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-2a-1,TN湿沉降通量为77.23 kg hm-2a-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。     

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。     

太湖地区湿沉降中氮磷输入量 ——以常熟生态站为例

2003年6月—2004年5月,在中国科学院常熟生态站(31°32′45″ N ,120°41′57″ E)连续定位收集降雨,分析其中颗粒态和溶解态氮磷浓度,并对期间太湖地区氮磷湿沉降动态进行研究.结果表明：湿沉降氮输入量的季节变化显著,夏、春季高,秋、冬季低;湿沉降输入氮中88.2%为溶解氮（dissolved itrogen,DN）,11.8%为颗粒氮（particle nitrogen,PN）;湿沉降输入磷中溶解磷（dissolved phosphorus,DP）和颗粒磷（particle phosphorus,PP）比例分别为53.3%和46.7%;中、小雨携带的总氮（total nitrogen,TN）、总磷（total phosphorus,TP）污染物通量大于大、暴雨;太湖地区每年湿沉降输入TN、TP分别为30.2 kg·hm^-2和1.1 kg·hm^-2,且所有降雨中DN浓度均大于水体富营养化阈值,92.5%的降雨中DP大于水体富营养化阈值.     

黄土高原典型坝系流域碳氮湿沉降与水体碳氮流失特征

本研究通过对黄土高原坝系流域的碳(C)、氮(N)湿沉降过程、降雨径流过程及其基流过程的动态监测,揭示C、N湿沉降对流域水体碳氮流失的贡献,探讨C、N流失负荷在降雨-径流中的分布,进一步评估黄土高原雨季水体碳氮流失状况。结果表明,研究区域碳、氮湿沉降通量分别为173.95 kg km~(-2)mon~(-1)和43.01 kg km~(-2)mon~(-1),而通过径流的碳、氮流失量为11.52 kg km~(-2)mon~(-1)和2.19 kg km~(-2)mon~(-1)。雨季C、N湿沉降对该地区水体C、N流失的贡献率分别为65.81%和100%,其中流水侵蚀引起的C、N流失贡献率为59.20%和56.16%。黄土高原主要以流水侵蚀为主,C、N主要集中在降雨径流后期,因此截留后期径流可以有效控制养分流失。     

神农架地区次生林主要树种林冠雨的氮磷营养特征

林冠水文过程对大气降雨氮磷营养特征的影响,对于森林生态系统营养物质循环、森林演替和生物多样性维持具有重要意义。在神农架地区次生林中选择了8个优势树种,定期收集、测定了林外降雨及各树种穿透雨、树干茎流的氮磷浓度和pH值,分析了该地区的湿氮、磷沉降强度以及种特异性的茎流、穿透雨氮、磷浓度和pH值的影响。结果表明:该地区生长季节的湿氮、湿磷沉降强度分别为11.89 kg N·hm-2·a-1和1.98 kg P·hm-2·a-1,其中,硝酸盐氮占全氮的40.75%,亚硝酸盐氮占15.19%,铵态氮占44.08%;降雨偏酸性,全年pH平均值为5.84;8个树种穿透雨和树干茎流的氮、磷年均浓度显著高于大气降雨,表现出较强的淋溶作用,同时,各树种林内雨氮、磷特征存在显著的月度差异和种间差异,尤其是原生树种巴山冷杉的硝酸盐氮、铵态氮、总氮及P浓度均较高,而引进树种华山松和阔叶树种的浓度则较低;8个树种的茎流和穿透雨的pH值分别介于5.42~6.82和6.23~6.83,均略高于大气降雨;在种组水平,引进树种的pH值显著低于原生树种,但氮、磷浓度在两组间不显著。因此,该地区次生林演替过程中林分变化对林内雨氮磷营养特征的影响值得进一步关注。     

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。     

温带两种林型对氮沉降的再分配及其生长季动态与影响因子

氮(N)沉降对森林生态系统的结构与功能具有重要的影响,而森林对到达林地的N沉降量及其分配格局的影响尚不清楚。量化了2012—2013年5—10月两个生长季蒙古栎林和杂木林的林内树干径流和穿透雨及其林外大气降雨总氮(TN)、可溶性氮(DN)和颗粒态氮(PN)沉降通量的季节动态,旨在比较两种林型对N沉降的再分配格局及其季节变化,分析影响其变异的主要因子。结果表明:林外大气降雨、蒙古栎林林内、杂木林林内(树干径流+穿透雨)TN沉降平均值分别为:8.49、15.97、13.39 kg hm~(-2)a~(-1),其中DN分别占其TN的76.35%、82.79%和75.02%,PN分别占其TN的26.35%、17.21%和24.98%,蒙古栎林和杂木林林内穿透雨TN沉降量分别占其TN的95.5%和94.5%。蒙古栎林和杂木林冠层淋溶TN沉降量分别为7.48kg hm~(-2)a~(-1)和4.90 kg hm~(2)a~(-1);其中,前者的DN高于后者,但PN呈相反趋势。两种林型的N沉降组分具有明显的季节动态:沉降量均集中在生长季中期(6—8月),生长季前期和末期较低。林外降雨量分别与林外大气降雨、蒙古栎林和杂木林林内的树干径流和穿透雨中的TN、DN浓度呈显著负指数函数关系(P0.001)。连续降雨天数对蒙古栎林、杂木林林内TN、DN浓度的影响表现为连续降雨2 d以内为富集作用,之后为稀释作用。研究表明林冠对大气氮沉降有显著富集作用,其富集强度及时间动态与森林类型和降雨特征有关,建议氮沉降试验应考虑林冠的富集效应。     

赣江下游典型蔬菜地地表径流的氮磷流失特征

在赣江下游代表性蔬菜地设置径流小区, 研究常规施肥条件下蔬菜地生态系统地表径流中氮、磷的流失状况。结果表明, 在连续多次监测期内, 自然降雨条件下常规施肥蔬菜地地表径流总氮平均浓度为10.32 mg⋅L–1, 总磷平均浓度为4.71 mg⋅L–1, 硝态氮与溶解性正磷酸盐是该区域蔬菜地降雨径流中氮、磷的主要存在形态, 故而地表径流流入至附近水体存在富营养化的风险。此外, 蔬菜地降雨径流中氮、磷流失量与降雨量呈极显著的正相关关系。研究表明, 施肥和降雨量是影响地表径流氮、磷流失的主要因素, 针对赣江下游蔬菜地氮、磷流失特点需制定相应的氮、磷流失的防治措施。     

太湖地区氮素湿沉降动态及生态学意义：以常熟生态站为例

在常熟生态站2001年6月至2003年5月连续两年定位收集湿沉降,对太湖地区氮素湿沉降动态进行研究．结果表明,湿沉降氮输入量季节变化显著,夏、春季高,秋、冬季低．在湿沉降输入氮中NH4^+-N、NO3^--N和DON的比例分别为47．6％、35．1％和17．4％．湿沉降中NH4^+-N主要来自当地农田的氨挥发,湿沉降NH4^+-N月输入量随月降雨量增加而增加(R0=0．3178^**)．该地区空气中NO3^--N浓度相对比较稳定,湿沉降中NO3^--N浓度与降雨量呈负相关(R^2=0．4205^***)．湿沉降NO33^--N月输入量与月降雨次数呈直线正相关(R^2=0．6757***),而与月降雨量相关性较差(R^2=0．1985^*)．湿沉降TN年输入量为27．0kg·hm^-2,并在所有降雨中,氮浓度均超过水体富营养化阈值(0．2mg·L^-1)．     

东北帽儿山地区生长季大气氮湿沉降动态变化

利用雨量器收集降雨样品的方法,研究了帽儿山地区大气氮湿沉降的浓度、沉降量及其动态变化规律。研究结果表明：2011年随降雨输入到该地区的大气氮沉降量为19.16 kg·hm^-2,其中,NH⁺₄-N、NO^-₃-N和溶解有机氮（DON）输入量分别占湿沉降量的52%、26%和22%,NH⁺₄-N/NO^-₃-N沉降量接近2.0。降雨中NH⁺₄-N对当地大气氮湿沉降输入量的贡献率最大,其平均浓度为1.59 mg·L^-1。氮湿沉降浓度存在明显的季节差异,以5和9月氮浓度最高,7月最低。该区NH⁺₄-N、NO^-₃-N和总氮（TN）湿沉降输入量与降雨量均存在极显著正相关,决定系数分别为0.65、0.63和0.76,而DON输入量与降雨量相关性交差（P>0.05）,其决定系数为0.24。     

Total inputs of phosphorus and nitrogen by wet deposition into Lake Taihu, China

Lake Taihu suffers from eutrophication caused by riverine nutrient inputs and air deposition. To characterize wet deposition of phosphorus (P) and nitrogen (N) to the lake, precipitation collection and measurements of total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN) and other components at five cities around Lake Taihu were made from July 2002 to June 2003. TP and TN concentrations and deposition rates exhibited strong spatial variation in the whole catchment. An inverse correlation between station-averaged TP and TN concentrations and precipitation amount was found. Maximal TP concentration in rainfall was found in Suzhou, and maximal TN in Wuxi. However, highest wet deposition rates of TP and TN were found in Suzhou, which suggests that atmospheric nutrients are mostly from the east and northwest area of Lake Taihu. Mean TP and TN deposition rates were 0.03 and 2.0 t km⁻² year⁻¹ respectively in Lake Taihu, which are greater than reported values in other areas by comparision. Total N and P contributed to the lake by wet deposition were 75 and 4720 t per year, respectively, which represent about 7.3% and 16.5% of total annual N and P inputs via inflow rivers. Wet deposition, especially N, could have significant effects on eutrophication in the lake, which shows that air deposition should be taken into account while reducing the external nutrients in the lake.     

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。     

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。     

The Role of Snowmelt and Spring Rainfall in Inorganic Nutrient Fluxes from a Large Temperate Watershed, the Androscoggin River Basin (Maine and New Hampshire)

The importance of snowmelt and spring rainfall to water and nutrient exports from macro-scale watersheds (>1000 km²) is not well established. Data collected from the Androscoggin River watershed (Maine and New Hampshire) between February 1999 and March 2002 show that the 90-day spring melt period accounted for 39–57% of total annual discharge and is likely driven both by snowpack melting and spring rainfall. While large loads of dissolved inorganic nitrogen (DIN) are delivered to the watershed from snowmelt and rain (from 1.16× 10⁶ to 1.61× 10⁶ kg N over the study years), only one third of this N load is exported from the basin during the snowmelt period (0.40× 10⁶–0.48 × 10⁶ kg N). Despite reduced residence time and temperature limitations on biological N retention, there is a poor mass balance between DIN input to the watershed and the nitrogen exported from mouth of the river. Inferences from a geochemical hydrograph separation suggests that approximately 51–63% of the water leaving the mouth of the Androscoggin river is from these ‘new’ water sources (rain and snowmelt) while 37–49% is from DIN depleted soil and groundwater. Mixing of water from different sources, as well as nutrient retention by dams in the upper watershed, may account for the large discrepancy between DIN inputs and exports from this watershed.     

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.