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.     

广东韶关地区大气氮干湿沉降特征研究

2012 年4 月-2013 年9 月利用自动分离干湿沉降的采样器对广东省韶关市降雨和干沉降进行采集,分析样品降雨量、降尘量及氮营养盐干湿沉降浓度,计算各指标干湿沉降通量,利用沉降通量分析其影响因素及季节性变化趋势,为该地区大气氮沉降的通量预测及其环境管理提供支持,并为其生态环境中污染物的控制与减排提供科学依据.结果表明,观测期间总氮干沉降通量、湿沉降通量和总沉降通量平均值分别为47.73、295.7 和310.5 kg·km^-2·month^-1.氨态氮、硝酸盐氮与有机氮干沉降通量平均值分别为17.39、12.98 和17.37 kg·km^-2·month^-1,其湿沉降通量平均值分别为132.4、117.0 和46.23kg·km^-2·month^-1.总氮湿沉降通量占总氮总沉降通量平均比例为83.19%,说明总氮沉降通量以湿沉降为主.影响因素方面,总氮干沉降通量与降尘量无相关性;湿沉降受降雨量影响较大,所以受雨季影响,韶关地区4-6 月总氮湿沉降负荷较大.成分组成上,干沉降中氨态氮平均占总氮比例35.48%,硝酸盐氮平均占27.96%,有机氮平均占36.55%,因此该地区氮营养盐干沉降中以氨态氮和有机氮为主;氮营养盐湿沉降以氨态氮和硝酸盐氮为主,氨态氮平均占总氮比例46.87%,硝酸盐氮平均占40.64%,有机氮平均比例为12.49%,说明该地区湿沉降同时受到农业活动和工业活动的影响.季节变化上,氮营养盐干沉降通量由大到小依次为冬季、春季、秋季、夏季,湿沉降通量春季较高,夏秋两季较低.     

上海市大气湿沉降汞及其生态危害评价

Hg~0蒸气压高、水溶性低,主要以蒸气态存在于空气中,在大气中滞留时间长达1年,能随大气环流进行远距离传输,在传输过程中可被大气中的强氧化剂氧化成活性二价汞(Hg~(2+)).Hg~(2+)水溶性高,能够随大气沉降进入生态系统,并通过食物链逐级富集,对人类的健康构成严重威胁.     

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+,NH+4,K +,Na+,Ca2+,Mg2+,F-,Cl-,NO-3,SO2-4 ,SiO2-3,PO3-4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([NH+ 4]+[NO-3])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72 7,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%.     

大连地区植物生长期大气湿沉降中氮的质量份额

随着城市人口的集中和工农业的发展,如燃料燃烧、氮肥生产、固氮植物的培育和畜牧业的集约经营等人类活动向大气中排放的含氮化合物激增,使得大气氮沉降量不断增加.氮沉降的增加,已造成了一些地区河口、海口和江湖等水域氮富集和陆地生态系统氮饱和,而氮的输送以湿沉降为主,因此,大气湿沉降氮元素的研究倍受关注.     

崇明东滩大气湿沉降酸性特征

对崇明东滩湿地的大气湿沉降进行了为期一年的样品采集,对其酸性特征进行了系统分析与讨论.结果表明,大气湿沉降表现出明显的酸性,pH均值为4.85,16.67%的降水达到强酸性,较强酸性的占19.44%;从各月份pH变化来看,9月份pH值相对较低,1月和7月较高,各季节pH值变化规律为秋季＜春季＜夏季＜冬季;降雨pH同降雨量表现出一定的负相关性,同风向表现出显著的正相关,风向变化引起的大气颗粒物含量的差异对湿沉降酸性产生明显影响;湿沉降中主要酸性离子NO-3和SO2-4平均含量分别为68 μmol·1-1和24 μmol·1-1,季节变化均表现为秋季＞冬季＞夏季≈春季;湿沉降中SO2-4和NO-3的当量浓度比均值为15.1,H2SO4对酸雨起决定性贡献作用,燃煤排放是湿沉降呈酸性的最主要原因.     

作物地上部氨排放及对大气氮沉降的吸收

为研究作物地上部分氨排放以及对大气氮沉淀的吸收情况,以水稻(Oryza saliva L.)品种武运粳7号和小麦(Triticumaestivum L.)品种扬麦15为例.在盆栽条件下,利用~15N同位素示踪技术,采用探索性的研究方法,初步分析了水稻成熟期植株NH_3排放和小麦植株直接吸收的大气沉降氮.结果表明,土培的水稻品种武运粳7号地上部植株成熟期排放氨氮(NH_3-N)量约占当季总施氮(N)量的(0.50±0.21)%;收获后水稻植株不同部位~(15)N丰度值以根部最高,茎叶次之,籽粒最低,这与植株体内养分的运移顺序变化一致;贫化~(15)N小麦砂培试验测定的包括植株直接吸收在内的大气氮沉降数量为N(14.8±4.3)kg·hm~(-2),低于国外类似方法以其它作物作为研究对象的测定结果.     

杭州市多环芳烃的干、湿沉降

多环芳烃（PAHs）是一类典型的持久性有机物,在各种环境介质广泛存在。为了研究干湿沉降对空气中PAHs的去除,采集了杭州市6个干沉降尘土样品、9个湿沉降雨水样品、5个湿沉降雪样品和6个地表径流样品,用高效液相色谱法（HPLC）测定了其中15种多环芳烃的浓度水平,比较了这些介质中PAHs的分布特点。结果表明,降尘中15种PAHs的总平均质量分数为4323ng·g^-1;雨水、雪水和地表径流样品中15种PAHs的总平均质量浓度分别为558.4ng·L^-1、765.1ng·L^-1和576.3ng·L^-1。地表径流、雨水、雪水和干沉降尘土4种样品中,都以4环PAHs为主,其次为3环PAHs。降雪比降雨对PAHs的去除效果更好,地表径流中PAHs主要来自雨水。根据杭州市大气降尘通量和降雨量,估算了PAHs的干湿沉降通量。杭州市辖区大气中每年PAHs的干湿沉降通量分别为1419.1kg和2689.8kg,湿沉降是PAHs去除的主要方式,约为干沉降去除总量的2倍。     

黄海西部春、夏季湿沉降常量离子化学特征研究

大气湿沉降是大气气溶胶的湿清除过程,在物质向海洋输送过程中起着重要的作用．研究降水中的化学成分、离子浓度及其相互作用对于了解海、陆源对被研究地区气溶胶与湿沉降的影响有实际意义．     

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。     

模拟氮沉降对入侵植物薇甘菊叶绿素荧光参数的影响

大气氮沉降的增加会对某些生态系统造成严重影响。入侵植物薇甘菊的蔓延是近年来威胁我国林业安全的一大难题。氮沉降量的增加可能会对薇甘菊光合作用效率产生影响。为进一步了解两者之间的关系,以NH4NO3（分析纯）为氮源,对生长着薇甘菊（Mikania micrantha）的木荷（Schima superba）人工林试验地进行模拟氮沉降处理。试验设置3个氮沉降试验组,分别为对照组N0（N：0 g·m-2·a-1）,试验组N5（N：5 g·m-2·a-1）和N10（N：10 g·m-2·a-1）,根据当地降水情况计算并定量人工喷施。于2013年6、8和11月分别测定试验地内薇甘菊的各项叶绿素荧光参数指标。结果显示,（1）各月份间,除非光化学猝灭（qN）6月份数值低于11月份外,各指标基本表现为8月份最高,6月份次之,11月份值最低的规律。在低温,相对干旱的11月,薇甘菊生长末期,氮素的增加对薇甘菊光合效率提高的帮助尤为明显。（2）各试验组间,N0组各指标值均低于N5组与N10组,氮沉降量的增加能够促进薇甘菊光合作用效率的提高,会对薇甘菊的生长具有促进作用。（3）试验组N5组与N10组之间无一致规律性,推测过高的氮素可能会抑制薇甘菊的生长。此推论有待于进一步实验证明。（4）在试验地自然条件下,大气氮沉降量的升高会促进薇甘菊光合作用效率的提高。该文可为大气氮沉降增加的生态影响的研究和薇甘菊入侵生态学研究提供一定的理论依据。     

模拟氮沉降对入侵植物薇甘菊光合特性的影响

该文将探讨氮沉降对外来植物薇甘菊（Mikania micrantha）光合特性的影响。在广州东北郊薇甘菊生长的木荷（Schima superba）人工幼林地进行模拟氮沉降处理,以NH4NO3作为氮源,设置3个氮沉降水平,分别为N0（N：0 g·m-2·a-1）、N5（N：5 g·m-2·a-1）以及N10（N：10 g·m-2·a-1）。在模拟氮沉降的26个月后,采用LI-6400便携式光合仪对不同氮沉降处理下薇甘菊（Mikania micrantha）光合特性进行了测定,分析了不同氮沉降处理之间薇甘菊光合生理指标的差异。结果表明：在试验时间内,不同氮沉降处理之间的薇甘菊净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和水分利用效率（WUE）日均值的差异不显著（p〉0.05）,但这些光合生理指标的大小均表现为N10？N5？N0,氮沉降一定程度提高了薇甘菊的光合作用,可能加速薇甘菊的生物入侵。光合有效辐射（PAR）是影响薇甘菊净光合速率（Pn）的主导因子,其次为叶片温度（Tl）和大气温度（Ta）,它们均与Pn呈极显著正相关（p〈0.01）,而与空气相对湿度（RH）呈不显著的负相关（p？0.05）。氮处理对薇甘菊最大净光合速率（P′max）、表观量子效率（a）、暗呼吸速率（Rd）、光饱和点（LSP）和光补偿点（LCP）的影响不明显（p？0.05）。P′max、a、LSP和LCP分别介于21.21~22.07、0.058~0.059、1546.0~1653.3和8.0~9.3μmol·m-2·s-1之间,在氮沉降下薇甘菊表现出高光合潜力及强阳性植物的特征。该文可为研究氮沉降下薇甘菊入侵林地的机制提供有价值的参考。     

模拟氮沉降对兴安落叶松林凋落物分解的影响

试验施加NH4NO3、KNO3和NH4Cl3种氮肥,设置对照（N0,0 kg·hm-2·a-1）、低氮（N1,10 kg·hm-2·a-1）、中氮（N2,20kg·hm-2·a-1）、高氮（N3,40 kg·hm-2·a-1）4个施氮水平,通过交互试验,研究模拟N沉降对大兴安岭兴安落叶松（Larix gmelinii）林凋落物分解的影响。结果表明,在兴安落叶松林凋落物分解过程中,叶分解最快,其次是枝,分解最慢的为果,在分解16个月后,枝、叶、果的质量残留率分别为76.68%、47.98%和80.43%,3者异极其显著（p〈0.01）。凋落物叶分解95%所需时间为6.71 a,而枝和果所需时间分别为18.07和18.10 a。在模拟大气氮沉降下凋落物分解过程中,施加KNO3,N2处理下的枝、叶、果的质量残留率极显著低于N3处理（p〈0.01）,显著低于N0和N1处理。施加NH4Cl下,N1处理显著低于N0处理（p〈0.05）。在施加NH4NO3下,N1水平处理下的枝、叶、果的分解速率显著增加（p〈0.05）,但是随着施氮量的增加,分解速率就会减慢,N3处理下,有着明显的抑制作用（p〈0.05）,说明氮沉降对于凋落物分解有着促进作用,但是随着时间和氮沉降量的增加,促进作用延缓甚至是抑制作用。     

模拟氮沉降对木荷人工幼林地土壤氮素、碳素和微生物量垂直分布的影响

以NH4NO3作为氮源,对广州东北郊木荷（Schima superba）人工幼林地进行模拟氮沉降处理,共设置3个氮沉降水平,分别为N0（N：0 g·m-2·a-1）、N5（N：5 g·m-2·a-1）以及N10（N：10 g·m-2·a-1）,每月进行喷施。在连续施氮22个月（当月当次施氮5天后）对土壤氮素（硝氮、氨氮、总氮）、碳素（总碳）以及微生物量（脂磷）在0~60 cm土层中的垂直分布进行研究。结果显示：在3个氮沉降水平下,随着土层加深,pH呈现出下降的趋势,氮沉降存在加剧土壤酸化的风险;在N0、N5、N10水平下,土壤全氮和总碳的垂直分布趋势大体一致,随着土层加深,其含量下降,但在深层土壤（40~60 cm）中,施氮与对照比较,总碳呈现一定的增加趋势;除40~50 cm土层,N5、N10水平下的硝态氮含量在各个深度土壤中都表现为比对照组要高,氮沉降导致土壤一定程度上硝态氮的积累;在浅层土壤（0~20 cm）中,铵态氮水平较低并且其含量明显低于对照组,而在较深的土层中铵态氮有较多的积累,说明存在污染地下水的风险;N5和N10水平下,无机氮比例（无机氮含量与总氮含量之比）在各个深度土壤中总体高于N0水平;用脂磷含量表征土壤微生物含量,结果表明外加氮源对微生物含量有显著性影响,在N5、N10水平下,微生物含量在30~40 cm土层中出现峰值。     

接种蚯蚓对红壤氮素矿化特征的影响

在室内恒温培养、间歇破坏性采样的条件下,研究了蚯蚓活动对红壤氮素矿化以及土壤氮素肥力的影响。试验共设置以下四个处理:(1)不接种蚯蚓不施用秸秆的对照处理(S);(2)单接种蚯蚓处理(E);(3)单施秸秆处理(O);(4)蚯蚓 秸秆处理(OE)。分别于培养后的第6,12,18,24,30d进行5次破坏性采样。试验结果显示:在整个培养时期中,无论是否施用秸秆,接种蚯蚓处理(E,OE)的土壤铵态氮含量均较同期相应对照处理(S,O)有显著性提高(p<0.05),到培养结束时,铵态氮含量分别是相应对照处理(S,O)的9.27倍和6.76倍。通过计算不同培养期土壤氮素的矿化速率和累积矿化速率发现,无论有无施用秸秆,接种蚯蚓后(E,OE),土壤氮素矿化速率和累积矿化速率均显著高于(p<0.01)同期相应的无蚯蚓对照处理(S,O),并且在单接种蚯蚓(E)的条件下最高。在整个培养时期中,单接种蚯蚓处理(E)的土壤全氮含量较同期对照处理(S)显著提高了6.7%~32.7%,蚯蚓 秸秆处理(OE)的全氮含量除了在培养第6d外,其它培养时期均较同期单施秸秆处理(O)显著提高(p<0.05)了7.4%~25.4%。