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.     

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.     

北京大气颗粒物和重金属铅干沉降通量及季节变化

为了解大气颗粒物和重金属铅(Pb)干沉降通量的变化规律,采用聚氨酯泡沫膜片为代用面联合干湿沉降自动观测设备,于2013年12月~2014年11月在北京城区采集了颗粒物干沉降,利用微波消解和电感耦合等离子体质谱仪对样品中全量Pb和水溶性Pb进行了测试分析.结果表明,北京大气颗粒物和Pb干沉降通量分别为0.84 t·(hm~2·a)~(-1)和7.56mg·(m~2·a)~(-1),呈现出春季冬季秋季~夏季的特征.大气颗粒物中水溶性Pb干沉降通量为3.14 mg·(m~2·a)~(-1),占Pb干沉降总量的43%,这一比例呈现出冬春季高于夏秋季的特征.人为源排放不仅增加了大气颗粒物和Pb的干沉降通量,也改变了水溶性Pb干沉降通量的季节分布.研究结果对科学评估重金属沉降的生态影响和健康效应提供了科学基础,同时凸显了消减人为源重金属排放的重要性.     

重庆远郊丰都雪玉洞流域大气无机氮湿沉降变化特征与来源分析

以重庆市远郊的丰都雪玉洞流域为研究对象,利用气象站和大气氮沉降仪获取2015年7月~2017年12月的大气降水、NH_4~+-N和NO_3~--N等数据,通过NH_4~+-N/NO_3~--N比以及气团后向轨迹模拟探讨了流域大气无机氮湿沉降来源.结果表明:(1)在观测期内,流域DIN总沉降通量为21.37×103kg·a-1,单位面积沉降通量为14.25 kg·(hm~2·a)~(-1),其中NH_4~+-N和NO_3~--N分别为7.72 kg·(hm~2·a)~(-1)和6.53 kg·(hm~2·a)~(-1),分别占DIN湿沉降量的54%和46%;(2)DIN湿沉降通量和浓度表现出明显的季节变化,春夏季DIN湿沉降量比秋冬季节高50%,而秋冬季湿沉降的DIN浓度比春夏季高30%;(3)NH_4~+-N/NO_3~--N介于0.29~2.27之间,雨季(4月~9月)NH_4~+-N/NO_3~--N1,旱季(10月~次年3月)NH_4~+-N/NO_3~--N1,表明流域雨季DIN湿沉降主要来源农业源,旱季主要来源于城市源;(4)流域雨季主要受东南风的影响,大气湿沉降的NH_4~+-N来源于当地与流域东南方向的农业源,旱季主要受西南风影响,大气湿沉降的NO_3~--N来源于流域西南方向的重庆市区和涪陵等城市源.     

西宁近郊大气氮干湿沉降研究

本研究在青海省西宁市城郊二十里铺莫家泉湾气象站开展了完整的2年(2014和2015年)大气无机氮干沉降和混合沉降(湿沉降加部分干沉降)监测.干沉降估算通过被动采样器采集的NH_3和NO_2浓度和Geos-Chem全球化学模式模拟的气体干沉降速率相乘获得;混合沉降的测定采用雨量器.结果表明,气态NH_3和NO_2年均浓度分别为8.8μg·m-3和19.6μg·m-3,且2015年NH_3月均浓度显著高于2014年.NH_3浓度的季节变化呈现春夏高、秋冬低的特征,而NO_2浓度季节变化幅度较小.降水中NH_4~+-N和NO-3-N年均浓度为2.2 mg·L~(-1)和1.8 mg·L~(-1),秋季降水NH_4~+-N浓度比其他季节低55%,而NO-3-N浓度在秋冬季比春夏季高约26%.气态NH_3和NO_2的干沉降量分别为9.0 kg·(hm~2·a)~(-1)和2.8 kg·(hm~2·a)~(-1),降水中NH_4~+-N和NO-3-N的混合沉降量分别为7.6 kg·(hm~2·a)~(-1)和6.2 kg·(hm~2·a)~(-1).还原态氮(NH_3和NH_4~+-N)在氮沉降中占主导地位.大气氮素总沉降(干沉降加混合沉降)量为25.6 kg·(hm~2·a)~(-1),为城郊农田提供重要的环境养分;但这一氮素输入量超过了陆地生态系统氮沉降临界负荷[10~20 kg·(hm~2·a)~(-1)],意味着研究区周边林地(如北山)和水体生态系统面临"氮饱和"的环境风险.     

城市湖泊氮磷沉降输入量及影响因子——以武汉东湖为例

城市湖泊是受人类影响最严重生态系统之一,正面临着水体污染和生态系统退化的双重压力.研究氮、磷沉降输入量及影响因素对城市湖泊管理具有重要的实践意义.本文通过对中国最大的城市湖泊之一——武汉东湖进行为期1年的氮、磷沉降连续监测,研究了大气混合沉降对武汉东湖的氮、磷输入动态,并探讨了氮、磷沉降的影响因素.结果表明:武汉东湖大气氮、磷年沉降通量分别为22.80、1.37 kg·hm~(-2)·a~(-1);总氮年沉降负荷为76.94 t·a~(-1),氨氮年沉降负荷为31.83 t·a~(-1),总磷年沉降负荷为4.61 t·a~(-1),分别占其东湖年入湖污染物的7.28%、7.61%和4.41%.从时间格局看,总氮沉降通量的季节性差异较为明显,表现为:春季(9.03 kg·hm~(-2))夏季(6.01 kg·hm~(-2))秋季(3.90 kg·hm~(-2))冬季(3.86 kg·hm~(-2));而总磷沉降通量呈现出仅春季较高(0.52 kg·hm~(-2)),占全年的38%,其他三季总磷沉降通量变化较小的特征.相关性分析显示,氮、磷沉降负荷量与降雨量、降雨时间间隔及空气颗粒物浓度(PM_(10)、PM_(2.5))等因素呈显著正相关,与相对湿度呈显著负相关.分析表明,随着控源、截污等措施对城市湖泊氮、磷输入的控制,氮、磷沉降对城市湖泊的生态影响应引起足够的重视.     

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.     

我国氮沉降观测方法进展及其在珠三角的应用

在对我国大气氮沉降观测方法进行系统整理的基础上,以珠三角为例对长期氮沉降观测的结果进行了详细的时空分析.结果显示,大气氮沉降通量从东南沿海到西北内陆递减,且遭受人类活动影响较大的生态系统具有高沉降负荷的倾向.森林生态系统湿沉降通量的观测值变化范围为18~38kgN/(hm~2·a);农田生态系统中湿沉降通量的变化范围为6~78kgN/(hm~2·a),混合沉降通量为15~133kgN/(hm~2·a),干沉降通量为54~83kgN/(hm~2·a);而在城市生态系统中混合沉降通量可达101kgN/(hm~2·a).在人口密集的珠三角地区,氮沉降通量与NH_4~+-N/NO_3~--N值近年来均呈下降趋势,这主要与珠三角产业结构调整以及城市发展带来的巨大能耗有关.整体而言,我国氮沉降观测方法日渐趋于多样化,且观测的准确度不断提高,但偏远地区观测站点仍较为匮乏.对氮沉降的研究多集中于湿沉降和混合沉降,而针对干沉降的研究仍较为不足.     

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.     

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。     

林地大气氮沉降的观测研究

2004年11月～2005年10月,以小叶栎林地为研究对象,研究了大气沉降氮通量及其3种物理形态(气态、颗粒态、雨水)4种氮化物(NH₃,NH₄⁺-N,NO₃^--N,NO₂)的相对贡献.结果表明,大气氮沉降总量为82.8kg/(hm²·a),其中干沉降占67%;NH3-N是氮沉降的主要贡献者,占干沉降的82%,占总氮沉降量的56%;还原态的氮化物(NH₃,NH₄⁺-N)占总氮沉降量65%.     

重庆市铁山坪2001~2010年酸沉降变化

我国"十一五"期间实现了全国二氧化硫(SO2)排放总量削减10%以上的目标,但氮氧化物(NO x)排放量仍持续增长.为了评估排放的变化对酸沉降控制的效果,2001~2010年在重庆铁山坪连续开展了10 a的穿透水观测,结果表明该地区硫沉降有明显的下降趋势,而氮沉降有明显的上升趋势,总体上酸沉降有所下降.以上趋势和重庆市同期SO2排放量有所下降而NO x排放量持续增长的趋势是一致的,这表明我国酸沉降控制取得一定的效果.但是,2010年重庆铁山坪的穿透水硫沉降量和氮沉降量分别达到9.9 keq·(hm2·a)-1和4.5 keq·(hm2·a)-1.如果以此作为总沉降量的近似,将可能存在硫沉降被高估28%,氮沉降被低估50%的不确定性.以上硫沉降和氮沉降水平均达到甚至超过欧美在历史上酸沉降最严重时期的水平,表明重庆地区的酸沉降问题依然严重.     

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.     

大气氮沉降向典型红壤区农田生态系统定量输入研究

在2005年,通过对中国科学院红壤生态实验站(江西鹰潭)内农田小气候要素和湍流的观测及大气和雨水中氮化物的分析,借助大叶阻力相似模型,研究了大气氮素(N)通过干、湿沉降输入研究地农田生态系统的N通量.结果表明,全年通过大气沉降向该农田生态系统输入N 132.6 kg.hm-2,其中干沉降输入N 82.63 kg.hm-2,占大气总输入N的67.94%.干沉降过程中,气体中以NH3-N沉降为主,占气态N沉降的43.02%~89.89%(均值为71.05%);颗粒中以NO3--N为主,占颗粒态N的33.67%~94.54%(均值为61.01%).每月通过湿沉降(雨水)输入N 0.50~8.45 kg.hm-2,以7月和11月较高.     

利用石生苔藓氮含量与氮同位素探讨江西省大气氮沉降量和来源

2009～2010年在江西省“R>”型酸控区11个地区采集了107个石生细叶小羽藓样品. 通过分析苔藓氮含量和氮同位素组成,以反映大气氮沉降强度和空间分布特征,并甄别大气氮的主要来源. 结果表明,江西省不同地区苔藓平均氮含量变化范围为2.46%～3.48%. 整体上呈现赣西北偏高、赣东南偏低的特点,反映出江西省大气氮沉降水平由北向南逐渐递减的空间分布特征. 江西省城市市区苔藓氮含量（2.79%～3.48%）明显高于郊区氮含量（2.46%～2.74%）,说明市区大气氮沉降量高于郊区氮沉降量. 苔藓平均氮同位素均为负值［(-1.96±1.30) ‰～(-9.74±0.25)‰］,并且市区比郊区明显偏负. 市区苔藓偏负的氮同位素值（-5.51‰～-9.74‰）指示了城市污水和人畜排泄物为主要的氨源,而郊区氮同位素值（-4.81‰～-1.96‰）反映出农业活动氨源的贡献. 本研究为大气氮沉降的生态环境效应提供基础资料.     

Nitrogen sink in a small forested watershed of subtropical China

Global nitrogen (N) emission and deposition have been increased rapidly due to massive mobilization of N which may have longreaching impacts on ecosystems. Many agricultural and forest ecosystems have been identified as secondary N sources. In the present study, the input-output budget of inorganic N in a small forested watershed of subtropical China was investigated. Inorganic N wet deposition and discharge by stream water were monitored from March, 2007 to February, 2009. The concentrations and fluxes of inorganic N in wet precipitation and stream water and net retention of N were calculated. Global N input by dry deposition and biological fixation and N output by denitrification for forested watersheds elsewhere were reported as references to evaluate whether the studied forested watershed is a source or a sink for N. The results show that the inorganic N output by the stream water is mainly caused by NO3??-N even though the input is dominated by NH4 +-N. The mean flux of inorganic N input by wet precipitation and output by stream water is 1.672 and 0.537 g N/(m2 yr), respectively, which indicates that most of inorganic N input is retained in the forested watershed. Net retention of inorganic N reaches 1.135 g N/(m2 yr) considering wet precipitation as the main input and stream water as the main output. If N input by dry deposition and biological fixation and output by denitrification are taken into account, this subtropical forested watershed currently acts as a considerable sink for N, with a net sink ranging from 1.309 to 1.913 g N/(m2 yr) which may enhance carbon sequestration of the terrestrial ecosystem.     

氮沉降增加对森林植物影响的研究进展

由于化石燃料的燃烧、含氮化肥的使用以及畜牧业等人类活动的影响,向大气中排放的含氮化合物数量不断上升,从而引起大气氮沉降的增加,使得生态系统发生了一系列变化。为了更好地研究氮沉降这一环境变化,从植物生长、植物抗逆性、植物营养、凋落物分解、以及外来植物入侵等方面对氮沉降进行了综述。