土壤氨氮浓度与雾霾形成的关系

　　中国雾霾引起全社会广泛关注，其形成机制既具普遍性，又具特殊性。本文通过数理分析和实证验证手段，剖析中国雾霾形成机制普遍性是传统土壤尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶为凝结核生成雾霾；特殊性是中国雾霾形成速度和扩散快、凝结核体积(直径)跳跃式和突发性增长，均与区域微生物种群及土壤、水源严重面源污染密切相关。由于中国水土环境受到富营养化严重污染，造成环境中微生物种群繁杂和富集；土壤中氨氮浓度高，造成冬春季节水分蒸发带走大量富营养水分，在低空与气溶胶相结合，在凝结核吸水膨胀同时，也为吸附在凝结核的微生物快速分裂繁殖提供养分，长期以往形成具有地域特征微生物种群，为雾霾快速形成、频发和爆发性增长提供了外部条件。

　　综上，中国工业化进程中工业等污染和广大农村的土壤、水源严重污染的叠加效应，是中国严重雾霾形成的特殊机制。

　　1、中国“雾霾”的不同表现形式

　　(1)中国“雾霾”对人体直接伤害低，与欧美不一样。欧美严重雾霾有大量直接致死记录，1952年伦敦雾霾致12000人丧生。中国严重雾霾频发，但直接伤害致死案例目前没有一例。但呼吸系统慢性疾病，特别是肺癌发病率大范围上升，肺癌已逐渐成为常见病，过去10年北京至少新增60%肺癌患者。

　　(2)中国“雾霾”强度在宏观上与大气污染物排放强度呈反向变化趋势，与欧美不一样。夜间，运行中汽车大幅减少、工厂停产、工地停工、发电厂负荷下降，大气污染排放强度降低，雾霾强度却显著增强；早上，生产生活恢复正常，污染排放强度提高，雾霾强度却呈稳定或下降趋势。这不是偶然现象，而是一般性规律，图2-1，2-2，2-3数据来自中国环保部。

　　(3)中国“雾霾”在节能减排趋势中逆势增长，与欧美不一样。中国推广燃煤机组烟气超低排放技术，提高天然气使用比例。2013年，天然气消费1600亿立方米；能源消耗强度下降3.7% 。北京通过政府补贴全部取消家庭燃煤取暖。京津冀粉尘量大幅下降。但雾霾并没有减少，反而频率越来越高、重“雾霾”越来越多。

　　(4)中国“雾霾”与新能源应用比例正相关，与欧美不一样。中国新能源应用比例显著提升，风电、太阳能、水电发展速度和装机总量均居世界第一，但雾霾发生频率和严重程度不仅未能扼制和下降，却大幅提高。

　　中国雾霾结构与欧美显著不同，要从其特殊性入手，剖析产生的深层次原因。

　　2、中国“雾霾”形成机制的深度分析

　　通过对气溶胶颗粒的成份进行DNA测序，发现1300多种微生物 。表明中国雾霾频发和严重性与我国东部地区水土环境面源污染、大量滋生微生物种群有直接关联。长期以来，我国经济发展方式粗放，产业结构和布局不合理，污染物排放总量居高不下。如北京已被2000多座垃圾场包围，每天垃圾处理缺口8000吨，仍以每年8-10%速度增长。见图3-4。面对严峻形势，我国加强土壤环境保护和污染治理，坚决向土壤污染宣战。

　　中国严重雾霾快速形成与扩散，与微生物繁殖有关。微生物繁殖速度惊人。图5表明，当微生物飘移到大气中吸附在气溶胶凝结核表面，进入生命周期迟缓期；当土壤中水分蒸发，携带氨氮营养物与气溶胶凝结核结合，为微生物生长提供水分、养料和氧气，使微生物进入对数生长期。

　　附着在气溶胶颗粒上的微生物在适宜条件下迅速繁殖，使气溶胶体积迅速增大，最终形成雾霾。如常温常压下，气溶胶颗粒只有0.1微米，但随微生物迅速繁殖，体积可迅速增长到2.5微米、5微米，甚至10微米。图6显示雾霾指数突变，左图最高点在中午12∶00附近；右图最高点在凌晨00∶00附近。按传统解释，指数高点应有污染突发性事故发生，但事实上并没有，这只能用微生物快速分裂解释。

　　3、大气中微生物繁殖条件分析

　　微生物繁殖条件是温度、水分、氧气和养分。研究发现，微生物温度适应能力强，在水分蒸发进入大气，随空气温度降低会再次凝结，冬季成霜，春季成雾；物体悬浮状态接触空气面积最大，使吸附在凝结核表面微生物获得充分氧气。

　　微生物生长最重要的养分是氨氮，氨氮融入气溶胶与微生物相遇，成为微生物快速繁殖的营养剂。氨氮来源于土壤和水源富营养化污染。改革开放以来，中国经济快速发展，也带来严重环境代价。中国2012年GDP增长7.8%，外部环境损失占GDP的9.2%。