华北平原大气氮素沉降的时空变异

利用量雨器和湿沉降自动收集仪在华北平原9个监测点通过2a的试验,研究了农田生态系统中大气氮素沉降的时空变异。结果表明:华北平原大气氮素混合沉降的平均值为28.0 kg/(hm2.a),降水中铵态氮和硝态氮量平均分别为3.76 mg/L和1.85 mg/L。不同地区比较,北京大气氮素沉降为32.5 kg/(hm2.a),明显高于山东和河北两省的23.6 kg/(hm2.a)。北京各监测点的大气氮素沉降也存在明显空间变异,东北旺、房山的氮素沉降水平较高,延庆、顺义的氮素沉降水平较低。大气氮素沉降的年内分布不均,60%的沉降集中在降水较丰沛的6~9月份。氮素的输入与降雨量呈乘幂型正相关(r2=0.67),在农田生态系统中以铵态氮的沉降为主,铵态氮的沉降量是硝态氮的2.0倍;城市生态系统中以硝态氮的沉降为主,铵态氮的沉降量是硝态氮的0.79倍。在东北旺试验点近两年的监测结果表明,在等量降雨量条件下湿沉降输入的氮素(18~20.6 kg/hm2)明显低于混合沉降(26.3 kg/hm2),湿沉降的氮素输入仅占后者的73%,而混合沉降中的超量部分主要来自铵态氮,表明干沉降尤其是降尘带入的铵态氮也是华北平原大气氮素沉降的重要来源。     

胶州湾生源要素的大气沉降及其生态效应研究进展

作为受人类活动影响显著的典型半封闭海湾,胶州湾生源要素的大气沉降研究在揭示人为污染物质排放对海湾生态系统影响方面具有典型性.从大气干/湿沉降生源要素的研究方法、通量及其影响因素、入海生态效应3个方面入手,系统总结了胶州湾生源要素大气干、湿沉降及其生态效应的研究进展:1)与国内外有关海湾、河口和边缘海相比,胶州湾大气干、湿沉降氮的浓度和通量都较高,溶解无机氮(DIN)是其主要组分,溶解有机氮(DON)占总溶解态氮(TDN)含量的22%～31%,而P和Si的浓度和沉降通量都很低.2) (NO₃^--N+NO₂^--N)的大气沉降量比陆源输入量略高,而NH₄⁺-N、PO₄^3--P以及SiO₃^2--Si的大气沉降量所占比例很低.3)大气总悬浮颗粒物(TSP)浓度、排放源强度、降水量以及气象条件是影响胶州湾大气沉降生源要素的主要因素.4)大气沉降的生源要素可促进胶州湾初级生产力的提高和改变表层海水的营养盐结构,进而导致浮游植物群落结构的改变和优势种由硅藻向甲藻的演替,从而对胶州湾生态系统产生重要影响.对今后的研究提出建议:1)建设胶州湾大气干/湿沉降监测网;2)精确量化不同形态和粒径生源要素颗粒的干沉降速率;3)量化大气沉降生源要素入海的生态效应,并深入剖析其生物地球化学机制;4)甄别大气沉降生源要素通过间接方式入海的机制、通量及影响因素.深入研究胶州湾生源要素的大气沉降,对阐明人类活动对海湾生态系统的影响有积极意义,也有助于加深对陆架边缘海生源要素生物地球化学循环过程的理解.     

大气有机氮沉降研究进展

大气氮素沉降是全球氮素生物地球化学循环的一个重要部分,包括干?湿沉降两种,以无机态和有机态形式发生沉降。长期以来由于受研究方法的限制,国际上对大气氮素沉降的研究多集中在无机态氮的沉降上,忽视了对有机态氮形式发生的沉降,因而造成了人们对大气氮素沉降总量的低估。在全面总结国内外文献的基础上,综述了大气有机态氮沉降的研究进展,具体包括大气有机氮的来源、种类?雨水有机氮的测定方法?有机氮沉降对大气氮沉降总量(氮沉降总量=无机氮沉降 有机氮沉降)的贡献,以及有机氮沉降可能的生态效应等。最后,指出了今后我国大气有机氮沉降研究需要加强的主要方面。     

山西北部农村区域大气活性氮沉降特征

利用DELTA系统、被动采样器和雨量器在山西省北部生态脆弱区朔州的一个监测点通过一整年的监测试验,研究了该地区农村区域大气氮素干湿沉降的月际变化。结果表明:2011年该地区大气氮素湿沉降为12.43kgN hm~(-2)a~(-1),远低于华北平原大气氮素混合沉降的平均值28.0kg N hm~(-2)a~(-1),降水中铵态氮、硝态氮和有机氮平均分别为1.24 mg N/L、1.27 mg N/L、1.26mg N/L。大气氮素湿沉降的年内分布不均,60%的沉降集中在降水较丰沛的4-10月份。试验区干沉降以氧化态氮(HNO_3NO_2和pNO_3~-)的沉降为主,氧化态氮的干沉降量是还原态氮(NH_3和pNH_4~+)的1.37倍,大气氮素干沉降总量为35.43 kg N hm~(-2)a~(-1)。总体来看,作为典型的干旱区,该地区氮的干沉降是湿沉降的3倍,氮素干湿沉降总量达到47.86kg N hm~(-2)a~(-1)。此外,硝态氮和铵态氮在雨水中呈线性相关,而在PM_(10)颗粒物中乘幂正相关;雨水中总碳和总氮呈线性正相关,而PM_(10)颗粒物中二者呈二次多项式关系。鉴于朔州地区古城镇较高的氮沉降数量,应该对该地区输入农田的氮素环境养分引起足够重视。     

大气氮沉降通量观测方法

工农业的发展引起含氮化合物排放量日益增多,导致大气向地面输入的沉降量相应增加。大气氮沉降是自然生态系统重要的氮素来源,沉降量的增加必然会对生态系统的生物地球化学循环产生干扰。针对大气氮沉降组成复杂、时空变异性大、观测的技术方法不统一、研究结果之间可比较性差等关键科学问题,本文从大气氮沉降来源和组成出发,综述了过去几十年来国内外大气氮素干湿沉降在观测方法和测试手段方面的重要进展,详细描述了传统雨量计收集法、降水降尘仪法、阴阳离子交换树脂法、降尘缸收集法和沉降速率法等干、湿沉降观测方法的原理,对比不同方法存在的优点与不足;简要对比了国内外大气干、湿沉降通量状况,提供了大气氮沉降区域分布格局方面的量化信息;初步阐明了大气氮沉降观测研究的理论基础和观测原理,为对比分析不同观测方法获得的观测结果提供定性参考,并为不同生态系统氮沉降研究选择合理的观测方法提供理论依据。     

我国雷州半岛典型农田大气氮沉降

近一个半世纪以来,粮食和能源需求导致活性氮创造的急剧增加,从而导致各种活性氮的排放及其沉降的增加。氮沉降引起土壤酸化,水体富营养化,及敏感生态系统植物多样性的丧失等不良生态效应。因此定量不同生态系统氮沉降量对于确定该地区生态系统安全及氮循环有重要意义。南方地区氮沉降已有较多研究,主要集中于湿沉降的研究,选取雷州半岛地区典型农田综合研究了大气氮素的干湿沉降。结果表明:大气活性氮浓度NH3、HNO3、NO2、pNH+4和pNO-3浓度分别为5.62、0.88、3.16、3.30、2.02μg N/m3。采用欧洲氮沉降监测网的氮干沉降速率估算了大气氮干沉降量为17.6 kg N hm-2a-1。大气降雨NO-3-N浓度为(0.86±0.36)mg N/L,NH+4-N浓度为(1.11±0.68)mg N/L,大气降雨无机氮含量冬季最高,夏季最低。大气无机氮年湿沉降总量为25.3 kg N/hm2。湿沉降NH+4-N和NO-3-N,干沉降NH3、HNO3、NO2、pNH+4、pNO-3分别占沉降量的30.8%、28.0%、23.7%、5.4%、2.8%、3.9%、5.4%。湿沉降NH+4和干沉降NH3在氮沉降中占主导地位显示氮肥施用导致的NH3挥发对大气活性氮浓度及氮沉降的显著贡献。鉴于研究可观的氮沉降量(总沉降量42.9 kg N hm-2a-1),其向农田的养分的输入不容忽视;氮沉降对该地区水体,自然生态系统的环境影响需要受到重视。     

天山中部巴音布鲁克高寒草原大气无机氮沉降

随着我国经济的不断发展,人为活动导致的大气氮沉降显著升高,并已影响到偏远地区的生态系统.为了系统评价天山中部巴音布鲁克高寒草原的大气氮沉降现状,2010年5月至2011年12月对研究区域的氮素干、湿沉降进行观测分析.结果表明:研究区气态HNO3、NH3和NO2的年沉降通量分别为1.47、0.68和0.13 kg N·hm-2,颗粒物中铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)的年通量分别为0.23、0.25 kg N·hm-2;降水中NH4+-N和NO3--N的年沉降通量分别为2.47和1.59 kg N·hm-2.巴音布鲁克高寒草原的大气氮沉降通量为6.82kg N·hm-2.其中,湿沉降为4.06 kg N·hm-2·a-1,干沉降为2.76 kg N·hm-2·a-1.研究区氮沉降具有明显的季节变化特征:干沉降主要集中在春、夏季,占干沉降总量的72.1%;湿沉降主要集中在夏、秋季,占湿沉降总量的78.3%.     

大气NO2影响植物生长与代谢的研究进展

二氧化氮(NO₂)是大气氮氧化物之一,是大气气溶胶颗粒形成的主要成分,降低大气NO₂浓度可减轻空气中的雾霾.大气NO₂通过干沉降和湿沉降两种方式降落到植物叶片.植物吸收NO₂后主要通过两种代谢途径来降低空气中NO₂浓度: 一是主要在细胞质和叶绿体中利用还原酶的氮代谢途径,二是在质外体和细胞质中的歧化反应.植物吸收NO₂干扰了植物正常的生长和生理代谢,包括: 植物营养和生殖生长,植物体内硝酸还原酶(NaR)活性、亚硝酸还原酶(NiR)活性、氮素吸收、光合等生理代谢过程.对目前国内外有关大气NO₂影响植物生长与代谢的研究进展进行了综述,并对植物吸收NO₂的生理及分子机制的未来研究方向进行了展望.     

大气NO2影响植物生长与代谢的研究进展

二氧化氮(NO₂)是大气氮氧化物之一,是大气气溶胶颗粒形成的主要成分,降低大气NO₂浓度可减轻空气中的雾霾.大气NO₂通过干沉降和湿沉降两种方式降落到植物叶片.植物吸收NO₂后主要通过两种代谢途径来降低空气中NO₂浓度: 一是主要在细胞质和叶绿体中利用还原酶的氮代谢途径,二是在质外体和细胞质中的歧化反应.植物吸收NO₂干扰了植物正常的生长和生理代谢,包括: 植物营养和生殖生长,植物体内硝酸还原酶(NaR)活性、亚硝酸还原酶(NiR)活性、氮素吸收、光合等生理代谢过程.对目前国内外有关大气NO₂影响植物生长与代谢的研究进展进行了综述,并对植物吸收NO₂的生理及分子机制的未来研究方向进行了展望.     

中国东部地区无机氮湿沉降: 南-北不同类型监测点的比较

中国被认为是全球氮沉降热点地区之一,东部地区作为经济发达和人口密集区域,更是人为活性氮大气排放和沉降的高发区,但针对我国整个东部不同生态系统的氮沉降及其南北区域特征差异的报导较少.2011—2013年,选择在我国东部的12个监测点(南北各6个,均包括城市、农村和背景点3种类型)利用传统雨量器(型号SDM6A)进行连续3年的氮素湿沉降观测.结果表明: 监测点降水中铵态氮、硝态氮和总无机氮沉降浓度波动范围分别为0.62～2.76、0.54～2.50和1.25～4.92 mg N·L^-1,平均浓度分别为1.4、1.5和2.9 mg N·L^-1,北方监测点的雨水中各活性氮浓度均高于南方监测点.12个监测点降水中铵态氮、硝态氮和总无机氮的湿沉降量的波动范围分别为7.0～18.3、6.9～18.9和14.9～32.6 kg N·hm^-2·a^-1,平均值分别为11.5、12.2和23.7 kg N·hm^-2·a^-1.北方不同类型监测点间存在显著差异,表现为:城市监测点(26.3±6.4 kg N·hm^-2·a^-1)>农村监测点(21.8±3.5 kg N·hm^-2·a^-1)>背景点(15.5±1.3 kg N·hm^-2·a^-1);与之相反,南方各监测点氮素湿沉降无显著差异,城市、农村和背景点的湿沉降量分别为(26.8±2.7)、(25.5±2.9)和(20.5±2.4) kg N·hm^-2·a^-1.除城市监测点外,南方的农村和背景点的氮素湿沉降量均高于北方相应类型的监测点.表明我国东部的南北各区域(包括背景地区)均面临较高水平的大气氮沉降,其引发的生态环境风险问题应加以重视.     

The interactive effects of nitrogen addition and increased precipitation on gross ecosystem productivity in an alpine meadow

氮水添加对高寒草甸生态系统生产力的影响 降水变化和大气氮沉降增加对草原生态系统碳交换具有重要的影响,进而影响草地生产力、群落组成和生态系统功能。然而,氮水添加对高寒草甸生态系统碳交换的影响目前尚不清楚。因此,本研究在青藏高原高寒草甸布设氮水添加试验,设置4种不同处理：对照、 加氮、加水和同时添加氮水,对生态系统碳交换过程进行了连续4年的原位观测。研究结果发现,氮添加可以增加总生态系统生产力(GEP)、植物地上生物量、群落盖度和群落加权平均高度(CWMh),而水分添加没有显著影响。生态系统碳交换对氮水添加的响应在干湿年存在显著差异。水分添加仅在干旱年对净生态系统碳交换(NEE)具有显著影响,原因是GEP的增加量大于生态系统呼吸(ER)。相反,氮添加仅在湿润年显著提高了生态系统碳交换,其中GEP的增加归因于NEE的增加量大于ER。结构方程结果表明,氮添加主要通过增加优势种的盖度从而提高NEE。本研究强调了降水和优势物种在调节高寒草甸生态系统响应环境变化中的重要作用。     

大气氮沉降的基本特征与监测方法

大气氮沉降主要以干湿沉降两种形式将有机和无机形态的氮带入生态系统,是氮素生物地球化学循环的重要环节之一.近年来人类活动的加强,使得大量活性氮素进入大气,高排放量导致氮沉降通量急剧上升,引起一系列的环境风险,因此,对大气氮沉降的研究也越来越受到关注.本文总结了大气氮沉降的组分、过程、时空变异及生态效应,归纳了目前采用的干湿沉降的监测手段、临界负荷计算方法及污染物来源解析方法等,展望了氮沉降研究的发展趋势.     

亚热带典型流域C、N沉降季节变化特征及其耦合输出过程

大气湿沉降是流域生态系统水体中碳氮的重要来源,对生态系统的健康及稳定性有很大的影响。通过对江西千烟洲典型亚热带流域降雨过程的碳、氮湿沉降和径流过程的季节性动态特征进行监测分析,探讨流域沉降、径流输出的C、N耦合及平衡关系。结果表明:千烟洲香溪流域降雨径流中碳氮浓度明显低于雨水,流域大气降水中DOC浓度和TN浓度呈极显著正相关关系。香溪河流域常规水体C∶N均值为2.81,远低于根据Redfield比率得出的适宜浮游生物生长的C∶N(6.6左右),说明外源性N输入导致该流域水体环境处于N过量的状态,长期输出会提高下游鄱阳湖水系的营养化程度。降雨过程对流域碳输入输出平衡影响较小,对氮输入输出平衡的影响较大。流域湿沉降DOC年输入量为69.41 kg hm~(-2)a~(-1),TN湿沉降通量为77.23 kg hm~(-2)a~(-1),碳氮沉降水平受区域降雨量及空气污染情况控制。香溪流域生态系统截留的沉降TN占当地氮肥年均使用量的33.13%,大气降水对亚热带流域生态系统的大量营养物质输入不容忽视。     

A new approach to determine the total airborne N input into the soil/plant system using 15N isotope dilution (ITNI): results for agricultural areas in Central Germany

The atmospheric deposition of nitrogen (N) in the environment is of great concern due to its impact on natural ecosystems including affecting vegetation, reducing biodiversity, increasing tree growth in forests, and the eutrophication of aquatic systems. Taking into account the average annual N emission into the atmosphere in Germany of about 2 million t N (ammonia/ammonium, NOx), and assuming homogeneous distribution throughout Germany, an average N deposition of 45 kg/ha x year can be calculated. Such high atmospheric N deposition could be confirmed by N balances from long-term field experiments in Central Germany (e.g., the Static Fertilization Experiment in Bad Lauchstdt). By contrast, estimates by standard methods indicate a deposition of only about 30 kg N/ha x year. This is because the standard methods are using wet-only or bulk collectors, which fail to take into account gaseous deposition and the direct uptake of atmospheric N by aerial plant parts. Therefore, a new system was developed using 15N isotope dilution methodology to measure the actual total atmospheric N input into a soil/plant system (Integrated Total Nitrogen Input, ITNI). A soil/plant system is labeled with [15N]ammonium-[15N]nitrate and the total input of airborne N is calculated from the dilution of this tracer by N from the atmosphere. An average annual deposition of 64 +/- 11 kg/ha x year from 1994-2000 was measured with the ITNI system at the Bad Lauchstdt research farm in the dry belt of Central Germany. Measurements in 1999/2000 at three other sites in Central Germany produced deposition rates of about 60 kg/ha x year. These data clearly show that the total atmospheric N deposition into the soil/plant system determined by the newly developed ITNI system significantly exceeds that obtained from standard wet-only and bulk collectors. The higher atmospheric N depositions found closely match those postulated from the N balances of long-term agricultural field experiments.     

典型喀斯特流域旱雨季交替下溶解硅的输送特征

河流溶解硅（DSi）作为营养物质对维持陆地、河流及海洋生态系统稳定性起到至关重要的作用。选取贵州典型喀斯特流域为研究对象,通过对DSi湿沉降过程,基流过程及降雨径流过程的动态变化进行全年监测分析,探讨DSi在旱雨季交替下的输送特征及河流DSi浓度变化引起的环境效应。结果表明：①湿沉降过程降雨量越大,DSi浓度越小,河流DSi浓度变化有明显的旱、雨季特征,雨季DSi浓度较高,旱季较低,地表水径流量及DSi浓度对降雨径流过程的响应比地下水明显。②DSi沉降通量及输出通量呈明显的旱、雨季差异,雨季DSi湿沉降通量占全年的69.5%,地表水雨季DSi输出负荷占全年的98.1%,地下水占51.4%。③流域硅酸盐岩风化过程不强烈,主要受到碳酸盐岩及蒸发岩控制。流域DSi浓度受人为水库影响明显,经过水库后河流中DSi浓度旱季下降29.0%、雨季下降70.9%。研究为全面认识硅在陆地生态系统中的生物地球化学循环提供科学依据。     

黄土区降水降尘输入农田土壤中的氮素评估

随着人类活动引起大气活性氮的急剧增加,大气氮沉降亦明显增加,由此引发的各生态系统的响应也逐渐表现出来.研究黄土区氮沉降,对农业生态系统的氮素循环与平衡提供一定的数据支持,同时为农民科学合理施肥提供依据,为研究氮沉降的环境生态效应和生物有效性提供科学支撑.用APS-2A型降水降尘自动采样器对陕西杨凌和洛川地区2006～2007年的降水降尘输入氮总量、月动态变化及各形态N的贡献率进行了监测与分析.结果显示杨凌点2006年总降雨量为507.8 mm,总N沉降通量为20.6 kg/(hm2·a),其中N湿沉降通量为19.1 kg/(hm2·a),占93%;降尘输入的N通量为1.5 kg/(hm2·a),占7%.总N沉降通量中NO-3-N为7.3 kg/(hm2·a),占36%.洛川点2006年6月～2007年5月总降雨量为579.5 mm,总N沉降通量为12.7 kg/(hm2·a),其中N湿沉降通量为11.4 kg/(hm2·a),占90%;降尘输入N的通量为1.2 kg/(hm2·a),占10% .总N沉降通量中NO-3-N为8.7kg/(hm2·a),占69%.两个点N沉降通量和氮素形态的差异在很大程度上反映了活性N主要来自人为活动,即农业生产排放的活性N.