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.     

氮沉降增加对青藏高原林地氮淋溶通量的影响

森林生态系统对大气氮沉降升高的响应机制是国内外学者研究的热点问题之一,近年来中国学者相继在温带森林和热带森林建立了氮沉降增加影响的野外实验平台,但关于氮沉降增加对青藏高原地区森林土壤氮素淋溶通量影响的野外原位研究匮乏。基于此,该研究于2012-2013年生长季,在青藏高原林芝地区云冷杉林通过野外模拟试验,研究了3种水平(0、15和30 kg/(hm~2·a)(以N为计,下同))及3种形态((NH_4)_2SO_4、NH4Cl和KNO_3)氮沉降增加对土壤可溶性氮素淋溶通量的影响。结果表明:林芝地区不同形态氮素的淋溶通量均存在显著的季节和年际变化特征,铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO_3~--N)的生长季月淋溶通量为0.02～0.6 kg/hm~2,可溶性总氮(TDN)、可溶性总有机氮(DON)月淋溶通量为0.07～2.0 kg/hm2,不同形态氮淋溶通量峰值均出现在7-9月;森林穿透雨中硝态氮沉降通量的增加,对氮素淋溶通量具有明显的促进作用,造成NO_3~--N显著淋失(p0.05),且这种促进作用在施加低剂量硝态氮肥的处理上更为明显(p0.01);大气氮沉降增加对DON和TDN淋溶通量有显著的抑制作用,且随着氮沉降量的增加其抑制作用也随之增加。     

林地大气氮沉降通量观测对比研究

以中国科学院红壤生态实验站森林微气象分站阔叶林为研究对象,采用穿透雨量法和微气象学推论法对该阔叶林地大气氮沉降通量进行了对比研究.结果表明,穿透雨量法观测2006年10月～2007年9月林地NH4+-N干沉降通量为37.66kgN/(hm2.a),NO3--N干沉降通量为18.53kgN/(hm2·a),其中NH4+-N是氮化物干沉降的主要贡献者,占总干沉降的67.0％.该研究方法所得结果与微气象学方法观测结果具有较好的一致性,表明穿透雨量法估算林地氮干沉降通量具有一定的可靠性.微气象学法与穿透雨量法观测结果共同说明研究地大气氮沉降量较高,过量的氮输入对研究地生态系统的影响值得关注.     

森林生态系统对大气氮沉降降低的响应

大气氮沉降是全球变化的重要影响因素之一,而过量氮沉降导致森林出现氮饱和,引起土壤酸化、硝酸根淋溶、氧化亚氮排放增加、植物物种多样性和植被生产力下降.在欧洲、北美和我国大气氮沉降降低的背景下,总结森林生态系统对氮输入降低的响应,不仅能够完善氮沉降对森林生态系统影响的知识体系,也能评估各国已开展的减排行动的成效,为我国制定进一步的减排政策提供科学依据.回顾了欧洲和北美的温带森林以及我国亚热带森林的土壤、地表水、氮循环和植被对大气含氮污染气体和氮沉降降低的响应.土壤溶液中硝酸根浓度对氮沉降的减少响应迅速,但具体响应规律未出现统一趋势.土壤酸化和氮循环过程从高氮沉降中的恢复过程出现滞后现象.森林氮矿化和固持、土壤碳储量和净初级生产力可能需要几十年的时间对氮沉降的减少作出响应.相对而言,虽然有一两年的延迟,土壤无机氮库和氮淋溶量会随着氮沉降的下降而下降.地表水氮浓度与森林生态系统氮状态密切相关.当氮沉降降低时,在历史高氮沉降地区,森林生态系统的氮淋溶下降,因此地表水氮浓度的响应较明显.而在氮缺乏的森林中,普遍较低的地表水氮浓度受到氮沉降变化的影响不显著.地表水酸化的恢复受到土壤硫解吸-矿化和硝化...     

邯郸市大气氮干湿沉降特征研究

为了研究邯郸市大气氮干湿沉降特征,文章利用自动分离干湿沉降采样器对邯郸市的干湿沉降进行逐月采集,测定了干湿沉降量和干湿沉降中氮的浓度,并计算了氮沉降通量。结果显示,监测期内氮干沉降通量和湿沉降通量分别为14.60 kg/(hm²·a)和33.44 kg/(hm²·a),氮沉降通量以湿沉降为主。邯郸市春季、夏季和秋季的氮湿沉降通量分别为7.37、12.34和13.15 kg/hm²,邯郸市春季、夏季、秋季、冬季的氮干沉降通量分别为5.36、4.64、2.78和3.28 kg/hm²。TN、NH₄⁺、NO₃^-和DON的湿沉降通量与降雨量密切相关,其沉降浓度与降雨量呈显著的负指数幂相关。氮干沉降通量不仅与降尘量有关,还受温度、湿度、风速等条件影响。化肥的使用、汽车排放、化石燃料的燃烧以及污水处理厂排放的NH₃是邯郸市氮素沉降的重要来源。邯郸市氮素沉降总量已可满足无肥区小麦的需求,建议适当减少氮肥的...     

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.     

北京市区大气氮沉降研究

2009年3～9月,使用离子交换树脂柱法对北京市区大气氮沉降进行了观测.2009年3～6月,北京市区大气硝态氮沉降平均值为40.59 mg.m-2,大气亚硝态氮沉降平均值为14.66 mg.m-2.2009年6～9月,北京市区大气硝态氮沉降平均值为75.13 mg.m-2,大气亚硝态氮沉降平均值为20.67 mg.m-2.观测表明,大气硝态氮和亚硝态氮沉降有明显的局部分异特点,沉降量大的地点主要是交通干线和热电厂周边地区,显示了大气硝态氮和亚硝态氮的线源和点源特征.2009年3～6月,北京市区大气氨态氮沉降平均值为12.19 mg.m-2.2009年6～9月,北京市区大气氨态氮沉降平均值为8.46 mg.m-2.结果表明,各观测点之间大气氨态氮沉降变化明显小于硝态氮和亚硝态氮,显示了大气氨态氮的非点源特征.     

用离子交换树脂柱法观测长春市大气氮沉降

为了解城市环境中大气氮沉降的特点,于2008年9月—2009年9月,使用离子交换树脂柱法对长春市大气氮沉降进行了观测. 结果表明:观测期间,长春市大气硝态氮沉降量月均值为5.33 mg/m2>/sup>,亚硝态氮沉降量月均值为1.67 mg/m2>/sup>. 大气硝态氮和亚硝态氮沉降量有明显的局部分异特点,沉降量大的地点主要分布在交通干线和热电厂周边地区,显示了大气硝态氮的点源和线源特征. 大气氨氮沉降量月均值为3.10 mg/m2>/sup>; 各观测点间大气氨氮沉降量变化明显小于硝态氮和亚硝态氮,显示了大气氨氮的面源特征.      

大气沉降向林地(小叶栎)输入硫素通量的观测

利用中国科学院红壤生态试验站森林小气候观测站(江西鹰潭)逐时气象梯度参数连续自动观测数据,采用阻力模式计算SO₂、硫酸盐(SO₄^2-)粒子的干沉降速率(Vd),结合大气SO₂、SO₄^2-粒子浓度现场测定,研究了该地2年大气硫沉降量.结果表明,2000年大气SO₂和SO₄^2-粒子时年Vd值分别为0.748cm/s、0.665cm/s;2002年分别为0.180cm/s、0.221cm/s.2000和2002年大气干沉降硫(SO₂+SO₄^2-粒子)通量分别为104.6kgS/(hm2a)和140.6kgS/(hm2a),SO2干沉降是大气干沉降主要贡献者,占98.38%和97.2%;大气沉降硫总量分别为150kgS/(hm2a)和185kgS/(hm2a);可见大气干沉降是大气硫沉降主要贡献者,分别占70%和76.2%.     

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.     

阔叶林地大气氮化物干沉降速率动态变化研究

以2004年中国科学院红壤生态试验站森林小气候分站气象资料,计算近地面湍流特征参数(U*、θ*和L),采用大叶阻力相似模型计算各种氮化物干沉降速率(Vd),研究了该阔叶林地大气氮化物Vd动态变化.结果表明,1年中大气NO3-粒子/NH4+粒子、HNO3(g)、NO2和NH3的Vd年均值分别为0.216,0.985,0.115,0.274 cm/s;1天中,Vd白天大于晚上,最大值出现在中午11:00~12:00.大气氮化物Vd冬、春季高,夏、秋季低.     

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。     

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。     

华西雨屏区典型人工林对降雨过程中NH4+-N和NO3--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NH4+-N和NO3--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NH4+-N和NO3--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,NH4+-N和NO3--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NH4+-N和NO3--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.     

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.     

太湖流域氮磷等大气沉降研究

采用太湖流域常州、无锡、苏州地区六个测点大气沉降一年的监测数据,研究确定太湖流域总氮、总磷及高锰酸盐指数等项目的大气湿沉降率,根据变化趋势图总结变化特征,并从中分析湿沉降率波动的原因.基于相关文献资料的查阅,根据大气湿沉降率测算大气氮磷等通过湿沉降输入太湖湖体的总量,最后初步估算太湖流域大气氮磷等总沉降量.     

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.