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。     

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...     

浅析大气氮沉降的基本特征与监测方法

在工业持续发展的情况下,含氮化合物不断被排放到大气中,造成大气氮沉降量上升。大气氮沉降是自然环境中氮的主要来源,这些氮以干、湿沉降两种方式沉降到地表,进入土地和水体中,对氮素的循环产生影响,引发环境风险。因此,要对氮沉降进行分析,使用科学的手段进行监测。     

维管束植物樟树和马尾松叶组织氮、硫含量指示贵阳地区大气氮、硫沉降的空间变化

同时测定了从贵阳市区到农村3个方向采集的樟树叶、马尾松叶、根际土以及苔藓共计296个样品的氮、硫含量,结合苔藓氮、硫含量估算了相应区域大气氮沉降量和SO_2浓度.结果表明樟树叶氮含量(1.01%~2.37%)和马尾松叶氮含量(0.99%~2.42%)在市区最高,往外明显降低,而在较远农村区域(24 km)又出现回升,反映了农村地区大气输入的氮有所增加;叶硫含量变化范围分别为0.16%~0.43%和0.18%~0.32%,均呈现在市区最高,向外逐渐降低的趋势,在距市区最远处(30~36 km)达到最低值,表明市区的生产生活向大气输入了较高的硫.各区域土壤氮、硫含量均无显著差异,将樟树、松树叶氮、硫含量分别与大气氮沉降量和SO_2浓度(由苔藓氮、硫值计算)进行线性回归分析,发现樟树、松树叶氮含量与大气氮沉降量以及樟树、松树叶硫含量与大气SO_2浓度均呈显著正相关(P0.05).研究表明维管束植物樟树与马尾松叶组织氮、硫含量的变化特征能同时很好地指示贵阳区域大气氮、硫沉降的空间变化.     

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.     

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.      

陆地生态系统氮饱和监测指标及氮沉降控制研究进展

土壤和大气中存在较多的氮,但大多以稳定态的有机氮和氮气形式存在,被植物生长利用的可获得性氮素较少。工业革命以来,人口数量剧烈增长及生活方式的改变带来的化石燃料燃烧、化肥施用和畜禽养殖等活动向大气中排放了大量活性氮,提高了植物可获得性氮水平,并影响到陆地生态系统氮循环和碳循环。长期的氮沉降在全球多个地区引起了氮饱和问题,使得全球工业发达地区及其周边陆地生态系统面临退化风险,我国所在的东亚地区逐步成为继欧洲和北美之后的第三大氮沉降区。严峻的事实及不断加重的氮沉降污染趋势,迫使我们亟需借鉴发达国家的经验以开展相关研究。文章综述了从20世纪80年代起在氮饱和研究中采用的多种氮饱和监测指标,涵盖了陆地生态系统土壤、植被、水体、气体等多个部分的最新进展。文章还总结了我国氮饱和研究的现状,并提出了一些改进措施,以期对我国开展氮沉降观测、氮沉降模拟实验及氮沉降控制有所借鉴。     

密云水库周边小流域大气氮磷沉降特征研究

大气沉降是氮磷元素进入水体的重要途径之一,为了解密云水库水源地周边大气氮磷沉降特征,选取土门西沟小流域为研究区域,设置降水、降尘自动采样器进行为期一年(2019年9月—2020年8月)的大气沉降收集,分析大气干、湿沉降中不同形态氮磷通量逐月和季节变化及其影响因素,估算大气氮磷沉降对小流域及密云库区氮磷输入的贡献. 结果表明:①土门西沟小流域大气氮、磷年沉降通量分别为38.393和1.952 kg/(hm2·a),氮磷干湿沉降通量季节性变化显著. ②湿沉降受气象(降雨量、温度、降雨时间间隔)等因素影响,氮磷沉降通量表现为夏季>春季>秋季>冬季,温度升高、降雨时间间隔变长均会使氮磷湿沉降浓度增大,而降雨量大小与大气湿沉降通量直接相关. ③干沉降受物质来源及气象等因素影响,氮磷沉降通量呈夏冬季高、春秋季低的特点,其中风向、风速是影响大气氮磷干沉降的重要因子. ④经计算,土门西沟小流域大气氮、磷沉降贡献分别为1 339.90和1.50 kg/a,分别占其氮、磷输出贡献的28.57%和0.39%,若不考虑空间差异性,预计大气沉降直接落入密云水库总氮(TN)和总磷(TP)的沉降量分别为551.18和28.02 t. 研究显示,大气沉降是密云库区周边面源污染综合管理的重要一环,未来应引起足够关注.      

杭嘉湖地区大气氮、磷沉降特征研究

通过2013年9月~2014年8月杭嘉湖地区杭州、嘉兴和湖州3个典型站点大气氮、磷沉降数据,探讨了杭嘉湖地区大气氮、磷沉降的污染特征.结果表明,目标地区内大气氮、磷沉降通量水平较高,分别为4950.74~5585.80,65.25~69.72kg/(km2·a);直接降入水域中的氮、磷素分别为6038.4,77.8t,分别相当于农业源的氮、磷入河量的39.6%和5.9%.氮沉降以湿沉降形式为主,磷沉降以干沉降形式为主;氮、磷湿沉降通量主要受降雨量影响,且随降雨量的增加而增加;氮、磷沉降存在时空差异性,大气氮干沉降通量以杭州、嘉兴地区为较高,大气磷干沉降通量以嘉兴地区为最高,大气氮湿沉降通量则以湖州、嘉兴地区为较高,大气磷湿沉降以湖州地区最高;时间尺度上,氮沉降夏秋两季最高,磷沉降以秋冬两季最高.     

滇池北岸典型农区韭菜田大气氮湿沉降与氮挥发研究

选择滇池北岸大清河下游典型农区韭菜田为对象,对雨水进行化学分析,研究了2007年大气氮湿沉降通量及其动态变化,并通过田间试验观测了地表(韭菜地土壤、韭菜废弃物原位腐解、沟渠污水)的氨氮挥发.结果表明,全年大气湿沉降氮(以N计)7.1kg/hm2,其中雨季(4～9月份)占89%.韭菜一次基施尿素(以N计)276kg/hm2,35d累计氨挥发占施氮量的32%,其中前9d氨挥发占总氨挥发96%.韭菜残体腐解21d累计氮挥发占植株氮23%.含氮7～51mg/L的污水(其中氨氮2.7～25.8mg/L)露天放置12d,水体总氮的27%～38%挥发进入大气.可见,韭菜田氮挥发是该地大气氮重要来源之一.     

厦门郊区大气主要含氮化合物组成特征研究

沿海城市由于人口和工业密集,大量活性氮排放到大气环境中,在影响大气环境质量的同时,大量氮沉降的输入,对近岸海洋生态系统的健康也产生负面影响。文章选择厦门郊区,对大气无机氮组成及季节变化特征进行了分析,并对大气氮沉降通量进行了估算。结果表明,大气环境中以NH_3-N((6.1±1.3)μg/m~3,以N为计,下同)为最高,其次为HNO_3-N((4.2±2.5)μg/m~3),p-NH_4~+-N((2.4±0.7)μg/m~3)和p-NO_3~--N((1.8±1.0)μg/m~3);估算2017-2018年无机氮沉降通量为36.34 kg/hm~2,以气态NH_3贡献最大,而湿沉降NH_4~+最小,其中干沉降对总沉降通量的贡献约86%。以监测点大气沉降为厦门湾平均沉降值,估算得到厦门湾大气无机氮年输入量为4 681 t,约占全部氮负荷(地表径流和大气氮沉降)的10%。因此,沿海地区大气沉降对海洋生态系统健康的影响应引起关注。     

大连湾海域大气无机氮沉降通量研究

为了解大连湾无机氮沉降入海通量情况,2014年和2016年在大连湾区域开展了大气干湿沉降的采样和分析,并通过模型估算大连湾海域的无机氮沉降通量。结果表明,大连湾海域干沉降中无机氮入海通量约为46.4 t/a,采样期间,大气气溶胶中无机氮的最高浓度为15.5 μg/m3,最低浓度为0.589 μg/m3。季节变化上看,春季无机氮沉降均值为6.60 μg/m3,为全年最大,夏季无机氮沉降浓度为5.59 μg/m3,为全年无机氮沉降最小。大连湾海域湿沉降无机氮通量约为134.64 t/a,其中,9月无机氮湿沉降通量最高,为35.86 t,11月最低,为0.53 t。通过大气干湿沉降输入到大连湾的无机氮占大连湾海域无机氮输入总量的1.9%,且湿沉降通量占比更高,大约为干沉降通量的3倍。     

基于苔藓氮含量及d15N分析探讨农村大气氮沉降状况

2009~2010年在江西抚州市崇仁县10个乡镇采集了85个细叶小羽藓样品,通过对苔藓氮含量及氮同位素(d15N)的测定,估算了该地区大气氮沉降水平,并探讨了大气氮输入的主要来源.结果表明,研究区苔藓平均氮含量变化范围为2.24%~3.43%,其中农业覆盖率较大郭圩乡和礼陂镇苔藓氮含量均超过3%(平均值分别为3.07%、3.43%).研究区大气氮沉降的变化范围为29.62~54.39kg/(hm2·a),反映了大气氮沉降成为农村生态系统氮输入的重要补充.苔藓平均d15N值为-3.11‰~0.078‰,指示研究区主要受农业氨源的影响.崇仁县城区苔藓d15N为-1.7‰,低于其它农业乡镇(d15N为0‰±1‰),表明该地区还受到城市污水和人畜排泄物所释放的氨影响;孙坊镇苔藓d15N 变化范围为-5.89‰~0.61‰,提示大气氮沉降除受到农业排放的氨作用以外,还存在露天垃圾填埋场挥发氨的贡献.     

甘肃平凉市大气湿沉降中氮、硫污染物循环特征分析

大气环境中氮,硫污染物的循环,正在自然系统改变。人为活动已明显冲击了氮、硫元素的循环过程,它们可能对生物多样性,局地气侯变暖,土壤,水体,人体健康等逐渐带来严重影响。氮、硫污染物亦是大气酸沉降的主要来源。通过对甘肃平凉市大气湿沉降中氮、硫污染物特征分析,掌握氮、硫污染物动态变化,分析它们在大气湿沉降中的化学变化及污染循环特征,为做好节能减排工作提供理论依据。使氮、硫元素的循环趋于平衡,防止酸沉降在我市发生,进一步提高我市环境空气质量。     

大气的干湿沉降及其对海洋生态系统的影响

对国内外学者近些年来在大气干、湿沉降方面的工作较为的综述；包括干湿沉降的采样方法。研究方法、主要结论。重点讨论了大气沉降对海洋生态系统的影响，特别与河流输送量的对比，指出：大气干湿沉降对某些海工的初级生产较之河流而言膛可忽视的作用，氮的输送马湿沉降为主，而磷的输送尚待进一步研究。最后提出了大气干湿沉降今后可可能的若干研究文献。     

基于“质心”迁移的典型城市群氮排放-干沉降输送过程研究

含氮化合物的排放、输送和沉降是生物地球化学氮循环的关键过程，对生态系统和气候变化具有重要影响.其中输送过程的定量化表征一直是困扰沉降来源识别的突出难点之一.为此，本研究采用WRF-EMEP模型模拟2015年我国大气氮干沉降时空分布特征，通过标准差椭圆（SDE）"质心"迁移法定量分析京津冀地区（BTH）、长江三角洲（YRD）和珠江三角洲（PRD）3大典型城市群的氮排放-干沉降输送过程，评估不同区域大气氮干沉降输送过程的季节差异和影响因素.研究结果表明，我国典型城市群氮干沉降通量呈现出散布于城市群周边50~200 km地区的空间分布格局，其中氧化态氮（NO_y）和还原态氮（NH_x）沉降的年平均通量水平分别为8.5 （6.0~22.0） kg ·hm^-2·a^-1和10.2 （6.0~31.0） kg ·hm^-2·a^-1.氧化态氮和还原态氮的输送方向均受大气环流运动主导：在同一城市群，各季节氧化态氮和还原态氮的输送方向保持一致；在不同城市群，二者的输送方向具有季节性差异：京津冀地区氮沉降春秋冬三季多向东及东南方向迁移，夏季向南迁移；受西太平洋副热带反气旋环流影响，长三角地区春夏季氮沉降向西迁移；珠三角地区氮沉降在春夏季往偏北方向迁移，秋冬两季向西南方向迁移.氧化态氮和还原态氮的输送距离受其化学性质主导：在相同气象条件下，氧化态氮传输距离约为还原态氮传输距离的1~2倍，使得氧化氮多沉降在城市群的域外，而还原态氮主要沉降在排放源周边区域.其中，不同城市群氮沉降的输送距离有一定差异，除夏季外，京津冀地区（127~541 km）和长三角地区（108~374 km）的输送距离高于珠三角地区（57~285 km），其中京津冀地区和珠三角地区沉降主要在域外，即两地的氮排放更易输送到周边地区.因此，在开展氮沉降生态效应相关研究时，应关注周边地区对本地氧化态氮输送的影响.     

外源碳氮添加对草地碳循环关键过程的影响

人类活动引起的大量的活性氮从大气沉降到生物圈.当前氮沉降对草地生态系统碳循环过程的影响机制仍然存在较大的不确定性.本文综述草地生态系统碳循环过程（植物光合作用、地上生物量、地下生物量、土壤呼吸、凋落物分解和土壤有机碳含量）对添加不同的氮源水平和不同施氮年限的响应,并分析这些过程变化的可能原因,同时,也阐述草地碳循环关键过程对外源碳输入的响应,并进一步分析了外源碳和氮输入对草地碳循环关键过程影响的微生物学作用机制.通过上述总结旨在强调说明碳源可利用性变化作为氮沉降背景下草地生态系统碳循环关键过程重要调控因素之一,开展相关研究对科学的管理我国草地资源配置和增加土壤碳汇方面理论的重要意义.     

滇池大气沉降氮磷形态特征及其入湖负荷贡献

为研究季节变化和降雨量对滇池各种氮磷形态浓度的影响,采用紫外分光光度法测定大气沉降的各种氮磷形态浓度,探讨滇池湖面氮磷对水污染的贡献。结果表明,滇池大气沉降氮浓度普遍符合雨季低,旱季高的特点;大气沉降氮磷负荷与降雨量正相关,季节性变化主要呈雨季高,旱季低。大气沉降氮负荷以DIN为主,占总氮沉降负荷的63.70%;磷负荷以PP为主,占总磷沉降负荷的45.54%,过度施肥和肥料中氮磷的流失是大气湿沉降中主要的氮磷来源。结合入湖河流数据,滇池大气沉降中TN和TP的沉降量分别为河流入湖负荷的6.14%和12.76%,因而滇池主要污染来源仍然是入湖河流带来的负荷。但滇池大气沉降氮磷通量与其他地区相比处于中等偏上地位,所以该贡献仍需重视。     

北京城区大气氮湿沉降特征研究

采用离子交换树脂法研究2012年6~10月北京五环内城区大气中不同形态氮在不同月份环路(五环、四环、三环和二环)以及功能区(文教区、环路、生活区、火车站和公园)的湿沉降差异,探索城市区域内不同形态氮在时间、空间和功能区上沉降的特征.结果表明氨氮、硝态氮和亚硝态氮的沉降均体现出明显的时间特征.其中,在研究时段内,氨氮和硝态氮沉降均呈现出先升高后降低的趋势,7月达到最大值;亚硝态氮沉降呈现出先降低后上升的趋势,9月达到最大值.大气氨氮和硝态氮沉降量受到降雨量的影响显著(P<0.05).在空间沉降特性方面,氨氮、硝态氮和亚硝态氮在不同环路上沉降没有显著的差别,环路和火车站等功能区氮沉降高于其它功能区.