环境科学研究  2017, Vol. 30 Issue (5): 654-662  DOI: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.01.95

引用本文  

张立坤, 李令军, 姜磊, 等. 北京市农业大棚冬季燃煤散烧污染排放估算[J]. 环境科学研究, 2017, 30(5): 654-662.
ZHANG Likun, LI Lingjun, JIANG Lei, et al. Estimation of Air Pollutant Emissions from Coal Burning for Agricultural Greenhouses in Winter in Beijing[J]. Research of Environmental Sciences, 2017, 30(5): 654-662.

基金项目

北京公益科技项目(Z161100001116013)

责任作者

作者简介

张立坤(1988-), 女, 北京人, 工程师, 硕士, 主要从事环境监测工作, zhanglikun07@163.com

文章历史

收稿日期:2016-08-18
修订日期:2016-11-30
北京市农业大棚冬季燃煤散烧污染排放估算
张立坤1,2 , 李令军1,2 , 姜磊1,2 , 赵文慧1,2 , 李倩1,2     
1. 北京市环境保护监测中心, 北京 100048;
2. 大气颗粒物监测技术北京市重点实验室, 北京 100048
摘要:选取北京农业种植的典型区域,使用高分辨率影像对2013年冬季、2014年夏季及2014年冬季的三期农业大棚进行了精细化提取,分析了污染物空间分布特征.在此基础上,通过现场调查的方式获取了蔬菜、瓜果、水果、花卉以及其他类五种不同种植类别农业大棚的燃煤系数,估算了北京市典型区农业大棚的燃煤散烧量及污染物排放量.结果表明:以面积为衡量指标,北京市农业大棚主要集中在城乡结合部,南部区域量多面广,而北部区域分布集中、规模较大,受城市扩张影响,农业大棚呈现重心向外转移的变化趋势.选取大兴、通州、昌平以及海淀4个区作为典型区,通过实地调查发现其他类农业大棚燃煤系数最大,达到15.0 kg/(m2·a),瓜果、水果、蔬菜及花卉燃煤系数依次为8.2、3.5、3.4及1.7 kg/(m2·a).北京典型区农业大棚燃煤量为3.4×104 t,全市农业大棚的燃煤总量约为5.2×104 t.结合农业大棚活动水平与污染物排放因子估算2014年北京市农业大棚燃煤散烧的PM10、PM2.5、NOx及SO2排放量分别为623.7、516.2、98.3及184.0 t.将2013—2014年冬季持续存在、夏季未被拆除的大棚定义为长期持续性大棚,核算发现,长期持续性大棚PM10、PM2.5、NOx及SO2排放量分别为399.7、482.9、76.1及142.5 t.
关键词北京    农业大棚    燃煤散烧    污染排放    遥感监测    
Estimation of Air Pollutant Emissions from Coal Burning for Agricultural Greenhouses in Winter in Beijing
ZHANG Likun1,2 , LI Lingjun1,2 , JIANG Lei1,2 , ZHAO Wenhui1,2 , LI Qian1,2     
1. Beijing Municipal Environmental Monitoring Center, Beijing 100048, China;
2. Beijing Key Laboratory of Airborne Particulate Matter Monitoring Technology, Beijing 100048, China
Abstract: In recent years, Beijing has vigorously promoted agricultural modernization. Greenhouses are widely used for plant breeding, but the energy consumption caused by the anti-seasonal production (mainly using loose coal) badly impacts the air quality of Beijing. A typical area in Beijing was studied using remote sensing to investigate agricultural greenhouses during the winter of 2013, the summer of 2014 and the winter of 2014. The results showed that agricultural greenhouses in the south of urban-rural-integration regional distribution were more extensive, but the northern region utility ratio was higher. The greenhouses were mainly distributed in the urban-rural-integration area, and were affected by urban expansion, with a focus tendency gradually shifting outward. Actual surveys were conducted to obtain the coal coefficient of different plant categories in typical areas in four districts, including Daxing, Tongzhou, Changping and Haidian. The results showed that the coal use coefficient of breeding-type agricultural greenhouses was the largest, 15.0 kg/(m2·a), while those of melon, fruit, vegetables and flowers were 8.2, 3.5, 3.4 and 1.7 kg/(m2·a), respectively. The total coal consumption of agricultural greenhouses in a typical district was estimated to be 3.4×104 t, and the calculation of the city's agricultural greenhouses coal consumption was about 5.2×104 t. Combining agricultural greenhouse activity levels with emission factors, we estimate air pollutant emission of PM10, PM2.5, NOx and SO2 from agricultural greenhouses to be 623.7, 516.2, 98.3 and 184.0 t, respectively. Furthermore, the long-term greenhouses were identified as persisting between 2013-2014 winter and were not demolished during the summer. The long-term greenhouse pollutant emissions of PM10, PM2.5, NOx and SO2 were 399.7, 482.9, 76.1 and 142.5 t, respectively.
Keywords: Beijing    agricultural greenhouse    coal burning    pollutant emission    remote sensing    

农业大棚是设施农业的主要类型,它能够利用人造设施改变气候条件,使作物在自然条件下不能生产的地域或季节能够正常生产.近年来,随着都市型现代农业的兴起,以大棚为主的设施农业正在逐步发展起来.根据北京市统计资料,2005—2013年,北京市设施农业播种面积增长超过1倍,占全部农作物播种面积的16%[1-2].设施农业的发展促进了农业的产业化与现代化,但是其反季节性的生产却给环境带来了不利影响.

农业大棚的特征呈现为规模较小、低矮连片,受经济条件限制,高污染的燃煤散烧是大棚的主要供暖方式.燃煤散烧不仅直接排放大量的颗粒物,同时亦会生成SO2、NOx、VOCs等气体,这些气态污染物是PM2.5的重要前体物,在大气中发生复杂的化学反应,进一步生成二次PM2.5[3-7],危害环境与人体健康[8-10].

燃煤污染的治理对于北京市空气质量改善有重要作用,2014年源解析结果[11]显示:尽管经过多年的煤烟治理,北京市PM2.5本地来源中燃煤源贡献率仍达到22.4%,成为仅次于机动车的第二大空气污染源.近年来,伴随工业源(电力、供热等行业)排放逐步得到有效控制,散煤已经成为北京市下一阶段大气污染控制的重点治理对象[12-13]. Bond等[14]指出,民用煤炭使用方式粗放,多未采取有效处理措施,颗粒物排放量大,并且估算精准度低;潘涛等[15]探究了民用燃煤大气污染物排放清单的建立方法,介绍了排放因子法中活动水平和排放因子两个重要因素的获取途径及数据质量的控制和保证方法;刘源等[16-19]通过实验室模拟民用燃煤燃烧的方式,获取了不同类型民用燃煤(烟煤、无烟煤、蜂窝煤等)的污染物排放因子,包括PM10、PM2.5、EC和OC、多环芳烃、汞等.赵文慧等[20]通过对平原区平房遥感解译的方法,利用文献调研因子评估了民用散煤的大气污染物排放量.支国瑞等[21]针对农村生活能源使用情况开展入村调查,发现煤炭仍居主导地位,并核算了农村散煤燃烧的排放量,提出了相关政策启示.

受气候条件限制,冬季包括北京市在内的我国北方农业大棚种植需要人为供暖,基于经济因素和设施条件影响有相当一部分大棚采用燃煤散烧的方式采暖.当前对于燃煤散烧的治理开展了多样的研究[22-27],但是研究内容多集中在采暖季居民供暖方向,在农业燃煤散烧方面仍是空白,伴随着设施农业的快速发展,农业燃煤散烧应该得到足够的重视.该研究综合利用遥感技术与实地调查的方法,探讨了农业大棚燃煤散烧污染排放的估算方法.精细化提取了北京市典型区域的农业大棚,测定了不同种植类型的燃煤系数,初步估算了北京市典型区域的农业大棚的燃煤量及污染排物放量,对于促进北京市乃至区域空气质量治理具有重要意义.

1 材料与方法 1.1 研究区域

由于农业大棚呈分布零散、随机的特性,导致全面调查难度极大.该研究通过选取有代表性的典型区,探讨农业大棚燃煤强度的测算方法,进而基于卫星数据获取农业大棚的区域燃煤散烧活动水平,以全面分析北京市农业大棚的燃煤散烧情况.以北京市政府发布的《关于促进设施农业发展的意见》为参考,选取设施农业的主要分布区域(包括大兴、通州、昌平以及海淀4个区)作为典型区(见图 1).根据统计年鉴[28],典型区的设施农业播种面积占北京市全部设施农业的64.0%,基本涵盖了设施农业的重点发展区域,并且范围涉及北部、南部以及城六区区域,分布较为全面.

图 1 研究区范围 Figure 1 Map of the study area
1.2 农业大棚精细化提取方法

农业大棚主要通过高分辨率卫星影像目视解译的方式进行遥感提取,并配以设施统计数据及外业调查校验完善.遥感手段能够客观直接获取农业大棚的供暖面积和区域分布,并且精度较高.

数据来源:为有效探讨农业大棚的季节性变化,区分临时搭建与长期布设的大棚,充分分析农业大棚的时空特征,分别选取了2013年冬季(2013年8—12月)的高分一号影像、2014年夏季(2014年8月)的SPOT-6影像以及2014年冬季(2014年10—12月)的WV/GeoEye影像进行解译,影像无云雪覆盖,影像范围、投影和坐标系等均符合要求.

精细化提取方法:农业大棚的特征呈现为连片存在,中间有细小间隔,逐个提取工作量大,难度高,因此解译时将连片存在的大棚解译为同一图斑,此种方式将给解译结果带来一定误差.为提高解译精度,使用面积系数对农业大棚解译结果进行修正.农业大棚面积系数的获取方式为随机选取一定量的农业大棚图斑,对图斑内大棚进行逐个解译,达到精细化提取的程度,将其与连片解译图斑面积的比例定义为农业大棚面积系数.

$\alpha \text{=}\frac{\sum\limits_{i=1}^{n}{{{S}_{\text{a}}}/\sum\limits_{i=1}^{n}{{{S}_{\text{b}}}}}}{n}$ (1)

式中:α为农业大棚面积系数;Sa为精细化解译图斑面积,m2Sb为连片解译图斑面积,m2n为随机抽取的图斑数.

研究中根据解译结果在典型区随机抽取大、中、小图斑共计120个,以式(1) 计算得到北京市典型区农业大棚面积系数为0.57.

1.3 燃煤量估算 1.3.1 燃煤系数获取

农业大棚燃煤系数定义为单位面积农业大棚所消耗的燃煤量,单位为kg/(m2·a).由于农业大棚的燃煤系数受到区域气候特征、种植类型等多种因素的影响,为了能够客观精准地估算农业大棚的燃煤情况,采用实地调查方式分类采集测算北京市农业大棚的燃煤系数.

在调查中,根据遥感解译结果,进行随机抽样,使调查点能够基本均匀覆盖典型区.依据该原则,共选取133个调查点,调查内容包括农业大棚的位置、类型、采暖方式、燃料使用量(kg)、供暖面积(m2)以及燃煤天数(d)、棚内温度(℃)等信息.

燃煤系数测算公式:

${{\beta }_{i}}={{E}_{i}}/{{m}_{i}}$ (2)

式中:βi为第i种种植类别的农业大棚燃煤系数,kg/(m2·a);Ei为抽样调查中第i种种植类别的年燃煤量,kg/a;mi为抽样调查中第i种种植类别的供暖面积,m2i为农业大棚类别,包含蔬菜、花卉、瓜果、水果以及其他.

1.3.2 燃煤量估算

综合燃煤系数、活动水平及统计数据,构建农业大棚燃煤量估算方法,流程及公式见图 2和式(2).

图 2 燃煤量估算方法流程 Figure 2 The process of establish method for estimating the coal combustion

燃煤量估算公式:

${{S}_{i}}={{S}_{\text{c}}}\times \alpha \times h\times {{k}_{i}}$ (3)
${{Q}_{i}}={{\beta }_{i}}\times {{S}_{i}}$ (4)
$Q=\sum\limits_{i=1}^{5}{{{Q}_{i}}}$ (5)

式中:Si为第i种种植类别的农业大棚面积,m2;Sc为农业大棚总面积,m2h为燃煤比例,即燃煤大棚占所有农业大棚的比例,%;ki为种植比例,即第i种种植类别的播种面积占全部播种面积的比例,%;Qi为第i种种植类别的农业大棚年燃煤量,kg;Q为农业大棚年燃煤总量,kg.其中,农业大棚总面积(Sc)获取方式为遥感解译;燃煤系数(βi)、燃煤比例(h)获取方式为实地调查;种植比例(ki)测算的基础数据来自统计年鉴.

1.4 污染物排放量估算

使用排放因子法估算农业大棚冬季燃煤散烧的污染物排放量,农业大棚燃煤排放多为直排,未采取措施,不考虑去除率,污染物的排放量可直接使用燃煤量乘以污染物的排放因子进行估算[29-31]

${{E}_{j}}=\text{E}{{\text{F}}_{j}}\times Q$ (6)

式中:Ej为第j种污染物的排放量,t;EFj为第j种污染物的排放因子,g/kg.

颗粒物是导致北京灰霾天气,引起能见度下降的主要污染物[32-33],NOx与SO2是燃煤排放的主要因子,更是空气质量监测与评价的重要指标[34-35],核算农业大棚的PM10、PM2.5、NOx、SO2的污染排放量对北京大气污染减排工作有重要意义.根据文献[18, 20],选取供暖的主要用煤类型块煤的排放因子进行估算,其中PM10为11.929 g/kg、PM2.5为9.873 g/kg、NOx为1.88 g/kg、SO2为3.52 g/kg.

2 结果与分析 2.1 北京市典型区农业大棚分布特征 2.1.1 北京市典型区农业大棚空间分布特征

农业大棚散煤燃烧的污染排放特征与农业大棚的空间分布息息相关,通过空间分布分析完成污染源的定位及污染源发展趋势的预测,能够促进农业大棚散煤燃烧的控制与监管.

2014年冬季影像遥感解译结果显示,北京市典型区农业大棚面积为112.4 km2,使用大棚面积系数修正后获取的实际种植面积为63.8 km2.典型区的设置围绕农业较发达的城乡结合区域分南北两个方向扩展,探究典型区农业大棚的空间分布特征显示,南部区域的大兴区与通州区农业大棚面积大、分布广,面积分别达到33.4及18.0 km2,共计51.4 km2,是北部昌平区与海淀区农业大棚总面积的4.2倍.农业大棚在南部区域应用更广,但是在北部区域分布集中、规模较大,利用率相对更高.昌平区冬季作物种植采用大棚形式比例最高,大棚面积占农田总面积比例达到8.9%,大兴区与通州区分别为6.9%及5.4%,具体如图 3所示.农业大棚多集中在近郊地区,导致伴随大棚生产排放的大气污染物围绕中心城区形成一条农业燃煤污染带.

图 3 北京市典型区农业大棚面积分布与占农田比例 Figure 3 Agricultural greenhouse area distribution and it′s proportion of farmland in typical area

大兴区及海淀区农业大棚集约化程度较低,大棚平均斑块面积低于典型区平均水平,破碎程度显著.其中, 大兴区特点最为显著,大棚数量多,总面积大,但是平均斑块面积小,仅为1.13×104 m2.高度的斑块破碎化在一定程度上反映出大棚经营规模小、生产成本低、生产主体多,可能带来燃煤来源复杂、清洁能源推广工作难以实施、燃煤监管难度大等问题,见表 1.昌平区及通州区则以规模型的大棚种植区为主,平均斑块面积远远大于其余2个区县,分别达到2.2×104及2.1×104 m2,具体情况见图 4.

表 1 农业大棚分类遥感解译标识 Table 1 The example of agricultural greenhouse interpretation

图 4 北京市典型区农业大棚平均斑块面积 Figure 4 The average patch area of agriculture greenhouse in typical area

六环路是北京城区与新城连通的重要通道,也是城市边缘与乡村的交错地区.以六环路为界线探讨农业大棚的分布,发现其分布特征及变化趋势与城市发展息息相关.典型区农业大棚在六环内分布较少,但是规模普遍较大.六环外农业大棚面积占到典型区总面积的78.9%,这是由于近年来城市快速扩张,城市边缘外扩,内部建设用地不断侵占农田,导致六环内农业用地逐步减少,大棚分布随之外迁.六环外的农业大棚普遍规模小,以散户种植模式为主,集约化、规模化水平仍较低,斑块面积远小于六环内,具体统计结果见表 2.

表 2 六环内、外农业大棚情况统计结果 Table 2 The statistics of agricultural greenhouse at six ring inside and outside

从变化趋势看,农业大棚的发展重心逐渐向外转移. 2013—2014年,农业大棚整体呈现增长态势,年增长率为14.0%,但六环内大棚却同比减少0.6 km2.六环外农业大棚面积高于六环内而且呈增长趋势,年增长速度达到8.5 km2,体现出六环外农业大棚的发展优势与良好发展趋势.此外,六环外农业大棚占比亦有小幅度提高,从2013年的74.8%升至2014年的78.9%,农业大棚逐步向六环外转移.

2.1.2 长期性与临时性农业大棚分布特征

农业大棚布设的目的在于自然气候条件不能满足作物生长所需时通过人为方式改变光热条件保障作物正常生长,因为在北京地区气温存在显著季节性变化特征.规模化的农业大棚能够形成规律的年度种植模式,大棚利用程度高,能够长期存在;而随着自然条件、市场需求以及散户种植意愿的变化,会出现临时搭建大棚以满足种植需求的现象.两种大棚冬季采暖方式的差异导致其对大气环境的影响具有不同特征,通过对比2013年冬季、2014年夏季、2014年冬季农业大棚解译数据对长期性大棚和临时性大棚进行了区分.将三期影像均存在的大棚定义为长期性大棚.冬季持续存在,夏季被拆除的季节性大棚定义为临时性大棚,具体情况见图 5.

图 5 北京市典型区长期性与临时性农业大棚分布情况 Figure 5 The distribution of long-term and temporary agricultural greenhouse in typical area

长期性大棚是农业大棚存在的主要形式,占典型区农业大棚面积的77.4%.分布特征与农业大棚整体情况一致,按面积排序为大兴区>通州区>昌平区>海淀区.其中,昌平区长期性大棚占该区农业大棚面积比例最大,达到82.1%;海淀区最小,为72.6%.全部区县均以长期性大棚为主要存在形式,其中,昌平区已经形成成熟的大棚水果产业链,固定的种植模式导致长期性大棚占主导地位,具体情况见图 6.

图 6 北京市典型区长期性与临时性农业大棚面积分布 Figure 6 The area of long-term and temporary agricultural greenhouse in typical area

临时性大棚的破碎化程度大于长期性大棚.大兴区本身存在较大规模的长期性大棚,但是受到新增与临时搭建的小型零散冬季大棚影响,整体破碎度较高.大兴区的长期性大棚平均斑块面积达到2.7×104 m2,超出该区全部大棚平均斑块面积的2倍.昌平区农业大棚的集约化、规模化程度最高,长期性大棚平均斑块面积达到4.6×104 m2.长期性大棚位置固定,规模较大,对大气环境存在持续影响.临时性大棚数量多、面积小、分布零散,具有随机性、不确定性,管控难度大.

2.2 北京市农业大棚燃煤量估算 2.2.1 不同种植类型农业大棚燃煤系数

采用实地调查的方式获取农业大棚燃煤系数,在4 866个解译大棚点位中,随机选取133个调查点开展调查,调查点的分布情况如图 7所示.

图 7 调查点位分布 Figure 7 The point of investigation

图 8所示,在抽样的调查点中,共有24个大棚具有冬季采暖设备,采暖率为18%.在采暖大棚中,71%的大棚仍通过采暖炉等燃煤设备进行供暖,这种高耗能、高污染的传统大棚采暖方式与北京市节能减排、雾霾治理的目标背道而驰.

图 8 农业大棚采暖方式调查结果 Figure 8 The results of a survey for agricultural greenhouse heating way

按种植类别对燃煤供暖大棚的年度燃煤量及供暖面积进行统计分析,种植类别的区分以统计年鉴为依据,主要包括蔬菜、花卉、瓜果、水果及其他五大类.使用式(2) 计算不同种植类别的燃煤系数,得到结果:其他类型农业大棚(主要为鸭苗)燃煤系数最大,为15.0 kg/(m2·a),主要是由于本地调查中其他类型以养殖大棚为主,养殖大棚对于温度的要求较高,耗煤量大.瓜果燃煤系数仅次于其他大棚,约为8.2 kg/(m2·a);水果及蔬菜燃煤系数接近,分别为3.5及3.4 kg/(m2·a),花卉的燃煤系数最低,为1.7 kg/(m2·a).燃煤系数的差别主要与种植种类对温度的需求相关,维持高温环境耗煤量大(见图 9).

图 9 不同种植类型农业大棚燃煤系数 Figure 9 Coal coefficient of agricultural greenhouse in different plant type
2.2.2 北京市农业大棚燃煤量估算

以种植比例为权重计算各类别农业大棚的活动水平,结合实地调查获取的燃煤系数,使用式(3)(4)(5) 计算得到农业大棚燃煤量,结果如表 3所示.

表 3 北京市典型区农业大棚燃煤量估算结果 Table 3 Coal combustion Estimation of agricultural greenhouse in typical area

北京市典型区农业大棚燃煤总量为3.4×104 t,从类别看蔬菜和瓜果类农业大棚是农业燃煤的主要来源,占典型区农业大棚燃煤总量的95.0%.从空间上看,南部大棚分布更广,燃煤量更大,大兴区及通州区农业大棚燃煤量分别达到1.8×104及0.9×104 t,是北部昌平区及海淀区的4.2倍.从影响看,长期性大棚的燃煤总量为2.6×104 t,临时性大棚燃煤总量为0.2×104 t.

根据统计年鉴数据,典型区农业大棚播种面积占北京市农业大棚面积的64.0%,假定典型区的燃煤使用情况能够代表全市平均水平,以此推算全市农业大棚的燃煤散烧总量约为5.2×104 t. 2014年北京市煤炭消费总量预计为1.9×107 t,其中民用散煤量约为3.9×106 t,农业大棚对全市散煤的贡献约为1.3%.虽然农业大棚的燃煤量在民用散煤中占比较低,但是在北京市逐步推进无煤化治理的背景下,仍是需要面对与解决的问题之一.

2.3 北京市农业大棚污染物排放量估算

结合燃煤量的估算和排放因子的调研,使用式(6) 估算2014年北京市农业大棚燃煤散烧排放的PM10、PM2.5、NOx及SO2分别为623.7、516.2、98.3及184.0 t.其中,长期性大棚的PM10、PM2.5、NOx及SO2排放量分别为399.7、482.9、76.1及142.5 t,即北京市农业大棚燃煤散烧长期持续的污染物排放保持在此水平之上,并且随年度变化有不同程度增长.影响农业大棚污染物排放的因素主要有三方面,分别是农业大棚的种植规模、种植结构以及供暖方式.

农业大棚的污染物排放量与种植规模呈现较好的一致性.典型区中,位于南部大兴区及通州区大气污染排放水平较高,其中大兴区各项污染物量最高,PM10、PM2.5、NOx及SO2排放量分别达到209.0、173.0、32.9及61.7 t.位于城六区的海淀区农业大棚种植面积小,各项污染物排放水平均较低,PM10、PM2.5、NOx及SO2排放量分别仅为4.12、3.41、0.65及1.22 t(见图 10).

图 10 典型区农业大棚燃煤散烧污染物排放量 Figure 10 Air pollutant emissions from coal burning of agricultural greenhouse in study area

各区县颗粒物的排放量明显大于气态污染物,区县间排放差异更加显著,并且种植结构的变化将间接影响农业大棚的污染物排放水平.如图 11所示,在当前的种植结构下,污染物排放量最大的种植类型为蔬菜,典型区蔬菜大棚PM10、PM2.5、NOx及SO2排放量分别为264.5、218.9、41.7及78.1 t.瓜果类燃煤系数较大且分布较广,污染排放量仅次于蔬菜大棚.近年来,由于蔬菜种植效益较低,并且输出渠道较为单一,大棚蔬菜种植正在逐年下降;而花卉、草莓、食用菌等特色作物种植迅速发展,种植结构的调整将会影响散煤燃烧的污染物排放.假设未来北京市农业大棚仅种植瓜果类农产品,则典型区农业大棚PM10、PM2.5、NOx及SO2排放量将变为799.3、661.6、126.0及235.87 t,超出现有污染排放水平;但若改为水果或花卉类的种植,则污染物排放量会有所降低.因此,合理调整农业大棚的种植结构也是减少污染排放的一种有效方式.

图 11 典型区不同种植类型农业大棚燃煤散烧污染物排放量 Figure 11 Air pollutant emissions from coal burning of different plant type agricultural greenhouse in study area

从环境管理角度而言,改变供暖方式是减轻农业大棚对大气环境影响的根本方法.对于燃煤量较大的农业大棚,一方面可以通过改进供暖方式,采用天然气、电暖、太阳能等清洁能源来彻底减少其燃煤量;另一方面对于短期内难以改变供暖方式的大棚,需要提高燃煤品质并鼓励集中供暖,降低污染排放强度.假设改用蜂窝煤进行取暖[16],北京市农业大棚散煤燃烧的污染物排放量将大幅度降低,PM10、PM2.5年排放量仅为45.3及40.8 t,不到采用块煤排放量的1/10.

3 结论

a)遥感解译结果显示2014年北京市典型区农业大棚面积为63.8 km2.农业大棚在南部区域面广量大,北部区域分布集中、规模大.农业大棚现状主要分布在六环以外区域,并且受到城市扩张影响,显现重心逐渐向外转移的变化趋势.

b)北京市农业大棚以长期性大棚为主,面积占比达到77.4%.长期性大棚生产方式成熟,供暖方式固定,污染具有持续性,变化不确定性小,是治理管控的重要内容.临时性大棚与长期性大棚相比,数量多、面积小、分布零散、管控难度更大.

c)采用实地调查的方式测算了不同种植类别的燃煤系数,其他类型农业大棚(主要为鸭苗)燃煤系数最大,为15.0 kg/(m2·a),瓜果、水果及蔬菜燃煤系数依次为8.2、3.5及3.4 kg/(m2·a),花卉的燃煤系数最低,为1.7 kg/(m2·a).

d)结合遥感手段与实地调查方式,估算了北京市典型区农业大棚燃煤散烧量,达到3.4×104 t,主要来源于蔬菜与瓜果种植类型,燃煤量分别为2.2×104及1.0×104 t.全市农业大棚的燃煤散烧总量约为5.2×104 t.

e)结合农业大棚活动水平与污染物排放因子估算2014年北京市农业大棚燃煤散烧排放的PM10、PM2.5、NOx及SO2排放量分别为623.7、516.2、98.3及184.0 t.其中,长期性大棚的PM10、PM2.5、NOx及SO2排放量分别达到399.7、482.9、76.1及142.5 t.通过控制农业大棚种植规模,调整农业大棚种植结构可以一定程度上减少污染物的排放,改变农业大棚的供暖方式是减轻农业大棚对大气环境影响的根本方法.

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