威脅很高，而且不利于城市發展。

由于建設用地可能分布在各個地區，不方便計算，同時人口活動地區不一定完全在建設用地內，更多的可能是處于圍繞建設用地的一定區域以內。因此，本文假設，各盟市的建設用地處于集中一塊區域，并以兩倍于該區域的面積為基礎計算內蒙古地區的大氣環境容量。假設除去建設用地外的土地為基本農田、林地、牧草地、風景名勝區、自然保護區。

4.1.2 控制單位劃分結果

根據以上原則，將內蒙古自治區12個地級行政區以陰山山脈為界，分為兩個控制單元。在各個控制單元內根據建設用地面以及外圍區域面積劃分為24個計算單元進行大氣環境容量限值研究。根據內蒙古自治區各盟市的土地利用總體規劃（2006-2020年）指標調整表，確定各盟市的建設用地面積。劃分結果見表1。具體控制區各計算單元面積見表2。

表1 大氣環境計算單元劃分結果統計

表2 計算單元面積

4.2 研究方法

針對目前國內外大氣環境容量研究的主要方法，對各種方法的特點和優缺點進行闡述。詳見表3。

表3 環境容量測算方法特征分析表

根據各種容量測算方法的特點，結合本次研究的基礎確定采用較適合宏觀管理使用的A值法進行大氣環境容量核算。

A-P值法為國家標準《制定大氣污染物排放標準的技術方法》（GB/T 3840-91）提出的總量控制區排放總量限值計算公式。本次內蒙古自治區采用A-P值法中的A值法進行全省的理想環境容量測算。A值法測算大氣環境容量具體方法如下：

①根據計算區域所在地區，確定各控制單元計算系數A值；

②確定各控制單元內不同功能區的氮氧化物排放年平均濃度限值Cki；

③確定各控制單元內不同功能區總量控制系數Aki值

式中：A—地理區域性總量控制系數，104km2/a；

k—控制單元的編號；

i—控制單元內各功能分區的編號；

④確定各控制單元內不同功能區的環境容量：

式中：Ski—某控制單元內第i功能區的面積，km2；

Sk—第k控制單元的面積，km2；

⑤計算各控制單元環境容量Qk：

⑥內蒙古自治區環境容量為：

式中：Q—內蒙古自治區大氣環境容量，104t/a。

4.3 A值系數確定

本次研究采用《制定大氣污染物排放標準的技術方法》（GB/T 3840-91）中推薦的A值。由表3可看出，內蒙古（陰山以北）的A值范圍為5.6-7.0；內蒙古（陰山以南）的A值范圍為3.5-4.9。陰山山脈經過烏蘭察布市、包頭市和巴彥淖爾市。本文假設陰山以北包含呼倫貝爾市、興安盟、通遼市、赤峰市和錫林郭勒盟5個行政區。另外7個行政區屬于陰山以南地區。根據《城市區域大氣環境容量總量控制技術指南》推薦的A值確定方法，在最小值的基礎上增加差值10%。因此，內蒙古（陰山以北）區域A值為5.74，內蒙古（陰山以南）區域A值為3.64。

表4 各地區總量控制系數A

4.4 情景方案設定

《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）將環境空氣功能區分為兩類：一類區為自然保護區、風景名勝區和其他需要特殊保護的區域；二類區為居住區、商業交通居民混合區、文化區、工業區和農村地區。

按照國家環境功能區劃原則，絕大多數計算單元為二類區，據此進行容量測算和宏觀環境管理過于寬松，且基本農田用地、林地和牧草地作為二類區管理核算不太適宜。因此本研究設置情景方案如下。

自然保護區、風景名勝區、基本農田、林地和牧草地作為一類功能區，其余為二類功能區。

根據《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）中環境空氣功能區質量要求，一類區適用一級濃度限值，二類區適用二級濃度限值。各功能區氮氧化物的濃度限值見表5。

表5 氮氧化物濃度限值

4.5 研究結果與分析

4.5.1 A值及功能區的確定

本研究采用自然保護區、風景名勝區、基本農田、林地和牧草地作為一類功能區，其余為二類功能區的容量測算設定條件。陰山以北包含呼倫貝爾市、通遼市、赤峰市等5個行政區的A值為5.74。陰山以南包含呼和浩特市、烏蘭察布市等7個行政區的A值為3.64。在此條件下，各行政區及內蒙古自治區大氣氮氧化物環境容量預算結果見表6。

表6 NOx允許排放總量限值匯總表 單位：萬t

4.5.2 大氣環境容量預測結果

基于內蒙古自治區12個行政區的2020年的土地利用規劃，以自然保護區、風景名勝區、林地、牧草地及基本農田面積為一類功能區，其余用地面積為二類功能區，以相應環境質量標準為控制目標，根據陰山以南和陰山以北地區分別確定A值，計算出陰山以北區域大氣環境容量為39.50萬t/a，陰山以南區域大氣環境容量為21.19萬t/a。因此，內蒙古自治區大氣自凈能力測量結果是60.69萬t/a。

4.5.3 氮氧化物排放量與大氣自凈能力對比分析

根據2020年中國統計年鑒以及2017年統計年鑒，內蒙古地區2017年排放氮氧化物70.16萬噸；2016年排放氮氧化物64.53萬噸。

根據內蒙古統計年鑒，氮氧化物排放量2016年41.32噸、2017年50.55噸、2018年49.80噸。可以觀察到內蒙古統計年鑒與中國統計年鑒數據有較大出入，根據內蒙古自治區生態環境廳相關文件，本文以中國統計年鑒數據為主。

本文依據內蒙古統計年鑒中2017年和2018年排放量數據，來推出內蒙古2018-2020年的氮氧化物排放數據。考慮到內蒙古地區2018年征收環保稅。推理結果如下表。

表7 內蒙古自治區2016-2020年氮氧化物排放

可以看到，2018年征收大氣污染稅后，氮氧化物的排放量仍然超過了內蒙古地區的大氣自凈能力。

5 政策建議

5.1 原因分析

本研究結果表明，在2018年環保稅執行的背景下。內蒙古自治區近幾年氮氧化物排放量仍然超過了大氣自凈能力。

經查閱資料及文獻，內蒙古氮氧化物排放量超過大氣自凈能力的原因可能如下。

荀彥平等[14]研究指出2015年煤炭消費占比內蒙古全區能源消費總量的82.92%。而石油、天然氣、水電和其他能源消費占比均不到10%。劉秀鳳[15]研究指出2017年內蒙古全區的煤炭消費量約占全國的1/10，數量約為38595萬噸標準煤。在內蒙古的產業結構中，煤電、煤化工等都是耗煤量大的產業。能源資源豐富的內蒙古，正在為“能”所困。

根據最近一次普查公告《內蒙古自治區第二次全國污染源普查公報》，2017年內蒙古地區排放氮氧化物主要集中在工業源和移動源，工業源排放量36.31萬噸、移動源排放量29.83萬噸；而生活源和集中式污染治理設施排放氮氧化物相對較少，分別為4.01萬噸和117.06噸。

其中工業源排放前3位的行業為電力、熱力生產和供應業、黑色金屬冶煉和壓延加工業以及石油、煤炭及其他燃料加工業。三者分別為15.48萬噸、7.18萬噸、3.36萬噸。這3個行業合計占工業氮氧化物排放量的71%。移動源中，機動車污染源排放氮氧化物13.18萬噸，包括工程機械、鐵路內燃機車、民航飛機等在內的非道路移動污染源排放氮氧化物16.64萬噸。

可以看到。從排放源上分析，氮氧化物排放量高的主要是工業源和移動源；從能源利用上分析，由于煤炭消費的高占比，導致了氮氧化物的大量排放。政府可以從這兩個方面，進行針對性的政策制定。

5.2 政策建議

氮氧化物的過量排放會污染大氣環境，造成酸雨、全球變暖等危害。政府需要制定相關政策進行調整。根據原因分析，本文提出以下政策建議。

第一，依據大氣自凈能力，設定單獨的氮氧化物稅。國內某些省份已經單獨設置了氮氧化物稅，比如上海、天津等。而內蒙古地區對所有大氣污染物還使用統一的稅額。政府應該考慮針對污染較嚴重的氮氧化物，單獨設置氮氧化物稅，并基于大氣自凈能力，對氮氧化物稅額進行優化。

第二，優化產業結構，增加清潔能源的使用占比。目前煤炭消費占比高達89.92%，而清潔能源占比太低。內蒙古地方政府必須制定相關產業政策，優化產業結構，減輕對煤炭的依賴。

第三，制定相關政策，控制移動源的氮氧化物排放。根據數據，移動源也是氮氧化物排放的主要來源之一，政府應該制定相關政策，控制移動源的氮氧化物排放。引導相關產業轉型，發展新能源產業。