当前的世界环境

介绍

由于城市化和工业化的发展，空气污染被视为一个主要问题。氮是大气的主要成分。它约占地球大气体积的78%。惰性氮被转化成不同的活性化合物，如NH_3.,没有₂、蛋白质、尿素等。这些含氮化合物称为活性氮化物(N_R.）化学，生物学上，光学和放射性活性物种^{1 - 2}．NH._3.也没有_X在大气化学和营养供应中起重要作用的主要活性氮物种是什么²．大气的主要来源NH_3.包括氮固定，Haber-Bosch工艺和人排泄物。NH._3.是一种高可溶性的水，在高浓度时具有腐蚀性。NH._3.在空气中发射的是直接通过干沉积直接沉积或转化为NH_4.⁺气溶胶。这些NH_4.⁺气溶胶在酸雨、营养供应和辐射强迫中起着重要作用。

大气NO的来源_X包括运输，行业，闪电，化石燃料燃烧和生物量燃烧^３－5．通过从大气中湿热和干燥的去除方法沉积人为成分对陆地和水生生态系统产生不利影响^6.．升高的浓度_X导致对流层浓度增加。高浓度的含氮化合物会导致富营养化、土壤酸化等环境问题。没有反应₂与OH形成硝酸(HNO)_3.）沉积在地球表面上^7.．一氧化二氮(N₂O)主要由土壤和水稻栽培释放。N₂o是一个有效的温室气体，在平流层的臭氧破坏中起着重要作用。

尽管NR物种的连续排放，但大气在清洁本身上，并在适当的时间通过湿沉积和干沉积来清除成分^8.．湿沉积以雨、雪或雾的形式出现。湿沉降在去除大气有机碳方面起着重要作用^9.．其中一部分碳可以溶解在雨水中，称为溶解有机碳(DOC)，很容易通过过滤器。有机化合物的天然来源包括voc、生物气溶胶、来自植被、森林火灾、海洋和火山。人为源包括煤、石油、化石燃料燃烧、生物质燃烧、短暂排放和Haber Bosch固氮¹⁰．据报道，一半的初级有机碳转化为二级有机气溶胶(SOA)。大气湿沉降去除大气中约60%的OC，干沉降去除大气中约40%的OC。大气DOC可以影响云反照率和云凝结核、雨水pH值、光化学过程和能见度¹¹．与DOC的重要性相一致，本研究旨在确定雨水中DOC的含量，并关联其相关氮化物，以确定它们的共变异和共同来源联系。除此之外，本研究还旨在确定NO的浓度_3.^-和NH_4.⁺并找出研究区湿沉降中碳和Nr物种的本地源与运输源的优势。

方法

采样地点

如图1所示。1，位于地区总部（25.88°N，86.6°E），位于东部的Bihar和印度北部平原。该位置也有助于估计该地区的空气质量。该区占地面积1,687公里²在海拔44米的地方。该地区人口19,00,661。该地区的西侧被戈西河包围。农业是这个地区人民的主要职业。该地区主要种植水稻、玉米、黄麻、小麦、大麦和甘蔗。工地的主要污染源包括车辆排放、家庭烹饪、生物质燃烧、烟囱和道路灰尘。由于该地点靠近印度-尼泊尔和印度-孟加拉国边界，它将有助于跨边界污染的研究。

图1：萨哈尔拉镇的学习区地图。 点击这里查看图

样品采集

样品采集是在一个20米高的建筑露台上进行的。一个直径20cm的聚乙烯漏斗安装在2L容量的聚乙烯瓶上，用于收集雨水。样本以事件为基础收集。每次降雨后，用去离子水适当洗涤的量筒测量样品的体积。收集后，样品保存在预洗的125毫升小聚乙烯瓶中。样品中加入少量百里香酚保存。2018年7月至10月共采集了18份样本。此外，在分析之前，样品被带到实验室并在4°C的冰箱中保存。

化学分析

采集样品后，立即测量样品的pH值和电导率。第n_3.^-和NH_4.⁺用分光光度法分析¹²．NH._4.⁺在UV-Vis分光光度计（USPERMER，USA）的帮助下，通过使用吲哚螺母蓝方法进行色谱法测量。第n_3.^-通过使用使用uv-Vis分光光度计的TRI溶液方法测定¹³.碳酸氢盐离子(HCO_3.^-)，用滴定法测定样品的碱度¹⁴．

采用岛津TOC分析仪，采用常温催化燃烧法测定雨水中DOC。DOC的测定包括两个步骤:总碳(TC)的定量和无机碳(IC)的测定。用超纯水溶解邻苯二甲酸氢钾制备TC标准品，用无水碳酸钠和碳酸氢钠混合制备IC标准品。为了测量温度，样品被注射到燃烧管。TC为IC和DOC之和(过滤后的样本)。对于IC测量，样品用H酸化_3.阿宝_4.并用CO清除₂以去除和测量CO₂由无机物产生的。

结果与讨论

雨水的pH值变化及离子组成

表1给出了以mg/L为单位测量的雨水中不同参数的描述性统计。样品的pH值范围为5.5 ~ 7.68，平均值为6.52。2)所观察样品的碱性主要是由于悬浮CaCO的高负荷所致_3.大气中富含颗粒物，这是印度地区的共同特征^6，15．然而，由于长时间持续降雨，每18个样品中就有一个呈酸性(pH值低于5.6)。连续降雨导致大气尘埃颗粒沉降，雨水对硫酸盐和硝酸盐的缓冲能力降低。一般来说，如前所述，印度的颗粒物由CaCO组成_3.导致该地区雨水的pH值很高¹⁶通过高值的碳酸氢盐离子（HCO）进一步证实。_3.^-)和样品的碱度。HCO的浓度_3.变化范围为19.99 ~ 48 mg/L，平均值为27.90 mg/L。碱度浓度变化范围为16.39 ~ 39.36 mg/L，平均值为22.90 mg/L。样品的电导率为1.91 ~ 4.91µS/cm，平均为0.77。

表1:各参数描述性统计。

图2:在工地采集的雨水样本的pH值。 点击这里查看图

没有变化_3.^-andnh._4.⁺

雨水中N主要以NO的形式存在_3.^-andnh._4.⁺离子¹⁷。为了考虑他们的化学转化等同物，没有_3.^-andnh._4.⁺用µeq/L计算，以便本节进一步讨论。NO的浓度_3.^-µeq/L为4.2 ~ 191，平均为52µeq/L。NO的来源_3.^-主要包括化石燃料燃烧、生物质燃烧、砖窑和车辆在现场排放¹⁸．图3显示了NO的变化规律_3.^-和NH_4.⁺随着时间的推移。突然增加了否_3.^-30日^th2018年8月可能是由于强降水(13mm)发生在强闪电。此外,没有_3.^-与地壳微粒有关的物质可能已经被冲刷掉了。闪电向北₂formingNO也没有₂氧化成没有_3.在下面的反应中，一氧化氮(NO)与分子氧反应生成二氧化氮(NO₂)进一步与臭氧(O_3.)，并形成硝酸盐(NO_3.)．

2没有⁺O.₂→2no.₂…[1]

没有₂+ O_3.→否_3.+ O₂…[2]

没有_3.+ no→2no₂…[3]

图3:NO3.-和NH4.+在雨水样品。 点击这里查看图

NH的浓度_4.⁺从0到177.8μEq/ L不同，平均为51.1μq/ l。图5示出了NH的模式的变化_4.⁺在该地区。高水平的NH_4.⁺在雨水中主要是由于NH的释放_3.来自各种来源，如农业中使用含氨肥料、牲畜排放、动物和人的排泄物以及该地区的生物质燃烧^5、13．NH._3.易与H反应₂所以_4.和HNO_3.形成各自的盐¹⁹.Generally，由于丰富的Caco_3.在空气中_那免费H₂所以_4.在这个地区并不存在。当降雨持续时间较长时，地壳物质就会被冲刷掉，从而产生H₂所以_4.和(NH_4.）₂所以_4.形成^8,15,20．

NH._3.+ H₂所以_4.→NH._4.HSO_4.

NH._3.+ NH_4.HSO_4.→(NH_4.）₂所以_4.

nhh的当前浓度_4.⁺也没有_3.^-不是那么高，因此，由于该地区的临界负荷值非常高的临界负荷值，这不是目前对土壤肥力的威胁²¹．

总氮(TN)是样品中存在的所有有机氮和无机氮化合物的总和。NH._3.总氮的浓度为34.6 ~ 312.6µeq/L，平均为138.2µeq/L(图4)。2018年7月21日的高水平TN表明，除无机氮外，有机氮也是其来源之一。这需要进一步的调查。

图4：雨水样本中总氮（TN）的变化。 点击这里查看图

水溶性有机氮是沉积有机氮作为气体或粒子的沉淀。为了评估雨水中有机氮的浓度，我们已经包括NH_4.⁺也没有_3.^-．然后₂^-排除，因为它是不稳定的离子，被认为是雨水中的小物种¹⁰．大气中的有机氮由许多活性化合物组成，从小分子到复杂的生物聚合物。一些有机含氮化合物具有植物毒性，严重影响人体健康。有机氮是由样品中溶解无机氮(DIN)与总氮的测量浓度之差导出的。

= TN -(没有_3.^-+ NH_4.⁺）

有机氮在大气中以粒子相或气相形式排放，进一步反应形成二次粒子。由于大气中发生了许多连续的连锁反应，导致次生污染物的形成，因此很难确定其确切来源。前体的来源(例如通过碳氢化合物和氮氧化物的光化学反应形成有机硝酸盐，但不能识别单一来源²²．有机氮化合物的主要来源有胺类、氨基酸类、硝基酚类、尿素、烷基酰胺等。有不同的研究表明，有机氮的鉴定是基于与其他物种(NO_3.^-,在北半球_4.⁺)的来源是已知的。DON与NH有相关性_4.⁺还有铵和氨基酸^23.

溶解性有机氮的浓度在267.8 ~ 0.9µeq/L之间变化，平均为49.9µeq/L(图5)。DON的浓度很大程度上取决于收集的雨水量。前3个样本DON比较高，因为收集到的降水量比较小，分别是0.67mm(第一天)、0.48mm(第二天)和0.26mm(第三天)。有机氮化合物的来源是农业用地化肥(尿素)、牲畜和畜牧业(胺和尿素)、垃圾填埋场(胺)和生物质燃烧(硝基酚)²⁴．

图5:雨水样品中有机氮的变化。 点击这里查看图

反向轨迹分析

使用NOAA的空气资源实验室的HySplit 4模型生成后轨迹。后轨迹有助于证明空气污染的跨界和长距离运输。在这项研究中，每月（2018年7月至2018年10月）的单一事件的回归轨迹已在图6中显示。在00:00 UTC中，返回轨迹在地上（AGL）上方的1000米以上，为每个雨季事件。7月，在季风期间，空气群众来自非洲的号角。8月份，这些来自印度洋和孟加拉湾的中央部分，为污染物做出了贡献。但所有这些都经过孟加拉国。九月和十月也，这些都来自孟加拉国地区。附近国家的跨界污染的可能性无法排除出来。

利用气团轨迹计算污染源区域，以及污染物迁移、空气质量、气候学、源解析、气象学、停留时间分析、降水化学等与大气和气候有关的各种因素^25-27．已有几项利用气团轨迹进行污染长距离和跨界输送的研究报告。

图6:四个月样点气团背面轨迹。 点击这里查看图

TOC、TC、IC和TN的变化

在该部位，无机碳(IC)的浓度变化范围为0.38 ~ 6.12mg/L，平均为2.16mg/L。7)。无机碳包括碳酸盐和碳酸氢盐存在于雨水中²⁸．现场的碳来源包括当地居民的生物质燃烧、砖窑中以煤为主的化石燃料燃烧、家庭烹饪、Barauni炼油厂的碳排放和车辆排放。然而，碳可以从附近的国家运输，这也如反轨迹部分所述。

图7：无机碳（A）的变异，总碳（B），溶解有机碳（C）和雨水样品中的总C /总N（D）比率。 点击这里查看图

降水中总碳(TC)是总有机碳和无机碳的总和。试验点TC浓度变化范围为1.93 ~ 9.08 mg/L，平均为4.34 mg/L，如图7(b)所示。TCare的来源主要是生物质燃烧、家庭烹饪、砖窑等。

在本研究中，溶解有机碳(DOC)代表样品过滤时的TOC²⁹．图7(c)显示了溶解有机碳的浓度变化范围为0.77 ~ 4.31 mg/L，平均值为1.91 mg/L。在the wet deposition process, the organic particles present get scavenged from the atmosphere and dissolve in the water, thereby contributing in the concentration of total organic carbon. During the early days of rain events, the organic compounds are scavenged more from the atmosphere than the later stages of rainfall^{30 - 31}．因此，DOC的浓度更多在这种样品中。其他因素决定从大气中更有效地清除有机化合物是每次雨水中的沉淀率较低。

数字。图7（d）显示了总碳（Tc）和总氮气（Tn）之间的比率。TC / TN比的高值为样品中的主要碳源给出了样品中的碳源。位点附近的天生活动通常包括燃烧的博比亚，家用废物和塑料，将碳释放到大气中。国内烹饪在碳排放中发挥着重要作用，这可能是高C / N比率的因素。

结论

在比哈尔邦萨哈尔撒地区的研究地点，雨水样品的pH值的平均值为6.67，范围从5.50到7.68。这个pH值范围与印度北部早期研究报告的其他地点相似。CaCO的高负荷_3.大气中富含悬浮颗粒物质导致雨水的较高pH值。此外，由于存在碳酸酯或碳酸氢盐离子，样品中的无机碳浓度范围为0.36至6.12mg / L.总碳的平均浓度为4.34mg / L，总有机碳为1.91mg / L.在这项研究中，NH_4.⁺平均值为0.84 mg / l，虽然没有_3.^-雨水中的As2.91 mg / l。nh的可能来源_4.⁺在农业领域，人类排泄物和国内动物饲养的贡献可能是原因，而不是_3.^-包括生物量燃烧，汽车造型，煤炭燃烧和该地区砖窑的存在。然而，背部轨迹分析表明，在孟加拉和孟加拉国湾的湾和孟加拉国湾运输的跨界污染的影响。该研究表明，在本网站上的定量液相识化局部对跨界污染的雨水化学进行了长期测量。

确认

我们诚挚地感谢DST钱包计划提供的财政支持。作者Akanksha Roy对印度UGC颁发的JRF奖表示感谢，它帮助完成了这项工作。这项研究是我们小组活动的一部分，即DRS-NET-India小组和UKRI GCRF南亚中心项目。

利益冲突

没有利益冲突。

资金来源

没有资金来源。

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