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。     

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。     

藏东南大气氮湿沉降动态变化——以林芝观测点为例

利用量雨器和湿沉降收集仪在藏东南通过2a的试验, 研究了该区大气氮素沉降的浓度、沉降量以及季节变化规律.结果表明:藏东南大气氮素湿沉降(无机氮)为1.33～3.05 kg/ (hm2·a),平均值为2.36 kg/ (hm2·a),降水中铵态氮和硝态氮的平均浓度分别为0.36 mg/L和0.10 mg/L ,NH+4-N/ NO-3-N接近4 .各形态氮月均浓度之间差别较大,具有明显的季节性,其中NH+4-N月均浓度动态变化明显,5、6、7月份浓度较高(＞0.5 mg/L),NO-3-N 12月份浓度(0.49 mg/L)为全年最高;氮浓度的季节变化,以春冬较高,夏秋季较低,离散程度以春季最大.降水量与各形态氮沉降呈一定幂型负相关,相关系数为0.705,0.641,分别达到0.006 (NH+4-N)和0.019(NO-3-N)的显著水平.氮月沉降以5～6月份最高,占全年的32.3%;氮季沉降以夏季所占比例最高,约占50%,冬季最低(2%～3%).     

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.     

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。     

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%.     

九龙江流域大气氮干沉降

对九龙江流域10个站位的大气氮干沉降量进行为期1a的连续观测。利用专用降尘缸湿法收集大气沉降氮,在获取各月氮组分浓度和相应水样体积后,求得各月氮沉降速率,再将各月数值相加得到全年的大气氮干沉降量。结果表明,九龙江流域大气氮干沉降表现出一定的时空差异性,总氮沉降量为3·41~7·63kgN/(hm2·a),铵氮为1·02~3·00kgN/(hm2·a),硝氮为0·76~1·76kgN/(hm2·a)。干沉降中氮的3种主要形态铵氮、硝氮与有机氮分别占总沉降量的31%、24%和45%。中游漳州地区的大气氮干沉降总量较大。上游龙岩地区与中游漳州地区具有较高的铵氮沉降量,硝态氮在上下游间无明显变化,而有机氮沉降量在中下游地区较高。在时间尺度上,大气氮干沉降呈现出夏秋两季比春冬两季略高的总体趋势,季节性差异显著(p<0·05)。大气氮干沉降时空差异主要与氮排放量和气象条件有关。     

沈阳市区降水中氮素的组成及季节变化

于2012年2—12月在沈阳市区采集降水样品,分析了各形态氮素的浓度和沉降通量,探讨了影响氮沉降的相关因素。结果表明:NH4+-N、NO3--N及DON的平均浓度分别为1.57、0.87和0.82 mg N·L-1,随降水进入该地区的总氮沉降量26.17 kg N·hm-2·a-1,其中NH4+-N、NO3--N和DON分别为12.56、7.02和6.59 kg N·hm-2·a-1,与降水量呈幂型正相关;通过分析各形态氮素季节变异可知,降水中的氮主要来自当地工农业生产,同时受当时降水量的影响。     

N添加对西南亚高山红桦林根系分泌物及其介导的养分转化过程的影响

目前缺乏对根系分泌物通量以及相关生态后果对不同氮(N)沉降水平响应方向和幅度的深入理解,该研究以西南亚高山典型的红桦(Betula albosinensis)林为研究对象,通过野外原位N添加试验模拟不同氮沉降水平(对照组,0 kg·hm^-2·a(-1);低氮处理,25 kg·hm^-2·a(-1);高氮处理,50 kg·hm^-2·a(-1)),分析了红桦林根系分泌物C输入通量及其介导的根际土壤养分循环过程对不同N添加水平的差异化响应,试图揭示不同N添加处理对红桦根系分泌物C输入通量及其介导的土壤养分转化过程的影响。结果表明：(1)N添加显著抑制了红桦林根系分泌物C输入速率(其中低氮(N25)条件下单位根生物量根系分泌速率均值降低约14.87%)和年C输入通量(低氮条件下降低了约45.01%)(P<0.05),其高氮处理的抑制效应更强。(2)N添加显著抑制了红桦林N矿化速率及其相关的微生物胞外酶活性(P<0.05),并显著降低了其根际效应;N沉降显著抑制了根系分泌物C输入通量及其介导的土壤养分转化过程,并且这种抑...     

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.     

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)．     

模拟氮沉降对两种竹林不同凋落物组分分解过程养分释放的影响

利用原位分解袋法研究了华西雨屏区苦竹(Pleioblastus amarus)和撑绿杂交竹(Bambusa pervariabilis × Dendrocala mopsi)人工林几种凋落物组分在模拟氮沉降下分解过程中养分释放状态,试验周期为2 a。氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g · m^-2 · a^-1)、低氮(5 g · m^-2 · a^-1)、中氮(15 g · m^-2 · a^-1)和高氮(30 g · m^-2 · a^-1),每月下旬定量地对各处理施氮(NH₄NO₃)。结果表明,苦竹林和杂交竹林凋落物主要由凋落叶、凋落箨和凋落枝组成,其中凋落叶约占80%;两个竹种凋落物在分解过程中养分元素释放的种间差异主要与初始养分元素含量有关;凋落物养分元素初始含量对元素释放模式和最终净释放率的大小具有重要的决定作用;目前,这两种竹林生态系统土壤氮输入主要以大气氮沉降(8.24 g · m^-2 · a^-1)为主,同时凋落物氮输入(苦竹和杂交竹林分别为1.93,5.07 g · m^-2 · a^-1)也是一个重要途径;模拟氮沉降对苦竹凋落物碳、磷、钾、钙元素和杂交竹凋落物碳、氮、磷、钾、钙、镁元素释放的抑制作用较弱,处理与对照之间元素总释放率差异一般小于10%;氮沉降显著抑制了苦竹林凋落物氮元素释放,减小幅度为19.0%-27.2%,但由于氮沉降增加对土壤肥力的直接改良作用,氮沉降的增加并不会因为凋落物分解速率的降低造成植物生长所需养分供应的减少;从短期来看,在氮沉降继续增加的情况下,该地区这类竹林生态系统的碳吸存能力仍可能会因为N沉降对植物生长的促进作用而增加。     

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。     

高寒草甸生态系统氮素循环

应用分室模型,研究了高寒草甸（矮嵩草草甸）生态系统中氮素的分布与循环。结果表明：系统中,土壤库氮素总储量为 １０６３ｔ／ｈｍ ２,主要以有机态存在,土壤氮素全量养分丰富,而有效养分贫乏,仅能满足较低水平生产的供求关系;植物氮素主要储存于植物活根中,根系氮素储量为 １９０１１±４９６２ｋｇ／ｈｍ ２·ａ,活根内氮素占 ７９２６％ 。通过对该系统氮素收支平衡计算结果表明,氮素输出为 １５９３５ｋｇ／ｈｍ ２·ａ,大于系统的输入 ８４７３ｋｇ／ｈｍ ２·ａ,系统中氮素亏缺,成为限制草场生产力提高的限制因子。     

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。     

模拟氮沉降对杉木幼苗养分平衡的影响

为研究氮沉降对植物养分平衡的影响,对1a生杉木（Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook.）幼苗进行了室内模拟试验。以NH4NO3作为外加氮源,设计了N0（0 g N m-2?a-1）、N1（6 g N m-2?a-1）、N2（12 g N m-2?a-1）、N3（24 g N m-2?a-1）和N4（48g N m-2?a-1）等5种氮沉降水平,每处理重复6次。通过1a的试验发现,杉木幼苗叶、茎、粗根和细根中的N、K、Mg含量随氮处理水平的增加而上升,但Ca在各器官中的含量则呈下降趋势;中低氮（N1,N2）对叶、茎和粗根中P的含量表现为促进作用,而高氮（N3,N4）则表现为抑制作用。幼苗各器官中的N与其他养分元素的比值随氮处理水平的增加而普遍升高,但粗根中的N/K、N/Mg则表现为下降。与对照（N0）相比,在N1、N2、N3、N4处理中,幼苗对外加氮素的表观利用率分别为60.7%、57.9%、43.3%和27.9%,随氮处理水平增加,利用率呈明显下降趋势。随着氮处理水平的增加,幼苗体内的氮分配到叶和细根中的比例增加,而分配到茎和粗根中的比例下降。因此,氮沉降明显增加了杉木幼苗各器官的氮含量,影响了幼苗的养分平衡。