基于苔藓氮含量及d15N分析探讨农村大气氮沉降状况

2009~2010年在江西抚州市崇仁县10个乡镇采集了85个细叶小羽藓样品,通过对苔藓氮含量及氮同位素(d15N)的测定,估算了该地区大气氮沉降水平,并探讨了大气氮输入的主要来源.结果表明,研究区苔藓平均氮含量变化范围为2.24%~3.43%,其中农业覆盖率较大郭圩乡和礼陂镇苔藓氮含量均超过3%(平均值分别为3.07%、3.43%).研究区大气氮沉降的变化范围为29.62~54.39kg/(hm2·a),反映了大气氮沉降成为农村生态系统氮输入的重要补充.苔藓平均d15N值为-3.11‰~0.078‰,指示研究区主要受农业氨源的影响.崇仁县城区苔藓d15N为-1.7‰,低于其它农业乡镇(d15N为0‰±1‰),表明该地区还受到城市污水和人畜排泄物所释放的氨影响;孙坊镇苔藓d15N 变化范围为-5.89‰~0.61‰,提示大气氮沉降除受到农业排放的氨作用以外,还存在露天垃圾填埋场挥发氨的贡献.     

九龙江流域大气氮湿沉降研究

通过2004～2005年对位于我国东南沿海的九龙江流域及周边共17个站点的实地观测,运用GIS技术定量揭示了大气氮湿沉降强度和时空分布特征,并利用氮稳定同位素分析雨水硝态氮的主要来源.结果表明,①17个站点雨水总氮平均浓度为(2.20±1.69)～(3.26±1.37) mg·L-1(以N计,下同),铵态氮、硝态氮和有机氮分别占39%、25%和36%;②雨水氮浓度随降雨强度的增大呈降低趋势,旱季浓度明显大于雨季,降水对大气具有清洗作用;③低δ15N值表明雨水硝态氮主要来源于汽车尾气排放、化石燃料燃烧和化肥施用;④九龙江流域大气氮湿沉降量平均9.9 kg·hm-2,春夏2季约占全年的91%,大气氮湿沉降占沉降总量的66%,揭示了该地区1∶2的大气氮干湿沉降结构.大气氮湿沉降时空差异与降雨量和氮的排放直接相关.     

小流域大气氮干湿沉降特征

大气氮沉降是陆源污染物和营养物质向水生生态系统传输的重要途径之一.在人类活动影响较大的流域,大量氮素通过大气沉降的形式输入到水体中,能够对地表水体的营养结构、水生生物的生存环境等造成严重的负面生态效应.本文以密云水库石匣小流域为例,采集并分析了研究区大气氮沉降(颗粒态干沉降与湿沉降)样品,探讨了该流域大气氮沉降通量的变化特征及其主要影响因子,进而明确了大气氮沉降对流域氮输入的贡献程度.结果表明:(1)石匣流域大气氮总沉降(颗粒态干沉降与湿沉降之和)呈现出明显的季节变化特征;对湿沉降而言,总氮、氨氮在夏季沉降通量最大,溶解性有机氮沉降通量在春季最大,而硝态氮季节变化并不明显;对颗粒态干沉降而言,总氮和氨氮的沉降通量在冬季最高;硝态氮在不同季节变化不明显,但其沉降趋势与总氮基本一致;溶解性有机氮在秋季出现最高值.(2)该流域氮沉降通量为43. 14 kg·hm-2,其中湿沉降通量占39. 85%,颗粒态干沉降通量占60. 15%.(3)降雨和风速条件是影响大气氮沉降的重要影响因子,其中雨量和雨强与氮湿沉降浓度均呈明显的负相关关系;对颗粒态干沉降而言,监测期内平均风速是影响颗粒态氨氮干沉降通量的重要因子.(4)大气氮沉降占该流域总的氮素输入量的15. 09%,是仅次于畜禽养殖和农村生活的重要污染源.本研究结果可为密云水库上游流域氮素综合管理提供科学参考.     

九龙江流域氮的源汇时空模式与机理初探

综合运用定位监测、野外试验、模型模拟与GIS技术等手段和方法,定量研究了南亚热带地区九龙江流域和五川小流域氮的大气沉降、河流输送(地表径流)、淋失、反硝化和氨挥发等输入输出(源汇)时空模式与机理.结果表明,九龙江流域氮"源"以化肥与饲料输入为主(占总输入125.6kg·hm-2的86%).氮"汇"以氨挥发和河流输送为主(占总输出72.9kg·hm-2的82%).氮输入后50%以上进入大气和水环境,14.5%通过河流输送至河口与近海.大气氮沉降通量为14.9kg·hm-2,其中干沉降占34%,湿沉降占66%,形成1:2的干湿沉降结构;源于化肥施用与畜禽养殖引起的强烈氨挥发,氮沉降集中在春夏两季(占全年80%),且以铵态氮为主(39%以上).氮的径流输出及河流输送受人为氮输入与水文条件的双重控制,2004年九龙江向厦门海域输送无机氮11.5kg·hm-2,其中90%发生在春夏秋季(同期流量占全年89%);五川小流域总氯径流输出负荷为67.1kg·hm-2,其中85%发生在施肥量大、降雨集中的春夏两季(作物生长期);基流与降雨径流分别贡献25%和75%.总氮淋失负荷为27.5kg·hm-2,占总输入的9%;pH<5的酸性土壤带正电荷导致氮淋失以铵态氮为主(约占40%).九龙江流域反硝化通量为7.7 kg.hm-2,而氮挥发高达42.1kg·hm-2,氨挥发主要来自化肥施用与畜禽养殖(分别贡献50%和39%).减少春夏时期肥料氮的输入(养分管理),有效截留雨季的降雨径流(水文控制)是该流域氮素管理的关键.     

用苔藓氮含量和氮同位素值指示庐山大气氮沉降

对庐山风景区不同海拔高度(263～1 400 m)上31个石生苔藓(Haplocladium microphyllum)氮含量〔w(TN),以干质量计〕和氮同位素值(δ15N)进行了分析. 苔藓w(TN)与海拔高度(L_altitude)的关系〔w(TN)=3.11-7.85×10-4L_altitude〕表明,在庐山风景区,随着海拔高度的升高,苔藓w(TN)呈逐渐下降趋势. 根据前人研究的苔藓w(TN)与大气氮沉降量的定量关系,估算出庐山山顶和山脚的大气氮沉降量分别为24.61和41.72 kg/(hm2·a). 苔藓δ15N在-4‰～-2‰范围出现的频率最高,表明庐山风景区大气氮沉降主要来源于农业或自然土壤中氮的释放.      

模拟氮沉降对中亚热带森林土壤中可溶性氮含量的影响

通过野外模拟试验,研究CK〔对照,0 kg(hm2.a)〕、LN〔低氮,30 kg(hm2.a)〕和HN〔高氮,100 kg(hm2.a)〕处理3个氮沉降水平对亚热带针叶(杉木)和阔叶(浙江桂、罗桴栲)森林土壤中可溶性氮含量的影响.结果表明:施氮后3 d,土壤中的w(SIN)(可溶性无机氮含量)在CK和LN处理之间差异不显著,仅发现HN处理与LN及CK处理之间的差异显著.施氮后3个月,各处理之间差异不显著;与施氮后3 d相比,土壤中的w(NH4+-N)在CK处理显著增加了42%～68%(P<0.05),而HN处理则显著降低了45%～58%(P<0.05);土壤中的w(NO3--N)平均降低了24%～88%,其中HN处理降幅最大也最显著;杉木林土壤降幅最大.施氮后3 d,随着施氮水平的提高土壤尤其是杉木林土壤中的w(SON)(可溶性有机氮含量)增加,其占w(TSN)(可溶性总氮含量)的比例降低.然而3个月后,施氮影响趋缓甚至相反;与施氮后3 d比较,HN处理下w(SON)降低,而其占w(TSN)的比例却有所升高,表明SON损失仍低于SIN.阔叶天然林土壤中的w(SON)显著高于杉木人工林,表明凋落物性质差异造成的影响与w(SON)变化有关.     

丹江口水库淅川库区大气无机氮干沉降特征

大气氮沉降是氮素生物地球化学循环中的重要环节,也是水库水体外源氮输入的重要来源之一。以丹江口水库淅川库区为研究区,在库区周围设置6个采样点,于2019年10月至2020年9月期间采集并分析大气氮干沉降样品,探讨无机氮干沉降的时空分布特征及其对水库水体外源氮输入的贡献。研究结果表明:库区无机氮干沉降量为16.30kg/(hm²·a),其中氨氮占比77%,硝氮占比23%,两者比值的变化范围为2.09(1月)～7.65(7月);氨氮沉降量在季节上表现出极显著差异性,硝氮、氨氮沉降量在空间上表现出显著差异性;气象要素(温度、气压、风向、相对湿度和水汽压)是影响氨氮沉降量的重要因素;无机氮沉降量占河流总氮入库量的7.28%,氨氮沉降量占河流氨氮入库量的38.10%;水库水体氮浓度对无机氮沉降响应的净增量为0.06mg/(L·a);库区氮沉降的削减策略须以农业减排为主,未来水库的水质保护需要重点考虑农业活动的影响。     

大气氮沉降对海北高寒草甸优势种叶片光合作用过程的影响

为研究大气氮沉降对海北高寒草甸光合作用过程的影响,对不同施氮水平和氮沉降类型〔KNO₃、(NH₄)₂SO₄和NH₄Cl〕下5个群落优势种叶片w(TN)、异针茅叶片光合参数和冠层LAI(叶面积指数)进行测定和分析,并利用Farquhar植物光合作用模型估算光合参数变化对GPP(总初级生产力)的可能影响,其中,氮沉降设置4个水平,即对照〔0 kg/(hm2·a)〕、低氮〔10 kg/(hm2·a)〕、中氮〔20 kg/(hm2·a)〕和高氮〔40 kg/(hm2·a)〕,均以N计.结果表明:除了施加(NH₄)₂SO₄、低氮处理下甘肃棘豆叶片w(TN)显著增加9.4%以外,其他施氮水平和施氮类型对5个优势种叶片w(TN)均无显著影响.高氮处理下V_cmax25(25 ℃时最大羧化速率)、J₂₅(25 ℃时电子传输速率)、TPU₂₅(25 ℃时丙糖磷酸传输速率)和R_d25(25 ℃时暗呼吸速率)分别较对照处理高出38.6%、30.4%、27.8%和164.3%.氮添加后,R_d25的增加抵消了因V_cmax25增加引起的光合作用增强效果,使得整体上GPP的增加趋势不显著.不同施氮水平和施氮类型下海北高寒草甸群落优势种的LAI均未发生显著变化.研究显示,当大气氮沉降量低于40 kg/(hm2·a)时,氮沉降量的增加会促进海北高寒草甸植物叶片光合作用的反应速率,但对植物叶片w(TN)、LAI和GPP的影响并不显著.      

戴云山国家级自然保护区大气氮沉降特点

利用干湿沉降采集器,持续观测戴云山国家级自然保护区内大气氮素干、湿沉降,调查当地大气氮沉降的种类和沉降通量.结果表明,2015-03-27~2015-10-09观测期间,戴云山自然保护区大气氮干、湿沉降量分别为2.30 kg·hm~(-2)和14.79kg·hm~(-2),以湿沉降形式为主(87%).干沉降中可溶性有机氮的沉降量为1.21 kg·hm~(-2),占干沉降通量的53%;无机氮以硝态氮为主(0.71 kg·hm~(-2)),铵态氮相对较低(0.37 kg·hm~(-2)).湿沉降中无机氮和可溶性有机氮沉降量分别为9.41 kg·hm~(-2)和5.38 kg·hm~(-2),其中无机氮以铵态氮为主(6.07 kg·hm~(-2)).大气氮湿沉降量和当地降雨量显著正相关,降雨量越大,对应的湿沉降氮量也越大.戴云山国家级自然保护区大气氮素沉降量较高,可能会对当地生态环境产生较大的影响.     

石生苔藓氮含量和氮同位素指示贵阳地区大气氮沉降的空间变化和来源

对贵阳市区到农村地区4个方向的石生苔藓氮含量和氮同位素组成进行了对比分析.苔藓氮含量变化范围为0.85%～2.97%,并从市区(2.24%±0.32%)往外明显降低(1.27%±0.13%),表明贵阳市区氮沉降最高、往外逐渐降低,但在较远的农村地区(> 25 km)苔藓氮含量出现回升(平均1.33%～1.75%),反映了农村地区大气氮输入有所增加.苔藓氮同位素均为负值(-2.50‰～-1.39‰),并从市区到农村地区明显升高.市区苔藓较负的氮同位素比值(平均-8.87‰～-8.59%o)主要指示了城市排泄物和污水所释放的氨源贡献,而郊区和农村地区苔藓较高的氮同位素信号(平均-3.83‰～-2.48‰)主要反映了农业氨源的影响,苔藓氮含量回升可能与农业活动增强有关.此外,贵阳地区苔藓氮同位素的分布特征与受氧化态氮源控制的地区苔藓氮同位素变化相反,因而,贵阳地区大气氮沉降以铵(NHx)沉降为主,该结论有助于更加准确地认识城市地区大气氮沉降的来源和变化.     

生活污水灌溉对麦秸还田稻田氨挥发排放的影响

以养分回用为目的,在原状土柱模拟试验条件下,采用间歇密闭式抽气法研究了生活污水灌溉对麦秸还田稻田田面水铵态氮浓度、田面水pH以及稻田氨挥发损失的影响.结果表明:1麦秸还田显著增加了田面水NH_4~+-N浓度,生活污水灌溉则显著降低了田面水NH_4~+-N浓度.2正常灌溉施肥秸秆不还田稻田处理的总氨挥发量为58.29 kg·hm-2,占总施氮量的24.29%;麦秸还田显著增加了稻田的氨挥发损失,氨挥发损失量增加了近一倍,达总施氮量的45.66%;而生活污水灌溉显著降低了稻田氨挥发损失量,氨挥发损失量降至总施肥量的17.26%(秸秆不还田)和32.72%(秸秆还田).秸秆还田与生活污水处理具有显著的正交互作用.在3个肥期中,分蘖肥期氨挥发损失率最高,占总氮肥用量的7.38%~24.44%.3无论秸秆还田与否,氨挥发通量与田面水NH_4~+-N浓度之间均存在极显著的正相关关系,与田面水pH值则相关性不显著.麦秸还田增加了稻田氨挥发损失,而麦秸还田与生活污水灌溉耦合能降低稻田氨挥发损失,同时污水中的氮可替代44.41%的化肥氮,减少稻季化肥用量,具有显著的生态环境效益.     

氮肥与DCD配施对棚室黄瓜土壤NH3挥发损失及N2O排放的影响

以传统水氮管理为对照,进行了优化水氮管理条件下氮肥与DCD配施对大棚黄瓜土壤氨挥发损失及氧化亚氮排放的影响研究.试验结果表明,与传统水氮管理相比,优化水氮管理减少了氮肥用量及灌水量,但黄瓜产量并没有降低.各水氮处理的NH3挥发速率峰值出现在施肥灌水后的第3d,添加DCD的各优化水氮处理与传统水氮处理相比,土壤氨挥发累积量分别减少55.97%、43.68%、66.47%,4次追肥后W2N2+DCD、W2N3+DCD和W2N4+DCD的氨挥发速率峰值与累积量变化范围较小.不同水氮处理的N2O排放通量的峰值均出现在施肥灌水后的第4d,各追肥时期W2N2+DCD、W2N3+DCD和W2N4+DCD处理,土壤N2O排放通量峰值与N2O累计排放量均显著低于传统水氮处理W1N1,并且3个处理之间不存在显著差异,充分表明优化水氮管理中将氮肥与DCD配施对减少N2O排放起到了显著作用.     

华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系氮肥的氨挥发

 利用可多点原位测定氨挥发的风洞系统,监测了华北平原2002～2004年冬小麦-夏玉米轮作体系传统和优化氮肥管理下的氨挥发损失.结果表明,氨挥发主要发生在施肥后2～3周内,以施肥后连续采样15d的氨挥发累积量作为总排放量,相同施氮量下生长季夏玉米的氨挥发大于冬小麦.优化处理的氨挥发平均损失率(35.9%)显著高于传统处理(20.9%),但从氨挥发绝对量上看,传统处理为125.1kgN/hm²,优化处理为42.3kgN/hm²,降幅达66.2%.施肥和灌水方式显著影响氨挥发,撒施碳铵后翻耕的氨挥发损失为10.1%,追肥撒施的氨挥发损失平均为24.6%;撒施尿素后立即灌水,氨挥发损失为19.7%,5h后灌水氨挥发损失为34.0%,增加了72.6%.     

太湖重污染区麦季养分输入与流失规律研究

为了识别太湖流域重污染区典型麦季污染物流失规律,以田间单元为研究对象,研究了麦季不同施肥处理条件下营养元素的输入和流失与降雨的关系。结果表明,大气湿沉降和施肥输入氮素190.23 kg/hm2,磷素19.12 kg/hm2;优化施肥-秸秆还田处理条件下COD、总氮和总磷平均流失量均小于常规施肥处理,而小麦产量有一定增加,说明采用深施化肥可以降低营养元素的流失,而秸秆还田措施对小麦产量的增加有一定帮助;径流流失中氮的形态以硝态氮为主,硝氮、氨氮平均浓度分别占总氮浓度的85.8%和4.84%,所以重污染区农田径流污染应着重考虑硝态氮的处理。文章研究结果可为太湖流域重污染区农田径流流失的治理提供基础性支撑。     

除草剂对氮肥反硝化损失与N2O排放的影响

在华北平原潮土上,采用原状土柱培养乙炔抑制法研究玉米地氮肥反硝化损失和N2O排放量以及喷施3种除草剂(乙莠、丁莠和旱锄)的影响.结果表明,氮肥的反硝化损失量为2.66kgN/hm2,占施肥量的1.77%;氮肥产生的N2O排放量为3.14kgN/hm2,占施氮量的2.09%,反硝化不是该地区旱作系统氮肥损失的主要途径,但氮肥的施用大大增加N2O排放量.喷施除草剂显著或极显著降低氮肥的N2O排放量和反硝化损失量,比单施尿素处理分别降低2.01~2.85kgN/hm2和2.56~3.16kgN/hm2.     

缓控释肥侧深施对稻田氨挥发排放的控制效果

以减少氨挥发损失为目的,以无机化肥分次施用为对照,选用树脂包膜尿素(RCU)、硫包衣尿素(SCU)和掺混控释肥(RBB)3种不同类型缓控释肥料,采用一次性施肥(B)和一基一穗(BF)2种施肥方式,研究了插秧施肥一体化条件下不同类型缓控释肥侧深施及施用方式对稻田田面水氮浓度及氨挥发损失的影响.结果表明,除SCU处理基肥期田面水总氮和铵态氮质量浓度均高于常规分次施肥处理CN,RCU和RBB处理均低于CN处理.不同缓控释肥料稻田氨挥发损失差异较大,损失量占施肥量的3.84%~28.17%.与CN处理相比,不同类型缓控释肥料均有减少稻田氨挥发损失的效应,处理间氨挥发损失量表现为:CN、B-SCUBF-SCU、BF-RBB、BF-RCU、B-RBB、B-RCU.一次性基施下,B-SCU处理的氨挥发总量显著高于B-RCU和B-RBB处理,一基一穗下3种处理间氨挥发总量差异不显著.不同肥料在2种施肥方式下氨挥发损失量差异不显著,但表现不一致.BF-SCU处理的氨挥发损失量低于B-SCU处理,BF-RCU和BF-RBB处理的氨挥发损失量分别高于B-RCU和B-RBB处理.阶段氨挥发损失来看,施用SCU处理的基肥-蘖肥(7.54%)和蘖肥-穗肥阶段(16.04%)的损失较高,RBB处理的基肥-蘖肥阶段氨挥发损失(2.91%)明显增加,而RCU处理的穗肥后阶段(2.75%)是氨挥发损失的集中时期.追施穗肥尿素增加了穗肥后阶段的氨挥发排放损失,穗肥后阶段氨挥发量与田面水铵态氮质量浓度在不同类型肥料间无明显相关关系.     

秸秆还田条件下氮肥用量对稻田氮素淋失的影响

通过田间小区试验,研究了秸秆还田条件下不同氮肥用量对稻田田面水、渗漏水中氮素动态变化和淋失量的影响.结果表明,稻季秸秆还田量为6t/hm2,氮肥用量分别为0,120,180,240,300kg/hm2时,稻季田面水、渗漏水中无机氮(NH4+-N与NO3--N)浓度随氮肥用量的增加而显著增加,秸秆还田显著降低田面水和渗漏水中NH4+-N和NO3--N浓度;田面水中NH4+-N浓度在每次施肥后的第2d、NO3--N在第2~4d达到峰值,渗漏水中NH4+-N在每次施肥后的第2~4d, NO3--N在施基肥后的第20d左右达到峰值;不同处理田面水中NH4+-N、NO3--N的平均浓度及变幅分别为1.23±0.88(0.01~9.89)、1.14±0.18(0.14~2.86)mg/L,渗漏水中分别为1.78±1.60(0.03~22.66)、1.42±0.24(0.22~2.66)mg/L.稻田渗漏量与水稻移栽后天数呈极显著负相关,整个水稻生育期内的总渗漏量为298mm.不同施氮处理稻季NH4+-N、NO3--N的平均净淋失量分别为4.77±4.37 (0.45~12.33)、1.76±1.08(0.49~3.31)kg/hm2,占施氮量的2.57%~4.11%、0.41%~0.56%,氮素损失以NH4+-N为主.     

洱海不同途径氮来源季节性特征及对水体氮贡献

通过研究2013年入湖河流颗粒物、干湿沉降和表层沉积物氮同位素及变化,试图揭示洱海不同途径入湖氮来源季节性变化特征,并引入Iso Source模型,初步定量估算不同来源氮对洱海水体氮的贡献.结果表明:(1)洱海主要入湖河流δ15N季节性变化范围为1.5‰~9.1‰.其中,春季氮的主要来源为内源性有机质;夏季和秋季来源主要为土壤流失;冬季的主要来源为生活污水.(2)干、湿沉降δ15N季节性变化范围分别为+6.86‰~+8.49‰和-10.03‰~-8.15‰,其中湿沉降主要集中在夏秋季节,氮主要来源为机动车尾气和农业土壤释放,而干沉降主要集中在冬春季节,氮主要来源为煤炭燃烧和土壤氮释放.(3)洱海表层沉积物δ15N的变化范围为3.89‰~6.38‰,北部湖区沉积物氮主要来源为农业化肥,中部湖区主要来源为内源性有机质,南部湖区主要来源为土壤氮.(4)洱海各入湖氮来源中,废水对水体氮贡献率最大,占比为29%~44%,其次为内源性有机质,占比为24%~31%.此外,土壤氮和化肥也具有一定贡献,占比分别为14%~19%和8%~10%,而其他氮来源的贡献率较低,合计占比小于12%.沿湖区域生活污水排放及湖泊自生内源性有机质共占洱海入湖氮来源的42%~57%,应予以重点关注.     

常规施肥条件下农田不同途径氮素损失的原位研究:以长江中下游地区夏玉米季为例

为了解农田常规施肥条件下的不同途径氮素损失特征,本文通过田间原位试验同步研究了长江中下游地区夏玉米生长季氮肥施用后的农田N2O排放、NH3挥发、氮渗漏和地表径流的变化.结果表明,在复合肥为基肥,尿素为追肥,基追肥氮素水平均为150 kg·hm-2的条件下,整个玉米生长季N2O排放系数为3.3%,NH3挥发损失率为10.2%,氮渗漏和地表径流损失率分别为11.2%和5.1%.此外,基肥施用以氮素渗漏损失为主,而追肥氮素损失以氨挥发和渗漏为主,表明不同途径化肥氮素损失主要受氮肥品种影响,玉米季追肥可改用低氨挥发氮肥品种以减少氮素损失.