【摘 要】
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大气颗粒物污染是当前我国面临的最严峻的大气环境问题之一,PM10、PM2.5对人体健康等有严重的影响,其主要来源是工业燃烧、机动车尾气排放、城市扬尘和土壤源。我国是农业大国,农田土壤结构体易受翻耕等农业活动影响遭到破坏,在风力等外界作用下易产生PM10、PM2.5等大气颗粒物。这些颗粒物易携带大量化肥、农药和重金属等残留物,对环境、人体等有极大危害。因此,了解农业用地土壤对大气颗粒物PM10、PM
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大气颗粒物污染是当前我国面临的最严峻的大气环境问题之一,PM10、PM2.5对人体健康等有严重的影响,其主要来源是工业燃烧、机动车尾气排放、城市扬尘和土壤源。我国是农业大国,农田土壤结构体易受翻耕等农业活动影响遭到破坏,在风力等外界作用下易产生PM10、PM2.5等大气颗粒物。这些颗粒物易携带大量化肥、农药和重金属等残留物,对环境、人体等有极大危害。因此,了解农业用地土壤对大气颗粒物PM10、PM2.5的贡献,具有重要的科学意义。本文以采自中科院武汉植物园江夏基地的棕红壤为对象,进行室内模拟实验,探讨风速、翻耕强度、土壤粒级、含水率等因素对土壤释放PM10、PM2.5的影响,考察了颗粒样品的形貌、粒径分布、粗糙度与启动摩阻风速等,依据室内模拟实验结果预测了武汉市农用地表土年均损失。所得的主要结论如下:（1）室内模拟实验采集到的PM样品为单个或聚集的不规则结构体。PM样品中的颗粒物微观形貌为单个不规则结构体或多个结构体叠放形成的集合体,为典型的土壤矿物形貌,并未出现燃烧产物中的链状、球状、多孔状等形貌。（2）翻耕对土壤样品有强烈的破碎作用,<1 mm土样和1～2 mm土样翻耕后其样品中颗粒物的粒径均向小粒径方向偏移。<1 mm土样中粒径为5～10μm的颗粒占颗粒总数量的62.57%,而该土样经30 r/min翻耕后,粒径为1.62～5μm的颗粒占颗粒总数量的83.9%;经100 r/min翻耕后,粒径为1.1～3.14μm的颗粒占颗粒总数量的88.8%。1～2 mm土样经30 r/min翻耕后部分颗粒向小粒径方向偏移到30～300μm,而经100 r/min翻耕后则是粒径小于40μm颗粒占数量比重较大。（3）土样释放PM10、PM2.5质量浓度均随风速、翻耕强度增强而增大,且土样更易向大气中释放粒径为2.5～10μm的颗粒物。在风速为0.5 m/s和3 m/s时,<2 mm土样释放PM10、PM2.5质量浓度分别为56.8μg/m~3、48.1μg/m~3和304.5μg/m~3、175.1μg/m~3;在翻耕强度为0 r/min和100 r/min时,<2 mm土样释放PM10、PM2.5质量浓度分别为79.4μg/m~3、58.9μg/m~3和17140.5μg/m~3、5130.8μg/m~3,翻耕比风蚀对土样释放PM10、PM2.5浓度影响更大。（4）土样释放PM10、PM2.5质量浓度随含水率呈幂函数减少,含水率为7%时土样PM10、PM2.5释放量分别为3.4%时的17%、19%。当含水率为3.40%时,土样排放PM10、PM2.5质量浓度分别为2162.59μg/m~3、1254.83μg/m~3;而含水率为7.03%时,土样排放PM10、PM2.5质量浓度则降为368.68μg/m~3、239.38μg/m~3。土样释放PM10、PM2.5质量浓度与含水率呈幂函数减少关系,且土样释放PM10、PM2.5含水率阈值分别为21.5%、21.9%。（5）土样启动摩阻风速随翻耕速度逐渐变大而变小,且与其向大气中释放PM10、PM2.5的质量浓度呈4次幂函数关系。粒径<1 mm土样在0 r/min、100 r/min时启动摩阻风速分别为0.282 m/s、0.245 m/s,下降13%;粒径1～5 mm土样在翻耕强度为100 r/min时启动摩阻风速相较0 r/min时下降23%。启动摩阻风速与其向大气中释放PM10、PM2.5的质量浓度均成4次幂函数关系。（6）武汉市农用地表土年均损失预估最高可达299.57 t。若在刮风期进行翻耕,武汉市农用地表土年均损失量可达299.57 t,其中细粒子PM2.5量可达169.14 t;若在静、小风期进行翻耕,武汉市农用地表土年均损失量可达290.51 t,其中细粒子PM2.5的量可达169.98 t。
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