鄂西北丹江口库区大气氮沉降

利用雨量器在鄂西北丹江口库区连续3a采集降雨样品,研究了大气氮沉降的变化动态。结果表明:2009—2011年月均总氮(TN)浓度为3.70—10.36 mg/L,与当月降雨量呈极显著线性负相关(R=-0.592**,n=32),季均TN浓度为冬季(8.21 mg/L)春季(3.94 mg/L)秋季(3.23 mg/L)夏季(2.70 mg/L),年均TN浓度为3.70 mg/L。大气氮素年均干湿总沉降量为26.53 kg/hm2,其中干沉降为7.80 kg/hm2,占总沉降量的29.4%;湿沉降为18.73 kg/hm2,占总沉降量的70.6%。干沉降中铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)、可溶性有机氮(DON)和颗粒态氮(PN)分别占TN的22.1%、16.8%、37.2%和23.9%,湿沉降中它们分别为TN的36.6%、34.4%、12.9%和16.1%。     

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。     

重庆典型地区大气湿沉降氮的时空变化

验连续3a采集雨样研究了重庆市郊区和林区大气湿沉降氮的时空变化.结果表明,重庆市近郊区、远郊区和林区3个采样点雨水总氮浓度范围为(3.94±0.50)～(4.56±1.01)mg L-1,平均(4.27±0.73)mg L-1.NH+4-N、NO-3-N和DON占TN百分比例分别为44.9%、27.4%和27.5%.降雨中NH+4-N对氮沉降量的贡献率最大.在时间尺度上,不同季节降雨中氮浓度呈现明显的季节性差异,以冬季最高,依次是夏季、春季和秋季.在空间分布上,近郊区、远郊区和林区的TN平均浓度分别为4.56 mg L-1、4.32 mg L-1和3.94 mg L-1,从近郊区到林区有逐渐降低的趋势.降雨中的NH+4-N、NO-3-N、DON和TN浓度与降雨量无显著相关性.但是,降雨量与氮沉降量呈显著正相关.大气氮湿沉降时空差异与降雨量和氮排放直接相关.重庆市随降雨到达地面的氮沉降量较高,远远超过了水体负荷的临界值,可能对三峡库区的水资源产生不利影响.     

陕西省不同生态区大气氮素干湿沉降的时空变异

为研究陕西省不同生态区大气氮素干湿沉降的时空变化规律,于2009年11月至2010年10月对4个生态区5个监测点的干湿沉降输入量进行为期1a的观测。结果表明:监测期内,榆林、洛川、西安、杨凌和安康地区总N沉降量分别为4.7、11.9、25.8、31.9和19.2 kg/hm2,其中N湿沉降量分别为2.9、10.4、24.8、27.7和16.3 kg/hm2,占总沉降的62%—96%,N干沉降量分别为1.8、1.5、1.0、4.1和2.9 kg/hm2,占4%—38%,且湿沉降与降雨量之间呈正相关关系,干沉降与之相反;各地区NH+4-N沉降量分别为2.0、6.4、17.0、17.2和11.9 kg/hm2,占总沉降的44%—66%,NO-3-N沉降量分别为2.6、5.5、8.8、14.7和7.3 kg/hm2,占34%—56%,除榆林地区外,其他地区以NH+4-N沉降为主。     

西藏林芝大气有机氮沉降

2005～2007年,利用雨量器在西藏林芝地区定点采集雨样,研究了该地区降雨中有机氮浓度、沉降量的月、季动态变化.结果表明:西藏林芝地区雨水有机氮月均浓度和沉降量分别为0.21 mg/L和0.50 kg/hm2.不同月份比较,监测期内,2006年7、8月份有机氮浓度平均为1.26 mg/L,明显高于其它年份同时期水平.2007年各月有机氮浓度在0.15～0.53 mg/L之间,变化幅度较小.不同季节内,有机氮浓度差异不大,春\,夏季较高,浓度变化受降雨量影响较小.有机氮湿沉降量与降雨量呈线性正相关,3a的相关系数分别为0.46(p=0.019)、0.69(p=0.001)、0.77(p=0.001).各月沉降量差异较大,2006年6、7两个月有机氮输入量明显偏高,月均达到1.32 kg/hm2,2007年有机氮沉降主要集中在6、7、9月份3个月.四季有机氮沉降量与降雨量呈线性正相关,相关系数0.99(p=0.01).四季中,夏季沉降量最高,为0.93 kg/hm2,占全年的46%.在整个监测期内,有机氮占雨水总氮的比例平均为62%,是大气氮沉降的重要组分.     

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。     

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.     

杭州稻麦菜轮作地区大气氮湿沉降

通过雨水中NH+4-N/NO-3-N比率和铵态氮自然丰度值(δ15NH+4)的变化探讨大气氮湿沉降与农作施肥活动的关联性. 2003年6月至2005年7月,采用自行设计定制的雨水收集器在浙江杭州稻-麦-蔬菜轮作地区进行了为期2a的全天候连续雨水采样分析.结果显示,杭州稻-麦-蔬菜轮作地区雨水中NH+4-N/NO-3-N比率和δ15NH+4值呈现相似的季节性变化,雨水中NH+4-N/NO-3-N的峰值出现在6月底～9月上旬,而后逐渐下降,秋冬季(10～11月份)降到最低;来春麦菜集中施肥期(2～3月份),又呈现多个小高峰;5～6月份为单季稻和蔬菜基肥和追肥集中施用期,故而峰值也达4以上;入冬后仅在麦田施肥期出现一个小高峰而后明显下降,大都降到1以下;频繁施肥期雨水中的NH+4-N/NO-3-N比率值是农闲期的2～4倍,显示雨水NH+4-N/NO-3-N比率与农田施肥活动有密切关联与同步性,但与气温无直接关联(R2=0.0129).雨水中δ15NH+4值的变化,与雨水中NH+4-N/NO-3-N比率相似,呈现明显的季节性变化:稻麦生育后期与种前空闲期为正值,麦稻蔬菜集中施肥期转为负值.雨水中NH+4-N/NO-3-N比率与δ15NH+4值对大气湿沉降中氮的来源、形态及地面NH3排放源的强度有一定的表征意义.     

长白山森林生态系统大气氮素湿沉降通量和组成的季节变化特征

2009—2010年期间,利用雨量计收集法在长白山森林生态系统定位站开展定位观测,分析降水中氮素浓度,研究了该区域大气氮素湿沉降通量和组成的季节变化特征。结果表明,各形态氮素月均浓度之间差别较大,具有明显的季节性;其降水中浓度主要受降水量和降水频次的影响。全年氮素湿沉降中TN、TIN和TON的沉降量分别为27.64 kg N hm-2a-1、11.05 kg N hm-2a-1和16.59 kg N hm-2a-1,TON为沉降主体,占60.02%;其大气氮沉降量主要由降水量和降水中氮素浓度共同决定。该地区氮湿沉降量已处于我国中等水平,考虑到氮素的干湿沉降比例,本区域的年氮沉降量已接近或超过本区域的营养氮沉降临界负荷,存在一定的环境风险。该地区生长季(5—10月)的氮沉降量(16.59 kg N hm-2a-1)占全年氮沉降量的比例达到73.20%。生长季的氮沉降对于促进植物生长直接生态意义重大,而非生长季的氮沉降对于大量补充次年植物生长初期所需养分的间接生态意义明显。     

稻田氮肥的氨挥发损失与稻季大气氮的湿沉降

通过田间小区与大田试验,对稻季期间氮肥的氨挥发损失和大气氮湿沉降状况进行了收集和监测。结果表明,每次施肥后的1～3日内氨挥发损失达到最大值,氨挥发损失受当地气候条件(如光照、温度、湿度、风速、降雨量)、施肥时期以及田面水的NH4^+-N浓度等因素的影响,大气氮湿沉降与施肥量和降雨量有关,稻季内由湿沉降带入土壤或地表水中的氮为7．51kg·hm^-2。其中,NH4^+-N的比例为39．8％～73.2％,平均为55．5％;稻季中总氨挥发量与湿沉降的NH4^+-N平均浓度和总沉降量的相关系数分别达到0．988和0．996,呈显著相关性。     

冬麦田臭氧干沉降过程的观测

地表臭氧作为近地层最主要的大气污染物之一,其不断上升的浓度及其对粮食作物的影响受到越来越多的关注.本研究利用微气象学观测方法,探明自然条件下冬麦田的臭氧沉降过程,分析了影响臭氧沉降过程的环境因子.结果表明: 观测期内(小麦生长旺期)臭氧通量均值为-0.35 μg·m^-2·s^-1(负号表示沉降方向指向地面),臭氧沉降平均速率为0.55 cm·s^-1,空气动力学阻力均值为30 s·m^-1,粘性副层阻力均值为257 s·m^-1,冠层阻力均值为163 s·m^-1,且均存在明显的日变化趋势.臭氧沉降阻力大小受摩擦速度、太阳辐射强度、温度和相对湿度等因素的影响.     

陕北典型农区大气干湿氮沉降季节变化

为了研究大气通过干湿沉降输入到农田土壤的氮通量,2007年6月至2008年5月在陕西榆林和洛川两地进行了为期一年的观测试验.结果表明:榆林和洛川地区大气总无机氮沉降通量分别为22.17和16.95 kg·hm~(-2)·a~(-1),湿沉降分别占95.1%和90.4%,干沉降分别占4.9%和9.6%,两个地区氮沉降均以湿沉降为主.总无机氮沉降中,NO_3~--N分别为12.22和9.24 kg·hm~(-2)·a~(-1),分别占总无机氮沉降量的55.1%和54.5%.由于污染水平、气象条件、下垫面特性等的差异,总无机氮沉降中,湿沉降量和NO_3~--N沉降量均是榆林地区大于洛川地区.     

Sensitivity of continental United States atmospheric budgets of oxidized and reduced nitrogen to dry deposition parametrizations

Reactive nitrogen (N_r) is removed by surface fluxes (air–surface exchange) and wet deposition. The chemistry and physics of the atmosphere result in a complicated system in which competing chemical sources and sinks exist and impact that removal. Therefore, uncertainties are best examined with complete regional chemical transport models that simulate these feedbacks. We analysed several uncertainties in regional air quality model resistance analogue representations of air–surface exchange for unidirectional and bi-directional fluxes and their effect on the continental N_r budget. Model sensitivity tests of key parameters in dry deposition formulations showed that uncertainty estimates of continental total nitrogen deposition are surprisingly small, 5 per cent or less, owing to feedbacks in the chemistry and rebalancing among removal pathways. The largest uncertainties (5%) occur with the change from a unidirectional to a bi-directional NH₃ formulation followed by uncertainties in bi-directional compensation points (1–4%) and unidirectional aerodynamic resistance (2%). Uncertainties have a greater effect at the local scale. Between unidirectional and bi-directional formulations, single grid cell changes can be up to 50 per cent, whereas 84 per cent of the cells have changes less than 30 per cent. For uncertainties within either formulation, single grid cell change can be up to 20 per cent, but for 90 per cent of the cells changes are less than 10 per cent.     

The atmospheric deposition of phosphorus in Lake Victoria (East Africa)

Wet and dry atmospheric fluxes of total phosphorus (TP) and soluble reactive phosphorus (SRP) measured at four sites over a 12-month period were used to estimate lake-wide atmospheric phosphorus (P) deposition to Lake Victoria, East Africa. Atmospheric samples were collected in plastic buckets with top diameter of 25.5 cm by 30 cm deep. The highest P loading rates of 2.7 (TP) and 0.8 (SRP) kg ha^–2 year^–1 were measured at Mwanza compared to less than 1.9 (TP) and 0.65 (SRP) kg ha^–2 year^–1 measured in other three sites. By applying these loading rates to the lake surface, it was estimated that 13.5 ktons (13.5 × 10³ kg) of TP were deposited annually into the lake from the atmosphere. Thirty-two percent of the total was found to be in the SRP form. Dryfall, a component ignored in previous studies exceeded wet deposition by contributing 75% of the total P input. However, materials deposited by dryfall made a lesser contribution to soluble form of phosphorus, as SRP concentrations in the wet samples were 2–3 times higher than SRP concentrations in dry samples. The annual fluxes of phosphorus measured on the south and western shores of Lake Victoria (1.8–2.7 kg ha^–2 year^–1) are near the upper range of similar fluxes measured in the tropics. In comparison with the existing estimates of municipal and runoff P inputs from other studies, it is estimated that atmospheric deposition represent 55% of the total phosphorus input to the Lake Victoria. The four sampling sites were fairly clustered and wet and dry P deposition data were collected from shore/land stations and applied to open lake areas to estimate lake-wide P deposition. In this regard, the estimates determined here should be viewed as a first order approximation of actual P load deposited into the lake.     

Atmospheric deposition to a rural tropical site

Chemical analysis of Na, K, Ca and Mg in bulk deposition, using 230 events, showed that variations in atmospheric deposition are explained better by measured concentration than by precipitation amount. In addition, measured concentration is related to precipitation by a significant power function with the exponent near –1. These observations led us to propose an inverse linear model which makes it possible to calculate two parameters: one of them is indicative of the mean composition of cloud rain and is assumed to be typical for the study area; the other parameter is representative of particulates, aerosols and gases that are washed out from the atmosphere in the initial phases of precipitation, including dry deposition. This initial component represents an average of 64% of the bulk deposition for the cations studied. The functions that explain the relations between atmospheric deposition and measured concentration are, within statistical limits, equal for the four cationsAbbreviations D Atmospheric deposition (g/ha) on an event basis - P Precipitation amount (mm) on an event basis - C Measured concentration (mg/l) on an event basis - i Sampling replicates     

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。