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.     

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.     

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.     

大气氮沉降与森林生态系统的氮动态

由于人类活动的影响,若干年代以来大气氮沉降明显增加。在森林地区,大气氮沉降的空间变异性由林分的位置、结构和组成树种所决定。除降雨之外,干沉降和隐藏降水也是大气氮沉降的重要形式。     

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%。     

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。     

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。     

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.     

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%).     

基于石生藓类氮含量的贵阳地区大气氮沉降

对贵阳市区到农村地区的石生藓类氮含量进行了系统分析,并根据藓类氮含量(y,%)和大气氮沉降(x, kg hm~(-2) a~(-1))的平均定量关系(y=0.052x+0.7325)计算了各采样点的大气氮沉降值.贵阳地区大气氮沉降的变化范围为0.91～44.69kg hm~(-2) a~(-1),市区大气氮沉降最高平均(29.21±6.17)kg hm~(-2) a~(-1),主要来自城市废水NH3释放;最低平均(11.95±3.95)kg hm~(-2) a~(-1),出现在城市和农村的结合地带,主要原因在于来自市区的氮污染物减少、且大量分布了环城林带、农业活动相对较低;20km以外的农村地区大气氮沉降略微升高(平均(14.31±5.11)kg hm~(-2) a~(-1)),主要反映了农业施肥导致NH3释放的增加.结果表明,石生藓类氮含量是一种经济可靠的大气氮沉降监测工具,能够较准确地量化大气氮沉降的水平,并为深入研究大气氮沉降的生态环境效应提供基础资料.     

氮沉降增加情景下植物-土壤-微生物交互对自然生态系统土壤有机碳的调控研究进展

大气氮沉降增加倾向于促进受氮限制陆地生态系统地上生物量,但是对地下碳过程和土壤碳截存的影响结果迥异,导致陆地生态系统“氮促碳汇”的评估存在很大的不确定性。大气氮沉降输入直接影响微生物活性或间接影响底物质量,改变凋落物和土壤有机质(SOM)的分解速率和分解程度,进而影响土壤有机碳(SOC)的积累与损耗过程。过去相关研究主要集中在土壤碳转化过程和碳储量动态方面,缺乏植物-微生物-SOM交互作用的理解,对土壤碳截存调控的生物化学和微生物学机理尚不清楚。本文以地下碳循环过程为主线,分别综述了氮沉降增加对植物地下碳分配、SOC激发效应、微生物群落碳代谢过程的影响,深入分析SOM化学稳定性与微生物群落动态的关系。该领域研究的薄弱环节体现在:(1)增氮倾向于降低根系的生长和周转,对根际沉积碳分配(数量和格局)的影响及驱动因素不明确;(2)虽然认识到氮素有效性影响土壤激发效应的方向和强度,但是氧化态NO-3和还原态NH+4输入对有机质激发效应的差异性影响及潜在机理知之甚少;(3)微生物碳利用效率(CUE)是微生物群落碳代谢的关键表征,能够很好地解释土壤碳的积累与损耗过程;由于缺乏适宜的测定方法,难以准确量化土壤微生物的CUE及微生物生物量的周转时间;(4)增氮会抑制土壤真菌群落及其胞外酶活性,对细菌群落组成的影响尚未定论,有关SOM化学质量与土壤微生物群落活性、组成之间的耦合关系尚不清楚。未来研究应基于长期的氮添加控制实验平台,结合碳氧稳定性同位素示踪、有机质化学、分子生物学和宏基因组学等方法,深入分析植物同化碳的地下分配规律、微生物碳代谢和周转、有机质化学结构与功能微生物群落的耦合关系等关键环节。上述研究将有助于揭示植物-土壤-微生物交互作用对SOC动态的调控机制,完善陆地生态系统碳-氮耦合循环模型,有效降低区域陆地碳汇评估的不确定性,并可为陆地生态系统应对全球变化提供科学依据。     

氮沉降对森林植物的影响

综述了氮沉降对森林植物的影响。氮沉降对森林植物的影响主要表现在以下6个方面：(1)在一定量范围内的氮沉降有利于植物的光合作用,但过量后则会引起植物的光合速率下降;(2)当植物生长受氮限制时,在一定程度上的氮沉降增加植物生产力,但当氮过量后,氮沉降则使植物的生产力下降;(3)过量的氮沉降导致植物体各种营养元素含量的比例失衡;(4)氮沉降会改变植物的形态结构,集中表现为根／冠比减小;(5)氮沉降会增加植物对天然胁迫如干旱、病虫害和风的敏感性,减少其抵御能力;(6)氮沉降会改变植物组成和降低森林植物的多样性。     

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     

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.     

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。     

土壤呼吸对降雨变化和氮沉降交互作用响应的研究进展

土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的关键过程,对大气CO₂浓度变化有直接影响。研究其如何响应降雨变化、氮沉降增加等全球变化因子,成为近年全球变化领域的热点与难点。与土壤呼吸响应降雨变化或氮沉降增加单个因子相比,研究土壤呼吸对这两个因子交互作用的响应更接近真实的自然环境,可更准确地预估未来土壤碳排放的变化趋势。目前,相关研究涉及全球不同的陆地生态系统,从土壤、微生物和植物层面对其响应机理进行揭示。本文从土壤呼吸及其组分、相关的土壤性质、微生物及植物因素方面,较全面地梳理了不同陆地生态系统土壤呼吸响应降雨变化和氮沉降增加交互作用的研究进展,指出了现有研究中的不足及今后需加强的研究方向,以期为进一步揭示土壤呼吸对降雨变化和氮沉降增加交互作用的响应规律及机制提供参考。