论文部分内容阅读
硫丹(Endosulfan)是一类在农业上被广泛使用的有机氯农药(Organochlorine pesticide, OCPs)，具有持久性有机污染物(Persistent organic pollutants, POPs)的特性，已被列入《斯德哥尔摩公约》名单。中国和印度是目前已知两个全球最大的硫丹生产和使用国，中国自2019年3月26日起禁止硫丹的生产、流通、使用和进出口，正式宣告硫丹在中国全面禁止和淘汰，而印度目前仍在使用硫丹作为农药杀虫剂。大量的硫丹使用不仅给两国的环境带来了直接的危害，同时印度排放的硫丹也对中国部分地区环境质量造成影响。
本论文在大量搜集资料和数据的基础上，建立了2010年中国-印度两国硫丹高分辨率(0.25o×0.25o经纬度)的网格化使用、大气排放和土壤残留清单，结合耦合多环境介质交换的大气迁移扩散模型CanMETOP，模拟了硫丹在中国、印度两国大气、土壤中的浓度水平、以及大气迁移、干湿沉降等环境行为，并采用清单分离的方法，量化了印度硫丹排放对中国大气、土壤浓度的影响。旨在帮助决策者制定硫丹的污染管控措施，为中国硫丹控制与削减提供理论依据和数据支持。本论文主要研究结果如下：
(1)中国和印度硫丹网格化使用清单：查阅中国和印度的统计年鉴和相关文献数据，建立了中国和印度硫丹网格化的使用清单。结果表明：2010年中国和印度的硫丹使用量分别为3083吨和3205吨。其中，中国五种施用硫丹的农作物使用量及其占比分别为：棉花1210吨(39%)、茶叶726吨(24%)、小麦567吨(18%)、烟草304吨(10%)和苹果树277吨(9%)；印度两种施用硫丹的农作物使用量及其占比分别为棉花3003吨(94%)和茶叶202吨(6%)。结果表明，两国均在棉花作物上使用的硫丹量较大，占比较高。从空间分布来看，硫丹使用量较高的区域主要集中在中国东部的江苏省、山东省以及西北部的新疆维吾尔自治区等地；印度集中在西部的古吉拉特邦、中部的马哈拉施特邦和北部的哈里亚纳邦。
(2)中国和印度网格化的大气排放和土壤残留清单：基于建立的网格化使用清单，利用SGPERM模型，建立中国-印度两国硫丹网格化的大气排放和土壤残留清单。结果表明：对于大气排放清单，2010年中国α、β-硫丹的大气排放量分别为908吨和405.8吨，印度α、β-硫丹的大气排放量分别为1010吨和441.2吨。高排放区集中在中国的山东省、陕西省、河北省和新疆维吾尔自治区；而印度集中在西部的古吉拉特邦、中部的马哈拉施特邦和北部的哈里亚纳邦。对于土壤残留清单，中国α、β-硫丹的土壤平均残留量分别为93.6吨和294.9吨，印度α、β-硫丹的土壤平均残留量分别为37.9吨和239.1吨。相比于α-硫丹，β-硫丹的土壤半衰期更长，更易于长期残留于土壤，土壤残留量的分布与大气排放的空间分布情况类似。
(3)中国和印度硫丹的大气、土壤浓度以及干湿沉降通量分布特征：以大气排放和土壤残留清单为输入数据，利用CanMETOP模型对中国、印度两国硫丹的环境行为进行模拟，同时搜集了大量的地面观测数据对模拟结果加以验证。结果表明：模拟值与观测值基本相差在一个数量级之内，相关性较好。α-硫丹和β-硫丹的大气浓度范围分别为0-5635.4pg/m3和0-599pg/m3，平均土壤浓度范围分别为0-38ng/g和0-103.7ng/g。对于α-硫丹和β-硫丹这两种异构体，在大气中均主要以气相形式存在。α-硫丹在大气中的浓度高于β-硫丹，而在土壤中的浓度低于β-硫丹。这是由于α-硫丹的土壤半衰期很短，在环境中的性质不稳定；相比于α-硫丹，β-硫丹具有更长的土壤半衰期，在环境更加稳定，不易挥发，易于残留到土壤。就空间分布而言，排放源对硫丹的大气浓度和土壤浓度影响较大，但在中国的西南地区，出现了较高的大气和土壤残留浓度，表明大气长距离迁移是影响硫丹空间分布的重要因素。
(4)印度硫丹排放对中国大气与土壤浓度的贡献和占比：采用排放及残留清单分离的方法，评估了印度硫丹使用对中国大气和土壤浓度的贡献。结果表明：印度硫丹排放对中国的影响主要集中在西南地区，特别是青藏高原。印度对中国大气和土壤浓度贡献从中国、印度边境到中国内陆呈现从高到低的分布趋势，且均主要以α-硫丹为主。对于大气浓度而言，α-硫丹最高的贡献比例达60%，β-硫丹的贡献比例范围较小为0-2%。对于土壤浓度，印度硫丹排放对中国土壤中α-硫丹的浓度贡献比例范围为0-29%，β-硫丹仅为0-8‰。表明了相比于β-硫丹，α-硫丹具有更强的长距离迁移能力，同时印度硫丹的排放也是中国西南地区大气和土壤环境中硫丹的主要来源之一。
本论文在大量搜集资料和数据的基础上，建立了2010年中国-印度两国硫丹高分辨率(0.25o×0.25o经纬度)的网格化使用、大气排放和土壤残留清单，结合耦合多环境介质交换的大气迁移扩散模型CanMETOP，模拟了硫丹在中国、印度两国大气、土壤中的浓度水平、以及大气迁移、干湿沉降等环境行为，并采用清单分离的方法，量化了印度硫丹排放对中国大气、土壤浓度的影响。旨在帮助决策者制定硫丹的污染管控措施，为中国硫丹控制与削减提供理论依据和数据支持。本论文主要研究结果如下：
(1)中国和印度硫丹网格化使用清单：查阅中国和印度的统计年鉴和相关文献数据，建立了中国和印度硫丹网格化的使用清单。结果表明：2010年中国和印度的硫丹使用量分别为3083吨和3205吨。其中，中国五种施用硫丹的农作物使用量及其占比分别为：棉花1210吨(39%)、茶叶726吨(24%)、小麦567吨(18%)、烟草304吨(10%)和苹果树277吨(9%)；印度两种施用硫丹的农作物使用量及其占比分别为棉花3003吨(94%)和茶叶202吨(6%)。结果表明，两国均在棉花作物上使用的硫丹量较大，占比较高。从空间分布来看，硫丹使用量较高的区域主要集中在中国东部的江苏省、山东省以及西北部的新疆维吾尔自治区等地；印度集中在西部的古吉拉特邦、中部的马哈拉施特邦和北部的哈里亚纳邦。
(2)中国和印度网格化的大气排放和土壤残留清单：基于建立的网格化使用清单，利用SGPERM模型，建立中国-印度两国硫丹网格化的大气排放和土壤残留清单。结果表明：对于大气排放清单，2010年中国α、β-硫丹的大气排放量分别为908吨和405.8吨，印度α、β-硫丹的大气排放量分别为1010吨和441.2吨。高排放区集中在中国的山东省、陕西省、河北省和新疆维吾尔自治区；而印度集中在西部的古吉拉特邦、中部的马哈拉施特邦和北部的哈里亚纳邦。对于土壤残留清单，中国α、β-硫丹的土壤平均残留量分别为93.6吨和294.9吨，印度α、β-硫丹的土壤平均残留量分别为37.9吨和239.1吨。相比于α-硫丹，β-硫丹的土壤半衰期更长，更易于长期残留于土壤，土壤残留量的分布与大气排放的空间分布情况类似。
(3)中国和印度硫丹的大气、土壤浓度以及干湿沉降通量分布特征：以大气排放和土壤残留清单为输入数据，利用CanMETOP模型对中国、印度两国硫丹的环境行为进行模拟，同时搜集了大量的地面观测数据对模拟结果加以验证。结果表明：模拟值与观测值基本相差在一个数量级之内，相关性较好。α-硫丹和β-硫丹的大气浓度范围分别为0-5635.4pg/m3和0-599pg/m3，平均土壤浓度范围分别为0-38ng/g和0-103.7ng/g。对于α-硫丹和β-硫丹这两种异构体，在大气中均主要以气相形式存在。α-硫丹在大气中的浓度高于β-硫丹，而在土壤中的浓度低于β-硫丹。这是由于α-硫丹的土壤半衰期很短，在环境中的性质不稳定；相比于α-硫丹，β-硫丹具有更长的土壤半衰期，在环境更加稳定，不易挥发，易于残留到土壤。就空间分布而言，排放源对硫丹的大气浓度和土壤浓度影响较大，但在中国的西南地区，出现了较高的大气和土壤残留浓度，表明大气长距离迁移是影响硫丹空间分布的重要因素。
(4)印度硫丹排放对中国大气与土壤浓度的贡献和占比：采用排放及残留清单分离的方法，评估了印度硫丹使用对中国大气和土壤浓度的贡献。结果表明：印度硫丹排放对中国的影响主要集中在西南地区，特别是青藏高原。印度对中国大气和土壤浓度贡献从中国、印度边境到中国内陆呈现从高到低的分布趋势，且均主要以α-硫丹为主。对于大气浓度而言，α-硫丹最高的贡献比例达60%，β-硫丹的贡献比例范围较小为0-2%。对于土壤浓度，印度硫丹排放对中国土壤中α-硫丹的浓度贡献比例范围为0-29%，β-硫丹仅为0-8‰。表明了相比于β-硫丹，α-硫丹具有更强的长距离迁移能力，同时印度硫丹的排放也是中国西南地区大气和土壤环境中硫丹的主要来源之一。