随着我国空气污染的治理深入，大气细颗粒物（PM_2.5）的组分正在发生着明显变化。硝酸根（NO₃^-）在PM_2.5中的占比越来越大，特别是在环渤海地区，已经成为冬季灰霾发生的关键诱导因子。因此，客观认识NO₃^-的来源和形成过程，是采取有针对性措施，进一步提高我国空气质量的关键。

本研究基于2014至2019年10次渤海走航观测，发现研究期间PM_2.5中NO₃^-的比例从0.08增加至0.16。δ¹⁵N-NO₃^-范围为-4.1‰～+20.5‰，呈逐年下降的趋势，冬季尤为显著。δ¹⁸O-NO₃^-平均值为+72.6 ± 13.5‰，蒙特卡罗计算结果表明[OH]途径对NO₃^-形成贡献在冬季下降了27.4%，意味着观测期间大气氧化性的增强。贝叶斯混合模型的模拟结果表明燃煤排放仍然是本区域NO₃^-的最大贡献源（46.6 ± 15.9%），但已呈现显著下降的趋势。大气氧化性的增强和微生物过程排放的增加对渤海大气NO₃^-的贡献越来越重要。

图1. 基于贝叶斯模型结果的NO₃^-浓度再分配及其年际变化特征（以2014年为参考）

此外，在稳定氮同位素技术解析大气NO₃^-来源的应用中，各类氮氧化物（NO_x，NO₃^-前体物）排放源的δ¹⁵N-NO_x源值是重要的基础数据。目前关于这些排放源的δ¹⁵N-NO_x源值研究主要集中在国外，我国本土研究较少。非本地化的δ¹⁵N-NO_x源值是增大我国NO₃^-来源解析结果不确定性主要因素之一。为此，开展了我国机动车排放、燃煤燃烧、生物质燃烧等典型NO_x排放源的实测研究，初步建立了我国本土大气NO_x排放源稳定氮同位素特征源谱库。结果显示我国机动车排放δ¹⁵N-NO_x值为 -12.58 ± 2.16‰，燃煤燃烧排放δ¹⁵N-NO_x值为+17.9‰ ± 3.1‰，生物质燃烧排放δ¹⁵N-NO_x值为+1.3‰ ± 4.3‰。

图2. 我国不同燃料类型机动车排放δ¹⁵N-NO_x特征

图3. 华北地区燃煤燃烧与生物质燃烧排放δ¹⁵N-NO_x特征

相关研究结果分别发表在Journal of Geophysical Research- atmospheres、Environmental Science & Technology，Environmental Pollution上。中国科学院烟台海岸带研究所海岸环境地球化学过程与模拟研究组宗政博士为第一作者，田崇国研究员为通讯作者。研究受到国家自然科学基金(Grant No. 41977190，41907198)、国家自然科学基金委-山东省联合基金（U1906215）等项目的支持。

相关论文：

1. Zheng Zong, Chongguo Tian, Zeyu Sun, Yang Tan, Yajun Shi, Xiaohuan Liu, Jun Li, Yunting Fang, Yingjun Chen, Yuhao Ma, Huiwang Gao, Gan Zhang, Tao Wang. Long-term evolution of particulate nitrate pollution in North China: Isotopic evidence from 10 offshore cruises in the Bohai Sea from 2014 to 2019. Journal of Geophysical Research – Atmospheres 2022. (IF=4.261).

2. Zheng Zong, Xiaolan Shi, Zeyu Suna, Chongguo Tiana, Jun Li, Yunting Fang, Huiwang Gao, Gan Zhang. Nitrogen isotopic composition of NO_x from residential biomass burning and coal combustion in North China. Environmental Pollution 2022, 304, 119238. (IF=8.071)

3. Zheng Zong, Zeyu Sun, Leilei Xiao, Chongguo Tian, Junwen Liu, Qinge Sha, Jun Li, Yunting Fang, Junyu Zheng, Gan Zhang, Insight into the variability of the nitrogen isotope composition of vehicular NO_x in China. Environmental Science & Technology 2020, 54(22), 14246-14253. (IF=9.028)