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为解决我国灰霾污染问题，国家和地方政府采取了各种措施来预防和控制空气污染，如降低大气中SO₂和NO_x的排放量。然而，随着NH₃排放量的增加可能限制了PM_2.5减排效果。因此，优化控制策略时，首先要确定PM_2.5中NH₄⁺的来源，这可能是我国当前和未来大气污染控制最紧迫的问题之一。前人研究中报道的NH₃源δ¹⁵N值在一定程度上可用于估算大气中NH₄⁺的来源。然而，由于收集NH₃源样品的方法不统一，不同NH₃源的δ¹⁵N值存在明显的重叠和不确定性，不利于准确理解NH₄⁺来源。除此之外，此前的研究大多局限于特定季节或单一城市站点，可能缺乏不同季节或功能站点（如郊区和农村地区）的综合比较研究。

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为了准确探明PM_2.5中NH₄⁺的来源，我院李晓东教授课题组利用主动采样法系统建立了我国典型NH₃排放源的δ¹⁵N值特征谱。结果发现，与挥发性NH₃（v-NH₃）相比，燃烧相关的NH₃（c-NH₃）表现出更偏正的δ¹⁵N值，同时来自农业土壤和人类排泄物排放的δ¹⁵N-NH₃值存在不同的季节性变化（图1）。基于MixSIAR模型，研究发现使用文献中δ¹⁵N-NH₃源谱可能会高估c-NH₃对NH₄⁺的贡献。同时，与不考虑源谱的季节性变化估算的结果相比，考虑源谱的季节性所估算的结果更符合实际。因此，研究证实在使用MixSIAR模型估算PM_2.5中NH₄⁺的源贡献时，应考虑NH₃源δ¹⁵N值的季节性变化。

图1 本研究和前人研究中NH₃源δ¹⁵N值的比较

基于以上NH₃源δ¹⁵N值特征谱，进一步探究了天津市市区和郊区PM_2.5中NH₄⁺来源的时空变化及潜在联系。结果发现，夏季郊区NH₄NO₃的浓度明显低于城区，冬季两地差异不明显。无论城区还是郊区，v-NH₃和c-NH₃的贡献率在季节上呈现出相似的变化模式。但是，冬季城区样品点c-NH₃形成的稳定颗粒态NH₄NO₃可能会被输送到下风向郊区，导致郊区NH₄⁺浓度升高。

    上述研究建立了NH₃源δ¹⁵N值季节性特征谱，并深入分析了天津市PM_2.5中NH₄⁺来源的时空变化规律及城郊间潜在的联系，为制定因地制宜的减排策略提供了科学依据，对减轻日益严重的大气NH₃污染具有重要意义。相关成果在地学和环境学Top期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》、《Science of The Total Environment》等发表。论文第一作者为我院2023届博士毕业生肖浩，通讯作者为李晓东教授。课题组丁士元副教授、硕士生纪传文等参与了以上研究。研究得到国家自然科学基金（42273020、41773006），国家资助博士后研究人员计划（GZC20231552）以及天津市自然科学基金项目（22JCQNJC00700）等联合资助。

论文信息：

Xiao Hao, Ding Shiyuan, Li Xiaodong. (2024), Sources of NH₄⁺ in PM_2.5 and their seasonal variations in urban Tianjin China: New insights from the seasonal δ¹⁵N values of NH₃ source, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 129, e2023JD040169, doi: https://doi.org/10.1029/2023JD040169.

Xiao Hao, Ji Chuanwen, Ding Shiyuan, Li Xiaodong. (2024), Strategic control of combustion-induced ammonia emissions: A key initiative for substantial PM_2.5 reduction in Tianjin, North China Plain, Science of The Total Environment, 928, 172328, doi: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172328.