基于涡度相关法的麦田O_3干沉降及不同沉降通道分配的特征

近地层高浓度臭氧(O_3)会给植物的生长发育带来严重的负效应,而O_3本身难溶于水,主要通过干沉降方式沉降到陆地生态系统。该研究采用涡度相关法对冬小麦(Triticum aestivum)田主要生育期的O_3干沉降过程进行了观测,利用边界线技术和线性相关法分别分析了O_3干沉降速率最大值(Vdmax)和太阳辐射(SR)、温度(T)、相对湿度(RH)及O_3干沉降速率(Vd)和摩擦速度(u*)的关系,并运用彭曼公式结合总初级生产力(GPP)估算不同O_3沉降通道的分配比例。研究结果表明:(1)观测期间30 min平均O_3浓度(CO_3)、O_3干沉降通量(FO_3)、Vd分别为32.9 n L·L–1、–5.09 nmol·m–2·s–1、0.39 cm·s–1,CO_3、FO_3、Vd的变化范围分别为16–58 n L·L–1、–2.9––11.7 nmol·m–2·s–1、0.17–0.63 cm·s–1,其中FO_3和CO_3、Vd的关系并不是同步的。(2)初步推断出较强光照(SR≥400 W·m–2)、适宜的温度(T=18℃)以及较为湿润(RH40%)的环境条件比较有利于O_3干沉降过程。其中Vdmax与SR呈增长关系(y=1.06–exp(–0.0094–x)),SR400 W·m–2时Vdmax随SR的增大而增大,并在SR=400 W·m–2左右达到最大值,当SR≥400 W·m–2时Vdmax持续维持在最大值;Vdmax与T呈"钟形"曲线关系(y=1.06–(x–18)2/169),当T=18℃时Vdmax达到最大;当RH40%时Vdmax呈下降趋势(y=0.030x–0.106);当相对湿度较高时,白天的Vd随RH下降有下降趋势,而夜间的Vd随RH增加而上升,因此Vd可能随RH增大而增大,也可能随RH增大而减小。u*与Vd存在一定的线性正相关关系,但相关并不显著。(3)整个观测期平均气孔O_3沉降通道和非气孔O_3沉降通道占总O_3干沉降通量的分配比例分别是32%和68%;白天通过气孔O_3沉降通道和非气孔O_3沉降通道所沉降的O_3通量平均占总O_3干沉降通量的比例分别是42%和58%,其中叶面积指数和降雨均会影响气孔O_3沉降。     

南京秋季裸地臭氧干沉降通量观测及土壤阻力模拟

利用涡度相关系统配合快速臭氧浓度脉动仪在南京地区裸地上观测臭氧浓度及沉降通量,分析臭氧浓度、沉降通量与气象条件的相关性,揭示沉降通量和速率的变化特征,利用模拟的土壤阻力计算臭氧沉降通量和速率并与观测结果进行对比.结果表明: 2015年9月25日至10月28日,臭氧浓度日变化呈单峰型分布,并且因辐射的增强而升高.秋季裸地臭氧沉积通量主要受臭氧浓度影响,平均日变化-31.4～-156.8 ng·s^-1·m^-2(负号表示方向向下).因裸地无植被的缓冲作用,臭氧沉降通量受环境因素影响更为明显.臭氧沉降速率为0.09～0.30 cm·s^-1.臭氧在大气传输中湍流交换起主要作用,裸地臭氧干沉降的下垫面条件尤为重要,土壤阻力(R_s)随相对湿度(RH)的增加呈指数上升,其关系模型为R_s=89.981e^0.0246RH,模拟的臭氧通量和沉积速率与观测的通量和速率的一致性较好.     

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.     

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。     

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。     

红壤典型地区大气硫输入的干沉降通量研究

在江西（鹰潭）红壤典型地区农田下垫面上进行大气SO2、硫酸盐（SO4^2-）的浓度采样,利用阻力模式计算SO2和SO4^2-的干沉降速度,估算大气S输入农田生态系统的干沉降通量,结果表明,农田下热垫面上SO2和SO4^2-干沉降速度的平均值分别是0．43、0．23cm.s^-1,干沉降速率具有明显的日变化特征,一般白天大于夜间,午后出现最大值,大气S输入农田生态系统的半年干沉降通量为6．7g.m^-2。     

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。     

贵阳市大气黑碳污染特征

利用连续颗粒物采样仪(URG Model 2000-01J)和黑碳仪(Aethalometer)对贵阳市城区2008年9-11月大气黑碳浓度进行了连续观测,结果表明,贵阳市城区秋冬季大气24 h黑碳浓度变化范围为1.6～12 μg·m-3,平均值为4.1 μg·m-3;12 h黑碳浓度观测值主要分布在2～5 μg·m-3,白昼黑碳浓度变化范围介于1.9～9.2 μg·m-3,平均值3.9 μg·m-3,夜间黑碳浓度变化范围0.48～15 μg·m-3,平均值4.3 μg·m-3;黑碳浓度与大气PM2.5浓度变化一致,呈正相关关系(r=0.84,P＜0.0001,n=178),大气黑碳浓度的变化趋势还明显受相对湿度、温度和风速的影响.     

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.     

陕甘宁地区降水稳定同位素特征及水汽来源

依据全球大气降水稳定同位素观测网络(GNIP)和已有研究中陕甘宁地区的大气降水氢氧稳定同位素资料,并结合相关气象数据,分析了陕甘宁地区大气降水氧稳定同位素的时空分布特征及其影响因子,并建立了大气降水线方程.结果表明:3省大气降水线的斜率、截距由小到大依次为:甘肃、陕西、宁夏,且均小于全球大气降水线方程的斜率、截距,表明3省的降水过程受蒸发作用影响程度沿宁夏、陕西、甘肃增强;陕甘宁地区大气降水中δ18O值在时间变化上,表现为夏秋季节富集、冬春季节贫化,从空间分布来看,由西北至东南,加权平均δ18O值呈减小趋势;3省降水中δ18O温度效应显著,但不存在降水量效应,这体现了中高纬度大陆性气候的特征;高程效应的定量关系为-0.12‰·(100 m)^-1,纬度效应更显著(纬度每增加1°,降水中δ18O相应贫化0.27‰);采用HYSPLIT模型对各站点的水汽来源进行追踪,气团聚类轨迹表明,夏半年主要有来自孟加拉湾的水汽、东南季风水汽和西风带水汽,冬半年以西风带水汽为主.     

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。     

中国南方典型地区油-稻轮作条件下大气SO2干沉降速率动态变化

以1998年11月～1999年10月中国科学院红壤生态试验站农田小气候观测站气象梯度资料(温度、风速、气压),计算近地面湍流特征参数(u^*、θ^*、L),然后采样阻力模式计算SO₂干沉降速率(V_d),研究了该地油-稻轮作条件下大气SO₂干沉降V_d动态变化。结果表明,一年中大气SO₂于沉降V_d时平均年均值0.124～0.897cm·s^-1(mean±SE=0.507±0.167cm·s^-1).一年中大气SO₂干沉降V_d存在如下规律性:白天>晚上。3～8月份SO₂V_d平均值(0.611cm·s^-1大于9～12、1～2月份SO₂V_d平均值(0.401cm·s^-1)。水稻生长期间(0.605±0.093cm·s^-1)>油菜(0.491±0.166cm·s^-1)>休闲(0.342±0.174cm·s^-1)。     

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。     

利用~(137)Cs大气沉降通量估算土壤侵蚀速率的可行性研究——以辽东湾地区为例

利用日本东京和秋田地区1957—2008年的~(137)Cs年沉降数据和降水数据,对辽东湾地区~(137)Cs的大气沉降通量进行估算;通过建立模型,对用~(137)Cs大气沉降通量来估算土壤侵蚀速率的可行性进行分析。结果表明:辽东湾地区~(137)Cs的大气总沉降通量为1614 Bq·m~(-2);利用该值估算出该区域的年均土壤侵蚀速率为17.39~38.92 t·hm~(-2)·a~(-1),而采用杨浩等(2000)的质量平衡模型估算出该地区年均土壤侵蚀速率为11.97~44.94 t·hm~(-2)·a~(-1);本文计算结果的变异系数为30.5%,低于杨浩等(2000)估算结果的变异系数49%。本文所采用的方法得出的结果与实测大气沉降通量背景值(1845 Bq·m~(-2))得出的结果进行t检验表明,两种方法估算的结果没有显著性差异,说明采用~(137)Cs大气沉降通量来估算土壤侵蚀速率是可行的,有利于简化估算土壤侵蚀速率的方法并提高其精度。     

喀斯特石漠化地区不同退化程度花椒光合日动态及其与环境因子的关系

花椒是中国喀斯特石漠化地区重要的生态经济树种。为分析花椒在石漠化脆弱生境中光合生产能力,以轻度退化(LD)、中度退化(MD)、重度退化(SD)花椒为对象,研究花椒日光合特征变化及其与环境因子的关系,并采用通径分析法分析各环境因子对花椒净光合速率的直接或间接作用。结果表明:不同退化花椒的净光合速率日均值分别为3.53(LD)、2.85(MD)、2.32(SD)μmol·m~(-2)·s~(-1); LD、MD、SD日光合同化量分别为141.21、113.44和94.97 mmol·m~(-2),SD光合同化能力显著低于LD、MD; LD表现出较高水分利用效率和叶片羧化效率,其值均高于MD、SD;各退化花椒气孔限制值日均值没有明显变化; LD净光合速率主要受空气CO2浓度和光合有效辐射的影响,同时空气温度与空气相对湿度之间的相互作用共同制约着净光合速率大小;光合有效辐射、空气相对湿度分别是MD、SD净光合速率的主导因子,而空气温度为其主要限制因子。因此,不同退化花椒光合作用对生理状况和自然环境条件的变化敏感性较强,光合生产力总体偏低。     

上海地区大气氮湿沉降及其对湿地水环境的影响

根据1998～2003年上海地区雨水中NO₃^--N、NH₄⁺-N浓度,采用单因子评估模式评价了降雨对湿地水环境的影响,并结合降雨量数据,研究了大气湿沉降氮通量.结果表明,上海地区雨水中氮浓度较高,6年雨水平均硝态氮浓度为259 mg·L^-1,铵态氮浓度为2.16 mg·L^-1,总无机氮（TIN）浓度474 mg·L^-1,远大于水体富营养水中氮浓度阀值（0.2 mg·L^-1）,依据降水中的氮浓度,降水已达到地表水V类、劣V类水平.6年湿沉降氮通量平均值为58.1 kg·hm^-2·yr^-1,其中NO₃^--N占54%.大气氮沉降对湿地水体富营养化影响值得关注.     

胶州湾大气活性硅酸盐干沉降特征及其生态效应

大气沉降作为陆源物质输送入海的重要途径之一,已成为国际上大气科学、海洋科学与环境科学交叉研究的热点之一。大气中的生源要素沉降入海后可能会对海洋生态系统产生重要影响。基于此,选择我国北方的一个典型海湾——胶州湾,采集了为期一年(2015年6月至2016年5月)的气溶胶总悬浮颗粒物(TSP, Total Suspended Particulate)和干沉降样品,测定了其中活性硅酸盐(SiO₃-Si, Reactive Silicate)的含量,在此基础上分析了大气中SiO₃-Si的浓度、干沉降通量和干沉降速率(V_d, Dry Deposition Velocity),并初步评估了其沉降入海的生态效应。结果表明:胶州湾大气TSP中SiO₃-Si的年均浓度为(1.98±1.22) nmol/m³,呈夏秋季低,冬春季高的显著季节分布特征。大气SiO₃-Si浓度由青岛沿岸至黄、东海呈明显下降梯度,结合相关性分析,表明亚洲沙尘的远距离传输和矿物尘土再悬浮是中国东部陆架边...     

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。     

贵阳市大气降水中汞的分布特征

于2008年7-9月对贵阳市中心城区采集的21个大气降水进行了总汞、甲基汞及阴、阳离子浓度的测定,分析了大气降水中总汞与阴阳离子间的相互关系.结果表明:大气降水中总汞的平均含量为18 ng·L-1,变化范围为0.4～57.4 ng·L-1;甲基汞的平均含量为0.07 ng·L-1,变化范围为0.02～0.2 ng·L-1.大气降水中的阴离子以SO2-4和NO-3为主,其浓度平均值分别为151和145 mol·L-1;阳离子主要以Ca2+为主,平均浓度达到了123 mol·L-1,变化范围为3.7～560 mol·L-1,其次是NH4+和Mg2+,其浓度平均值分别为52.2和20.4 mol·L-1.通过分析降水中总汞和阴阳离子之间的相互关系,发现总汞和阴离子SO2-4具有显著的相关性,与F-有一定的相关性,而与NO-3不具有相关性.由此初步判定,大气降水中的总汞主要来源于燃煤等人为释放源.