农田生态系统大气氮、硫湿沉降通量的观测研究

2007年10月至2008年9月,借助自动降雨收集器(APS-2A)及自动气象观测站(VSALA-M52),在中国科学院红壤生态实验站(江西鹰潭)农田区内定位采集雨水样本,探讨了大气氮、硫湿沉降特征,估算了大气氮、硫的湿沉降向农田生态系统的输入通量.结果表明,雨水中氮、硫素的月质量浓度变异较大,全氮(T-N)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和硫(SO_4~(2-)-S)的月质量浓度,即ρ(T-N)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(NO_3~-N)和ρ(SO_4~(2-)S)分别为1.09～7.84、0.64~6.25、0.34～1.83和0.95～7.64mg·L~(-1),均与降水呈负相关,其中ρ(T-N)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(SO_4~(2-)-S)与降水的相关性达到比较显著水平(n=11,p<0.10).湿沉降月通量F(T-N)、F(NI_4~+N)、F(NO_3~--N)和F(SO_4~(2-)-S)分别为1.0～7.84、0.64～6.25、0.17～1.54和1.22～9.15 kg·hm~(-2),均与降水呈正相关,其中F(T-N)、F(NH_4~+-N)和F(SO_4~(2-)-S)与降水的相关性均达到显著水平(n=11,p<0.05).季节上,雨水氮、硫浓度及湿沉降氮、硫通量均呈冬春>夏秋的特性.湿沉降向农田生态系统输入N 35.94 kg·hm~(-2)·a~(-1)和S45.93 kg·hm~(-2)·a~(-1),其中NH4~+-N的年沉降通量为22.92 kg·hm~(-2),占湿沉降氮总量的63.75%.     

大连市区大气氮湿沉降研究

雨水的主要成分是水并含有低浓度的含氮化合物,降落在春夏秋3季的雨水对植物生长有一定的影响.雨水除满足植物生理生态需水外,也为植物提供了一定的氮营养.确定雨水中的含氮量多少时空分布状况对植物生长状况的影响不论从环境科学还是植物生长科学都有一定的意义.通过2009—2010年对位于我国辽东半岛最南端的大连市区的雨水连续收集,利用流动分析仪测定雨水中的活性氮化合物含量及变化趋势,可能对生态环境有一定的影响.结果表明:两年的降雨次数分别为34和51次,降雨量分别为687.55和630.22 mm,介于常年年平均降雨量(550~950 mm)的范围内.雨水的总含氮量分别为22.94和41.65 kg·hm-2,总无机含氮量分别为17.67和18.67 kg·hm-2,其中,前1年铵态氮和硝态氮的通量分别为7.99和9.68 kg·hm-2;后1年铵态氮和硝态氮的通量分别为7.72和10.95 kg·hm-2,降雨量大的7和8月份氮沉降通量大,氮沉降通量的变化趋势与降雨量一致.降氮强度各月分布不均,2年的月平均值分别为0.42和0.55 mg·L-1·h-1,总氮的沉降强度按季节排序为冬季>秋季>春季>夏季.随降雨沉降的活性氮化合物可以作为植物生长的氮源,每年平均沉降的总氮相当于使用69.15 kg·hm-2的尿素.一般来说雨水中的无机氮化合物能被植物直接利用,含量多少对不同生态系统产生不同的影响;在农田生态系统有利于作物和杂草的生长,在江河湖海边缘有利于植被的生长,产生富营养化.大连市区2年的月平均降氮质量浓度为4.90 mg·L-1,已远远超出富营养水体中氮质量浓度的阈值,周边水体存在富营养化的隐患.     

大气氮湿沉降对青山湖富营养化的影响

针对大气湿沉降氮的区域通量问题,通过2008年春、夏季对临安青山湖区湿沉降中氮素化学形态的分析,揭示了大气氮湿沉降的时间分布特征,通过估算大气氮湿沉降的输入通量,研究湿沉降对湖区水体富营养化的贡献.结果表明,春季青山湖降水总氮浓度范围为(1.30±0.02)—(9.80±0.85)mg·L-1,其中铵态氮占总氮比例最高,为40.7%,硝态氮和有机氮的比例分别为33.5%和25.8%;雨水氮浓度随着降雨强度的增大呈显著下降趋势,铵态氮和硝态氮所占的比例随着降雨的进行会逐渐升高,而有机氮的比例却有不断降低的趋势;青山湖春季大气氮沉降负荷为6.64 kg·hm-2,雨水中平均的氮浓度为(4.86±0.65)mg·L-1,严重超过了水体富营养化0.2 mg·L-1的阈值,对青山湖水生生态系统造成潜在的威胁.     

大连旅顺口区农田大气活性氮的沉降

2011年对位于黄、渤海分界处的大连旅顺口区大气氮沉降进行为期1年的连续观测.利用露天式长期大气采样系统,按月采集干沉降样品,同时每次降雨后用雨量器收集雨水,用流动分析仪分别测定气态、颗粒态和雨水中活性铵态氮与硝态氮浓度.结果表明,2011年旅顺口区无机氮沉降总量为25.86 kg·hm-2,其中,干、湿沉降分别占总沉降量的31.90%、68.10%.干沉降氮量为8.25 kg·hm-2,铵态氮和硝态氮分别为4.53、3.72 kg·hm-2,分别占总无机活性氮的54.91%和45.09%;干沉降颗粒态活性氮和气态活性氮分别为4.88、3.37 kg·hm-2,占总量的59.15%和41.85%.干沉降的总无机氮量月分布不均,1月份干沉降总无机活性氮量较大为0.77 kg·hm-2,2月份为1.23 kg·hm-2达全年最大,3月份为0.21 kg·hm-2为全年最小,4-12月份波动不大介于0.52-0.78 kg·hm-2,但铵态氮所占比重明显较高.按季节分析,大气干沉降总无机活性氮呈现出秋、冬两季比春、夏两季略高的趋势.全年共降雨706.34 mm,氮素湿沉降年通量为17.61 kg·hm-2,月均氮浓度为10.97 mg·L-1,沉降通量大的月份主要集中在降雨量大的7、8月份,夏季湿沉降氮量占全年湿沉降的一半以上.受黄、渤海共同影响的大连旅顺口区的地理位置特殊,大气沉降活性氮量动态变化受周边地区工业氮排放量与当地农田施氮量的共同影响,研究该地活性氮沉降量可反映出黄渤海区域氮沉降较高的现状.     

红壤旱地湿沉降氮特征及其对马唐-冬萝卜连作系统氮素平衡的贡献

大气湿沉降作为农田生态系统养分的重要来源却一直没有得到足够的重视。文章通过常规农作条件,采用自动降雨收集器结合田间实验方法,重点研究了红壤旱地牧草马唐(Digitaria ischaemum)和蔬菜冬萝卜(Raphanus sativus)连作期间大气湿沉降氮素特征,估算了湿沉降向该生态系统输入的氮量,讨论了其对该生态系统氮素平衡的贡献。结果发现,该研究区域不同月份大气湿沉降T-N平均质量浓度为3.91mg·L-1,其中NH4 -N、NO3--N的分别为1.21、0.61mg·L-1;试验期间,湿沉降输入马唐-冬萝卜连作系统的T-N为34.34kg·hm-2,其中冬萝卜生长期最多,占67.88%,湿沉降T-N对该系统氮素输入、输出、盈余的贡献分别为12.97%、17.65%、48.90%。湿沉降T-N对马唐生态系统氮素输入、输出、盈余的贡献分别为6.45%、16.54%、10.57%;对冬萝卜生态系统氮素输入、输出的贡献分别为24.86%和18.23%。红壤旱地普遍具有"酸瘦黏板"的特点,氮素作为一种重要的生命物质和作物营养的必需元素,对作物产量和人民生活质量的提高具有重要的意义。研究结果表明,湿沉降对农田生态系统的影响不容忽视。     

黄海西部大气湿沉降(降水)中各元素沉降通量的初步研究

本文对黄海西部的千里岩、青岛的麦岛降水(雨+雪)中的H+,NH4+,K+,Na+,Ca2+,Mg2+,F-,Cl-,NO3-,SO42-,SiO32-,PO43-进行了测定.计算了除H+以外其他离子的湿沉降通量.1998年千里岩N,P,Si的湿沉降通量分别为:DIN([NH4+]+[NO3-])0.611g·m-2·a-1,P 0.002g·m-2·a-1,Si 0.078g·m-2·a-1,麦岛N,P,Si的湿沉降通量分别为:DIN 0.776g·m-2·a-1,P 0.008g·m-2·a-1,Si 0.060g·m-2·a-1千里岩降水的N/P比(摩尔比)为727,远高于海水中的Redfield比值(16),将对该海域的营养盐结构产生一定的影响.对于忽略小于0.7mm的降水对湿沉降通量所可能产生的误差进行了估算,发现几种主要离子均小于9%.