趙秋月，陳 鳳，李慧鵬，陳 東，張 妍

（江蘇省環(huán)境工程重點實驗室 江蘇省環(huán)境科學研究院，江蘇 南京 210036）

0 引言

江蘇省是航運大省，內河水運發(fā)達，登記在冊的船舶超過5 萬艘，常年在江蘇水域航行、停泊、作業(yè)的外省籍運輸船舶也近5 萬艘。長江江蘇段以長江通航里程1/7 的長度，承擔超過長江全線70%的貨運量，365 km 的干線航道上分布了7 個億t 級大型港口和400 多個萬t 級以上泊位，年均進、出港船舶達到250 萬艘次。大量航運帶來物流運輸便捷與低成本的同時，船舶污染給大氣環(huán)境質量改善也帶來較大壓力。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國移動源環(huán)境管理年報2019》 顯示：2018年我國船舶排放的二氧化硫（SO2）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、顆粒物（PM）分別為58.8，8.9，151.1 和10.9 萬t，其中NOx和PM 分別占移動源排放總量的13%和12%，影響顯著。

船舶引擎以柴油機為主，排放的尾氣污染物成分復雜，包括NOx，SOx，CO，CO2，HC，PM 等，其中NOx和SOx為主要污染物，IMO 將其列為首要控制的船舶尾氣污染物[1-2]。SO2全部由燃料中的硫轉化而來，所以尾氣中的SO2只與燃油中硫的質量分數(shù)相關，而與發(fā)動機功率、類型等無關。NOx主要來自于空氣中N2的氧化，燃燒和高壓環(huán)境更容易促進其產生。當這些污染物質隨大氣向內陸進行遷移，就可能加重城市的空氣污染狀況，對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成危害[3-4]。

現(xiàn)在國內、外許多學者都已開始重視船舶污染問題[5-6]，相繼開展了船舶排放測試[7-8]、清單編制[9-10]、健康與氣候影響評估[11]等相關研究，但對內河航道空氣質量的實測研究尚未見報道[12-14]。2018年底國家交通運輸部發(fā)布了《船舶大氣污染物排放控制區(qū)實施方案》，表明我國政府管理部門對船舶排放控制與減排的決心，隨著長江經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略的實施，水運業(yè)將更加繁榮，由此帶來的船舶大氣污染問題也將更加突出。對長江、內河大氣污染狀況開展較全面的摸底監(jiān)測，研究其污染特征及變化規(guī)律，可為大氣污染控制政策的制定提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

長江江蘇段走航從南京浦口公園龍?zhí)陡燮鸷?，先行駛至南京與安徽交界處，再折返順流而下，途經(jīng)南京、揚州、鎮(zhèn)江、泰州、常州、無錫、南通、蘇州，最后行駛至太倉瀏河入長江口，在江蘇省境內完成一個全航段的走航觀測，具體路線見圖1。

圖1 走航觀測線路示意

1.2 觀測設備和方法

為掌握長江江蘇段大氣污染情況，采用船舶走航移動觀測平臺進行走航觀測，該平臺由氣象觀測系統(tǒng)、大氣成分觀測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和顯示系統(tǒng)等組成。船舶走航移動觀測平臺常規(guī)6 參數(shù)分別采用Thermo 43i 型SO2分析儀、17i 型氨分析儀、49i 型O3分析儀、48i 型CO 分析儀及5014i 型顆粒物監(jiān)測儀等儀器測量，實時監(jiān)測大氣中SO2，NO2，O3，CO，PM2.5和PM10的濃度。研究時段為2019年8月24～31日共8 d，連續(xù)24 h 在線觀測。研究采用的國控站點常規(guī)污染物監(jiān)測值來自江蘇省生態(tài)環(huán)境廳生態(tài)監(jiān)控中心的檢測數(shù)據(jù)。

采樣設備為武漢天虹TH-16A 型4 通道大氣顆粒物智能采樣儀；采樣濾膜為47 mm 的聚丙烯濾膜和石英濾膜，聚丙烯膜用于無機元素分析，石英膜用于碳和離子組分分析。采樣時間為每日上午09:00至次日上午08:00，每個樣品采樣時長為23 h（特殊天氣除外，視污染程度而定），采樣完成后將樣品置于冰箱保存。利用離子色譜法分析NH4+，K+，Na+，Ca2+，Mg2+，SO42-，PO43-，Cl-，NO3-和Br-等10 種水溶性離子組分；利用DRI Model 2015 多波長熱/光學碳分析儀和IMPROVE 熱光反射實驗方法進行碳組分分析；采用XRF-1800 型X 射線熒光光譜儀（日本島津）測定顆粒物樣品中Li，Be，Sc，Ti，Mn，F(xiàn)e，Ni，Cu，Zn，Ga，Ge，As，Se，Sr，Mo，Pd，Cd，Sn，Cs，Ba，Pb 和Bi 等22 種無機元素含量。

2 結果與討論

2.1 長江江蘇段大氣總體污染水平

利用環(huán)境空氣質量指數(shù)（AQI值）對走航途經(jīng)的7 個江段進行空氣質量綜合對比，走航沿途城市空氣質量狀況見圖2。由圖2 可以看出，走航觀測期間，空氣質量達到優(yōu)良（AQI值在0～100）的僅有長江鎮(zhèn)江段、揚州段和泰州段，長江南京段、無錫段為輕度污染（AQI值在101～150），而長江南通段、蘇州段達到中度污染水平（AQI值在151～200），首要污染物主要是NO2和O3。

圖2 走航沿途城市空氣質量狀況

2.2 長江江蘇段大氣污染物的污染特征

為進一步識別長江江蘇段大氣污染程度，將主要污染物的走航監(jiān)測平均值進行統(tǒng)計，詳見表1。并將其與國家環(huán)境空氣質量標準二級標準日均值進行對比可知，觀測期間長江南京段NO2超標54%；而O3除了鎮(zhèn)江段、揚州段、泰州段外其余江段均超標，尤其蘇州段超標39%，其他污染物均達標。與距離江面最近的國控站點監(jiān)測平均值進行對比，江面大氣污染物濃度普遍高于最近國控站點監(jiān)測值。

表1 走航觀測平均值與最近國控站點監(jiān)測污染物濃度統(tǒng)計

長江江蘇段走航監(jiān)測平均值與周邊最近國控點監(jiān)測平均值見圖3。由圖3 可以看出，SO2，NO2，O3，PM2.5，PM10和CO 等6 項污染物的走航監(jiān)測質量濃度平均值分別為18.7，76.0，169.3，30.9，50.50 μg/m3和1.035 mg/m3，比周邊最近的國控站點監(jiān)測平均值分別高出146%，214%，48%，33%，25%和50%，說明NO2，SO2，CO 和O3是長江江蘇段大氣污染的主要污染因子。

圖3 長江江蘇段走航監(jiān)測平均值與周邊最近國控點監(jiān)測平均值

2.3 長江江蘇段大氣污染物空間分布特征

由于走航觀測數(shù)據(jù)同時反映了時間和空間的變化，按照走航所經(jīng)地區(qū)進行時間平均，則可以反映空間上的變化[15]。根據(jù)走航監(jiān)測平均值超出周邊最近國控站點監(jiān)測平均值比例在100%～200%為較嚴重，超出比例大于200%為很嚴重，從而識別污染高值區(qū)空間分布。

長江江蘇段船舶走航大氣污染物濃度分布示意見圖4。由圖4 可以看出，觀測期間長江南京段SO2的影響最為顯著，SO2指標主要與使用燃油的硫的百分含量有關，由此反映出沿江區(qū)域船用油品質量問題；NO2在全航段污染都較為嚴重；O3，PM2.5，PM10和CO 在鎮(zhèn)江段、揚州段、泰州段一帶均出現(xiàn)高值，同時O3污染在泰州至蘇州段影響也較為明顯。

圖4 長江江蘇段船舶走航大氣污染物濃度分布示意

2.4 長江江蘇段PM2.5 化學組成特征

觀測期間長江江蘇段測得水溶性離子、碳組分及主要元素在PM2.5中的平均質量濃度分別為23.55，8.79，0.58 μg/m3，占比分別為60.98%，22.76%，1.5%。以南通超級站（2020年8月）手工采樣數(shù)據(jù)作為陸域對照值，水溶性離子、碳組分及主要元素在PM2.5中的平均質量濃度分別為14.17，5.33，1.08 μg/m3，占比分別為57.93%，21.79%，4.39%。兩者對比發(fā)現(xiàn)，江域的水溶性離子和碳組分質量濃度遠高于陸域，說明江域受船舶污染排放及沿江工業(yè)排放等的影響更大。江域與陸域PM2.5化學組成對比見表2。

表2 江域與陸域PM2.5 化學組成對比

為進一步探究污染特征，對觀測期間ρ（SO42-）和ρ（NO3-）比值特征進行分析。一般情況下，NO3-/SO42-代表移動源和燃煤源的特征[16]。江域和陸域的ρ（NO3-）/ρ（SO42-）分別為0.65 和0.66，說明含硫油品或燃煤對其影響較大。

通常EC 被認為來源于一次排放[17]，OC 既來自一次排放也來自二次轉化，二次生成的OC 主要由氣態(tài)碳氫化合物經(jīng)過光化學反應產生[18]。兩者相關性研究可用來初步判定來源的一致性和穩(wěn)定性[18]，江域和陸域測得OC 和EC 的線性關系見圖5。

圖5 PM2.5 中OC，EC 擬合關系

由圖5 可以看出，R2值分別達到0.48，0.61，說明OC 和EC 來源較為一致。

OC 與EC 的濃度比常被用來評價顆粒物的來源和二次有機物的形成。研究認為：如ρ（OC）/ρ（EC）大于2，則認為存在二次污染[19]。江域與陸域的ρ（OC）/ρ（EC）分別為1.56，1.73，小于2，說明只存在一次污染，應以控制一次污染排放為主。

從元素組分來看，通常認為Ca 主要來自建筑揚塵，Si，F(xiàn)e，Al 等主要來自土壤揚塵，Mn，Pb，Se，As，Cu等則主要由工業(yè)以及燃燒等人為源貢獻。江域同樣受揚塵影響，但相關元素濃度遠低于陸域，還可能受沿岸堆場及裸土的影響；江域中Mn，Pb 等濃度高于陸域，推斷原因受船舶污染排放和沿江工業(yè)排放等影響。

3 結論

（1）走航觀測期間，空氣質量達到優(yōu)良（AQI值在0～100）的僅有長江鎮(zhèn)江段、揚州段和泰州段，長江南京段、無錫段為輕度污染（AQI值在101～150），而長江南通段、蘇州段達到中度污染（AQI值在151～200），主要污染物為NO2和O3。

（2）長江江蘇段航道主要大氣污染物濃度普遍高于最近國控點監(jiān)測值，SO2，NO2，O3，PM2.5，PM10和CO 等6 項污染物走航監(jiān)測平均值比周邊最近的國控站點監(jiān)測平均值分別高出146%，214%，48%，33%，25%和50%。

（3）觀測期間長江南京段SO2的影響最為顯著，一定程度上反映出沿江區(qū)域船用油品的質量問題；NO2在全航段污染都較為嚴重；O3，PM2.5，PM10和CO 等的走航監(jiān)測平均值在鎮(zhèn)江段、揚州段、泰州段一帶普遍較高，O3污染在泰州段至蘇州段影響也較為明顯。

（4）江域中水溶性離子和碳組分濃度遠高于陸域，說明江域受船舶污染排放和沿江工業(yè)排放等影響更大，其中ρ（NO3-）/ρ（SO42-）比值較小，說明含硫油品影響較大，同時江域還受沿岸堆場及裸土的影響，OC，EC 相關性及其比值特征也表明應以控制一次污染排放為主。

（5）總體上長江江蘇段船舶污染排放對空氣質量影響較大，同時沿線工業(yè)企業(yè)和港口碼頭的污染排放影響也較為顯著，建議應加強對船舶污染排放的日常監(jiān)管，推動船舶清潔化改造，強化對沿江企業(yè)、港口碼頭的污染排查與整治工作。