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森林火灾是一个正在增长的全球性问题,对森林保护、温室气体排放具有负面影响,也可以加速土地退化并威胁全球生态平衡。每年全球总森林过火面积达到3.36-3.50Mha。森林生物质燃烧能够释放大量的烟气和颗粒物,包括CO2,CO,NOX,和PM1-10等。高浓度的CO2和NOX会降低植物叶片的气孔导度,影响植物地上部分的光合作用和地下根系的生理活动。烟气中的固体颗粒不仅会促进光化学反应,影响光散射和吸收,还会加剧烟雾的形成并危害人体健康。 福建省位于中国东南部亚热带地区。全省林业资源高达764.94×104Km2,占福建区域面积的74%以上。由于人类活动以及当季节性气候变化剧烈(常有高温天气)导致该地区的森林火灾频繁发生。受地理位置、降雨量和湿度等条件影响,福建的森林发生具有频率高、强度下的特点。有学者研究表明,低强度森林火灾的污染物排放量比高强度森林火灾还要大,可对大气环境产生更大的影响。因此,探讨福建森林火灾的污染物排放特性对理解其对区域环境影响具有重要意义。 本研究基于自主设计的可燃物烟气分析系统对福建森林可燃物的燃烧释放烟气颗粒物的排放特性进行研究。基于烟气分析系统,测定福建主要植被类型(亚热带常绿针叶林、亚热带常绿阔叶林、亚热带落叶阔叶林和亚热带常绿灌木林)的CO,CO2,HC,NOX,和PM1-10的排放因子,以及PM1-10中的主要成分。此外,基于遥感数据(MODIS-MCD45A1)林火产品估算福建省2001-2015年间森林火灾释放烟气污染物的总量。本研究对评价和理解森林火灾对中国亚热带其他大气、生态系统和人类健康的影响具有重要意义。 具体研究结果如下: (1)福建主要植被类型在不同燃烧状态下CO,CO2和NOX排放因子存在显著差异。叶和枝阴燃时CO平均排放因子分别为223.24g/kg和238.53g/kg,高于明燃时的平均排放因子,分别为202.37g/kg和222.35g/kg。而明燃时CO2和NOX的平均排放因子分别为1300.52g/kg、1.78g/kg和1234.53g/kg、0.73g/kg,高于阴燃时的平均排放因子,分别为1285.84g/kg,1.58g/kg和1230.80g/kg,0.55g/kg。结果还表明,阴燃时叶释放CO,CO2和NOX排放因子最大,排放因子大小顺序分别为常绿阔叶林>常绿灌木林>常绿针叶林>落叶阔叶林。枝的排放因子大小顺序为常绿灌木林>常绿阔叶林>常绿针叶林>落叶阔叶林。 (2)福建主要植被类型枝、叶在不同燃烧状态下的细颗粒物(PM1-10)排放也存在差异。结果表明,叶和枝阴燃时的PM1-10平均排放因子分别为40.21g/kg和38.30g/kg,高于明燃时平均排放因子分别为32.74g/kg和37.58g/kg。不同燃烧状态时,叶片PM1-10的排放因子高于树枝。常绿林相比其他林型的叶片和枝条在不同燃烧状态下PM1-10排放因子均最高。 (3)颗粒物水溶性离子的测定结果表明,福建省主要植被类型枝叶不同燃烧状态下释放的PM1-10中存在F-、Cl-、NO2-、NO3-和SO42-等水溶性阴离子。枝叶在不同燃烧状态时F-、Cl-、NO2-、NO3-和SO42-的水溶性离子的平均排放因子分别为0.12g/kg、0.18g/kg、0.06g/kg、0.05g/kg和0.11g/kg。此外,阴燃时水溶性离子排放因子的平均值高于明燃。 (4)颗粒物中水溶性阳离子主要为K+、Na+、Ca2+、Mg2+和NH4+等。阴燃时叶片和枝阳离子的平均排放因子高于明燃。K+、Na+、Ca2+、Mg2+和NH4+的平均排放因子分别为2525.01μg/g、625.03μg/g、87.5μg/g、217.49μg/g和82.5μg/g。其中,在不同燃烧状态下的所有燃烧样本中的排放因子最高的是Na+,而Mg2+排放因子最低。常绿林的枝、叶在不同燃烧状态下各元素排放因子最高。 (5)研究区内2001-2015年森林火灾发生总数为1148次。其中,2008年发生的火灾数量最多,发生305起火灾,2010年发生火灾最少,发生12起火灾。林火释放的CO总量为18228.42Tg,CO2为96203.32Tg,CXHY为15951.38Tg,NOX为116.94Tg和PM1-10为57.06Tg。估算结果表明,所有污染物在2008年排放量最高,CO在2007年排放量最低,其余污染物在2015年排放量最低。