亚热带农田和林地大气氮湿沉降与混合沉降比较

本研究在位于我国亚热带区域的湖南省长沙县金井河流域,设置一个农田监测点和一个林地监测点,开展了完整的2a(2011年3月至2013年2月)大气氮素(N)湿沉降和混合沉降(湿沉降+部分干沉降)的监测,评价两种方法监测的大气氮素沉降的差别,并建立一种采用氮素混合沉降来估算氮素湿沉降的方法.结果表明采样点氮素湿沉降和混合沉降以NH_4~+-N沉降量最高,其中农田点大气氮湿沉降、混合沉降量分别为26.2 kg·(hm~2·a)~(-1)、28.9 kg·(hm~2·a)~(-1),湿沉降、混合沉降NH_4~+-N、NO_3~--N和可溶性有机氮(DON)分别占湿沉降、混合沉降总氮(TN)的49.7%、31.3%、19.0%和48.7%、31.6%、19.7%.林地点大气氮湿沉降、混合沉降量分别为23.6 kg·(hm~2·a)~(-1)、27.8 kg·(hm~2·a)~(-1),湿沉降、混合沉降NH_4~+-N、NO_3~--N和DON分别占湿沉降、混合沉降TN的53.9%、34.8%、11.4%和49.6%、31.6%、18.9%.研究区域降雨量与湿沉降、混合沉降雨水中NH_4~+-N、NO_3~--N和TN浓度均有极显著负相关关系,而与沉降量有显著正相关性.两监测点湿沉降与混合沉降的雨水中N素浓度具有极显著线性相关性(决定系数大于0.82),根据二者之间建立的回归方程,农田点采用混合沉降估算湿沉降中NH_4~+-N、NO_3~--N和TN沉降的系数值分别为0.875、0.774和0.852;林地点相应的系数值分别为0.859、0.783和0.819,该系数值主要与监测点的氮素湿沉降量及大气颗粒态氮的污染水平有关.亚热带区域采用大气氮素混合沉降替代氮素湿沉降,将导致氮素湿沉降被高估10%~18%,利用氮素混合沉降和氮素湿沉降之间的回归方程,可以较好实现采用混合沉降来估算湿沉降.     

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.     

南方典型地区油-稻轮作下大气硫沉降动态

1998年11月～1999年10月间,利用中国科学院红壤站(江西鹰潭)农田小气候分站进行了全年逐时气象资料收集,通过阻力模式求算SO₂和SO₄^2-的干沉降速度,结合大气中SO₂、硫酸盐(SO₄^2-)粒子和雨水的收集和测定,定量研究了大气沉降向农田生态系统的硫输入.结果表明,12个月大气硫沉降总量为94.9 kg S/hm2,其中大气中硫干沉降量(SO₂+SO₄^2-粒子干沉降)占81.9%.大气中SO₂干沉降是大气干沉降的主要贡献者,占大气硫干沉降总量93%.并对不同季节及不同的作物生长期间硫的沉降动态进行了分析、比较.     

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.     

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.     

千岛湖大气氮磷干湿沉降特征及周年入库负荷

大气氮磷沉降是湖库营养盐输入的重要途径,深刻地影响着湖库水体营养盐平衡及生态系统演化进程. 为了解山区大型水库大气氮磷沉降对水体的贡献,于2020年11月—2021年10月在千岛湖街口和淳安县城2个监测站点开展了大气氮磷干湿沉降周年观测,分析千岛湖大气氮磷沉降特征及入库负荷. 结果表明:千岛湖街口监测点大气总氮(TN)、总磷(TP)沉降量分别为1 774.83和34.11 kg/(km2·a),淳安县城监测点大气TN、TP沉降量分别为1 799.73和34.44 kg/(km2·a). 大气TN沉降以湿沉降为主,街口和淳安县城监测点TN湿沉降分别占总沉降的92%和88%;两个监测点大气TP沉降的组成差异较大,其中街口监测点湿沉降占53%,淳安县城监测点干沉降占60%. 气象条件(降雨)叠加人类活动(施肥等农业活动和旅游等城市活动)能够显著增加大气营养盐沉降量,全年85%的TN沉降和71%的TP沉降集中在降雨期. 观测期间,千岛湖大气TN、TP干湿沉降入湖负荷分别估算为1 041.98和20.04 t/a,分别占千岛湖河道TN、TP输入的9.4%和8.3%. 研究显示,千岛湖大气氮磷沉降量显著低于长三角地区其他水体,但农耕、旅游等人类活动仍造成千岛湖大气营养盐沉降量明显升高.      

杭州北里湖春、夏季大气氮、磷沉降研究

采集与分析了杭州北里湖2010年2月-7月这半年中干湿沉降,并计算了大气TN,TDN(总溶解氮),TP和TDP(总溶解磷)的干湿沉降通量的基础上完成的.结果表明,在北里湖地区N沉降以湿沉降为主,占61.5%,并且N沉降中主要是TDN,平均值86.7%;P沉降以干沉降为主,占61.2%,TDP占49.1%.湿沉降中TN时北里湖的富营养化有一定影响,而TP的影响比较小.TN,TP湿沉降通量与降水量相关度比较高,但TN,TP沉降通量月际变化幅度却比较小,平均为427.45和5.96 kg/km2.后3个月中TDN沉降通量低于前3个月,有利于减轻北里湖的富营养化.通过与太湖地区N,P沉降的比较,发现城市环境对N,P沉降影响很大.     

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.     

N、P通过大气干湿沉降方式向大亚湾输入量研究

首次在大亚湾设置了一个大气干、湿沉降监测站点进行采样,主要分析估算各营养物质通过大气干、湿沉降的通量,初步探讨N、P的沉降对大亚湾的影响,并与营养盐随河流输入的方式进行比较.结果表明,大亚湾的干、湿沉降都是以N为主,N沉降主要集中在春夏两季(3～8月),P的沉降较为平稳,只有6月和9月稍高;湿沉降是大气沉降的主要方式;...     

长江口大气多氯联苯干湿沉降通量

大气干、湿沉降是水体持久性有机污染物的主要来源.长江口是我国陆海相互作用研究的关键区域,是大气污染物监测的重点区域.为了解长江口大气中多氯联苯(Polychlorinated Biphenyls, PCBs)的污染特征,本研究共采集了自2013年10月—2014年8月4个季度93对大气样品(气态和颗粒态)和13个雨水样品,分析了样品中7种典型PCBs浓度并估算了PCBs的干、湿沉降通量.结果表明:①长江口大气中PCBs(气态和颗粒态)浓度范围是2.37～207 pg·m~(-3),平均浓度为44.9 pg·m~(-3);与以海洋为背景的国内外大气中PCBs相比,浓度处于中度水平;大气中PCBs主要存在于气态中,占77%;夏季气态PCBs浓度明显高于其他3个季度;颗粒态PCBs浓度呈冬、春季高,夏、秋季低的特点.②PCBs的干沉降通量为681～2330 pg·m~(-2)·d~(-1),年均值为1880 pg·m~(-2)·d~(-1),冬、春季干沉降通量明显高于夏、秋季;湿沉降通量为184～1210 pg·m~(-2)·d~(-1),年均值为863 pg·m~(-2)·d~(-1),夏季湿沉降通量明显低于其他3个季节.总体上,PCBs干、湿沉降通量年均变化为865～3300 pg·m~(-2)·d~(-1),年均值为2250 pg·m~(-2)·d~(-1),干沉降占总沉降通量的69%.     

华西雨屏区典型人工林对降雨过程中NH_4~+-N和NO_3~--N的过滤作用

氮沉降已成为河流、湖泊及城市等生态系统的主要污染威胁因素之一,森林生态系统能从林冠、地被和土壤自上而下截留过滤大气降雨中的NH+4-N和NO-3-N,是区域大气环境污染生态防治的重要途径.选取华西雨屏区几种典型人工林森林生态系统为研究对象,采用定位监测与室内分析相结合的研究方法,于2011年4—12月对大气降水、穿透雨、树干茎流、地表径流和地下渗滤NH+4-N和NO-3-N的含量与分配进行了研究.结果表明:观测期内40次降雨总雨量为492.72 mm,NH+4-N和NO-3-N的总沉降量分别为13.248 kg·hm-2和16.320 kg·hm-2;3种人工林林冠层对NH+4-N和NO-3-N的过滤能力表现为香樟林混交林柳杉林,而地表和土壤层均表现为混交林香樟林柳杉林;无林地、香樟林、柳杉林和混交林生态系统无机氮截留过滤净输入量分别为19.557、44.079、42.331、64.896 kg·hm-2,对无机氮的综合过滤作用表现为混交林香樟林柳杉林无林地.这些结果说明华西雨屏区合理配置混交林能更加有效地降低大气氮沉降对生态系统的影响.     

洞庭湖大气氮湿沉降的时空变异

为研究洞庭湖大气氮素湿沉降的时空变化规律,于2016年1—12月对洞庭湖不同生态区的4个监测点的湿沉降进行了为期1年的观测.结果表明:采桑湖(CSH)、断港头(DGT)、蒋家嘴(JJZ)3个监测点的全年大气氮湿沉降量分别为49.9、38.7和90.9 kg·hm~(-2),其中NO_3~--N沉降量分别占30.3%、25.8%和33.1%,NH_4~+-N沉降量分别占32.9%、41.7%和51.1%,DON沉降量分别占36.8%、32.5%和15.9%;沅江(YJ)监测点7—12月的大气氮湿沉降量为19.0 kg·hm~(-2),NO_3~--N、NH_4~+-N和DON分别占62.2%、25.1%和12.7%,除YJ监测点外,其他各监测点NH_4~+-N沉降量高于NO_3~--N沉降量.湿沉降量与降雨量呈正相关,而湿沉降浓度与降雨量呈负相关;在CSH、DGT和JJZ监测点,湿沉降量均在春季最高,分别占全年总沉降量的54.4%、60.2%和49.7%,JJZ监测点在各个季节的总氮沉降量均高于CSH和JJZ监测点.     

北京市内到郊区氮沉降时空变化特征

对北京市区到远郊梯度带上的4个采样点(北京师范大学(BNU)、奥林匹克森林公园(AS)、减河公园(JH)、延庆上辛庄(YQ))降雨和针叶树穿透雨雨量及其化学成分进行了监测,分析了从市中心到远郊的氮沉降时空变化规律.结果表明:梯度带上各点铵态氮(NH+4-N)与硝态氮(NO-3-N)均为5、6月最大,7月开始迅速减小,雨季降雨的稀释作用是主要原因.在空间上,NH+4-N与NO-3-N沉降量大小为BNUJHASYQ,4个样点对应的可溶性无机氮(铵态氮与硝态氮)总沉降量分别为22.6、13.7、12.1、5.42 kg·hm~(-2)a-1(以N计).无机氮沉降以湿沉降为主,4个样点上湿沉降所占比例分别为BNU 72.44%、AS 65.97%、JH 62.78%、YQ 93.86%;沉降成分以铵态氮为主,所占比例分别为BNU56.41%、AS 59.47%、JH 61.21%、YQ 63.33%,从城区到远郊逐次增大.国内外同类研究综合表明,湿沉降中无机氮浓度均是工业区市区郊区远郊区,北京降雨中无机氮浓度相对较高.大多数研究区的城区与郊外大气氮沉降均是以铵态氮为主,与市区交通及生活源氮氧化物排放较高的实际并不一致,其成因与机制尚不明确.     

南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响

本研究通过对江西千烟洲香溪流域雨季氮湿沉降及径流过程进行监测,分析降雨及径流过程的各形态氮浓度变化,探讨南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响.结果表明:1 2014年雨季(3~6月)共27场降雨,产生的氮湿沉降负荷达43.64~630.59 kg,氮沉降通量为0.44~6.43 kg·hm-2,呈现出极大的季节变异性;2对其中3场降雨过程进行动态分析发现,当降雨量为8~14 mm时,流域氮沉降负荷达18.03~41.16 kg,而该地区氮湿沉降通量为0.18~0.42 kg·hm-2.其中3场次降雨事件导致流域水体的总径流量为4 189.38 m3,TN总流失负荷16.72 kg,输出通量为4.64 kg·hm-2;DTN总流失负荷为9.64 kg,输出通量为2.68 kg·hm-2;NH+4-N总流失负荷2.93 kg,输出通量为0.81 kg·hm-2;NO-3-N总流失负荷5.60 kg,输出通量为1.56 kg·hm-2.3流域氮湿沉降对流域氮输出的贡献率约为56%~94%,说明降雨对流域氮流失影响巨大,并以硝酸盐为主,流域水体中总氮浓度超过河流水体富营养化阈值(1.5 mg·L-1)存在发生富营养化的隐患.     

Contribution of atmospheric nitrogen deposition to diffuse pollution in a typical hilly red soil catchment in southern China

Atmospheric nitrogen （hi） deposition is currently high and meanwhile diffuse N pollution is also serious in China. The correlation between N deposition and riverine N export and the contribution of N deposition to riverine N export were investigated in a typical hilly red soil catchment in southern China over a two-year period. N deposition was as high as 26.1 to 55.8 kg N/（ha-yr） across different land uses in the studied catchment, while the riverine N exports ranged from 7.2 to 9.6 kg N/（ha-yr） in the forest sub-catchment and 27.4 to 30.3 kg N/（ha.yr） in the agricultural sub-catchment. The correlations between both wet N deposition and riverine N export and precipitation were highly positive, and so were the correlations between NH-N or NO2-N wet deposition and riverine NH4-N or NO3-N exports except for NH-N in the agricultural sub-catchment, indicating that N deposition contributed to riverine N export. The monthly export coefficients of atmospheric deposited N from land to river in the forest sub-catchment （with a mean of 14%） presented a significant positive correlation With precipitation, while the monthly contributions of atmospheric deposition to riverine N export （with a mean of 18.7% in the agricultural sub-catchment and a mean of 21.0% in the whole catchment） were significantly and negatively correlated with precipitation. The relatively high contribution of N deposition to diffuse N pollution in the catchment suggests that efforts should be done to control anthropogenic reactive N emissions to the atmosphere in hilly red soil regions in southern China.     

内蒙古温带草原氮沉降的观测研究

在内蒙古太仆寺旗对温带草原地区的氮沉降进行了为期1 a(2011年11月～2012年10月)的观测.在线分析大气NH3和NO2浓度,用CMAQ模型计算的干沉降速率计算了气体干沉降量;采集降水、降尘和穿透雨样品并测定NH4+和NO3-浓度,分别得到湿沉降、颗粒物干沉降和穿透雨沉降量.观测结果表明该地区的氮沉降量已经高达3.43 g.(m2.a)-1,有可能对草原生态系统产生危害.其中,湿沉降占44%,气体干沉降占38%,颗粒物干沉降占18%.干沉降对氮沉降的贡献大于湿沉降,必需重视干沉降的测定,而穿透雨沉降明显小于总沉降,说明穿透雨法不适合于草原地区.从组分上看,还原态氮(包括NH4+和NH3)对氮沉降的贡献为71%,而氧化态氮(NO3-和NO2)的贡献仅29%,因此在控制氮沉降时,不应只针对NOx排放进行削减,NH3减排同样重要.     

太原地区大气氮湿沉降变化特征

为研究太原地区的大气氮湿沉降时空变化规律,于2016年1月～2017年12月采用雨量器对太原市市中、近郊和远郊三地大气氮湿沉降进行了为期2年的监测。得到市中、近郊、远郊的NO₃^--N平均浓度为12.9、18.4、1.3 mg/L,NH₄⁺-N平均浓度分别为3.6、2.3、1.6 mg/L。季节变化上看,NH₄⁺-N浓度值四季相对平均,春夏季稍高,而NO₃^--N浓度变化较大且冬春季浓度值较高。三个采样点大气氮湿沉降量（无机氮）年均沉降量分别为40.0、48.0、14.2 kg/hm²,以近郊的沉降量最高。市中、近郊、远郊的NH₄⁺-N沉降量分别为9.0、5.0、8.2 kg/hm²,占总无机氮湿沉降量的比重分别为22%、11%、57%,NO₃^--N沉降量分别是31.0、43.0、6.0 kg/hm²,占总无机氮湿沉降量的比重分别为78%、89%、43%。从上可知城市降水中主要以NO₃^--N沉降为主,农村则以NH₄⁺-N沉降为主。结合市中、近郊、远郊NH₄⁺-N/NO₃^--N浓度比值分别为0.54、0.30、1.31,充分表明市中和近郊大气氮湿沉降主要来自工业和交通运输源,远郊则来自农业源。另外,市中、近郊月氮湿沉降量与降雨量差异不显著,远郊则达到极显著水平,说明影响市区两点氮湿沉降的因素较为复杂。由以上数据看出市中和近郊氮污染情况比较严重,应根据各自沉降特点予以控制。     

南海东部大气湿沉降中无机氮的研究

通过分析2000至2014年菲律宾马尼拉(Manila)和洛斯巴诺斯(Los Banos)大气湿沉降资料,初步探讨近15年湿沉降中无机氮含量特征以及对南海东部海域水生生态系统的影响。结果显示,湿沉降中NO-3-N和NH+4-N的浓度均为旱季高雨季低;NO-3-N浓度在近15年虽有波动,但并无明显变化趋势;而洛斯巴诺斯区域的NH+4-N浓度自2009后稍有波动上升。NO-3-N和NH+4-N的沉降通量与浓度相反,表现为雨季高而旱季低,年际上总体表现为NH+4-N的沉降通量大于NO-3-N,马尼拉无机氮的沉降通量大于洛斯巴诺斯,并且在2003年之后,马尼拉和洛斯巴诺斯NH+4-N的沉降通量均呈明显上升趋势,菲律宾经济的快速增长及人类活动是主导其上升的主要因素。马尼拉和洛斯巴诺斯湿沉降中NO-3-N/NH+4-N值分别为0.33和0.41,该比值和无机氮浓度与南海东部各海区表层海水的值有明显的差别,因此降水可能改变该海域表层水体无机氮的组成结构,进而影响水体中浮游植物的生长及其群落结构。