中国东部硝酸盐气溶胶形成机制与来源的同位素示踪研究

《Journal of Environmental Sciences》：Nitrogen and oxygen isotope evidence for the formation and sources of nitrate aerosols in eastern China

本文基于氮氧同位素技术（δ15N–NO3?和δ18O–NO3?），系统解析了工业城市马鞍山PM2.5中硝酸盐的季节性形成路径（N2O5水解 vs. NO2+OH氧化）和来源贡献（车辆排放、生物质燃烧等），为区域大气污染精准治理提供科学依据。

　　

亮点

环境PM_2.5采样

本次采样在冷季（2023年11月22日至2024年1月6日）和暖季（2024年5月7日至6月16日）进行，选址于马鞍山市空气质量监测站屋顶（北纬31°40′，东经118°29′）。该站点位于城市中心区，被居民区和商业区环绕，西北方向10公里内分布有钢铁厂、冶金厂、燃煤电厂等工业区。

PM_2.5与NO₃^?浓度特征

在线与离线监测的PM_2.5浓度高度吻合。PM_2.5质量浓度范围为15.3 μg/m³至169.2 μg/m³（均值76.9 ± 44.7 μg/m³），超过中国国家环境空气质量二级标准限值（75 μg/m³），表明马鞍山存在明显的PM_2.5污染。PM_2.5浓度升高时，水溶性无机离子（WSIIs）同步增加，其中硝酸盐（NO₃^?）在冷季贡献尤为突出。

结论与启示

本研究通过多季节氮氧同位素分析，揭示了华东地区大气硝酸盐的形成机制和精细化来源解析。冷季硝酸盐是PM_2.5的主要组分，且在污染事件中显著富集。δ¹⁵N–NO₃^?和δ¹⁸O–NO₃^?均呈现明显的季节差异：暖季值偏低，冷季值偏高。OH自由基氧化路径（f_OH）在暖季占主导，而冷季低温与高NO₂条件共同促进了N₂O₅水解路径的贡献。贝叶斯同位素混合模型显示，车辆排放是冷季硝酸盐的主要来源，生物质燃烧则为暖季主导源，工业过程贡献稳定。研究结果为工业城市硝酸盐污染防治提供了关键同位素证据。