华北玉米农田大气/植被界面氨气和铵盐动态变化研究

为系统研究大气/植被界面还原性氮(氨气和铵盐,NHx)的动态变化,选择华北典型玉米农田生态系统,于2016年8月和9月开展了2次综合观测实验,同步采集并测量了植被冠层大气中氨气和铵盐浓度(气溶胶和降水)、玉米叶片和土壤中铵盐含量。结果表明:实验期间(玉米抽穗期和花粒期),植被冠层氨气和铵盐浓度的平均值分别为30.6±6.8μg·m~(-3)和5.9±3.3μg·m~(-3),变化范围分别为21.1~37.6μg·m~(-3)和2.1~8.0μg·m~(-3);降水过程造成植被冠层的气溶胶铵盐浓度下降了75%,这一比例(被降水湿清除的效率)显著高于氨气。玉米叶片中铵盐含量从植株顶端到底部呈现下降趋势,变化范围为0.17~0.25 mg·g~(-1)(抽穗期)和0.74~1.20 mg·g~(-1)(花粒期),且呈现随温度升高而升高的日变化特征。抽穗期植株氨气补偿点为1.9±1.4μg·m~(-3),远低于大气氨气浓度31.4±4.8μg·m~(-3);花粒期植株氨气补偿点52.0±30.7μg·m~(-3),高于大气氨气浓度29.3±11.7μg·m~(-3)。8月10—13日玉米抽穗期,大气活性氮通过降水、气体和气溶胶3种途径输入到农田的总量约25 mg N·m~(-2)·d~(-1),是农田土壤和作物可利用氮的重要来源。农田氮管理中需要充分考虑植被与冠层大气氨的交换过程。     

华北典型农田和畜禽场环境大气中活性氮化学组成和浓度变化特征

大气活性氮(N_r)是导致霾污染和过量氮沉降的主要前体物。随着近年来大气污染防治行动的深入,消减农业源N_r排放逐渐被提上议事日程。目前,针对农田和畜禽养殖场内外环境大气中N_r的实地测量资料较为缺乏,且以往研究多以氨气(NH_3)为主,很少关注其他N_r成分。为了阐明农业活动对大气N_r的潜在影响,本研究基于扩散管主动采样系统,对华北平原典型农田(河北香河和栾城农田)、养猪场和蛋鸡养殖场环境大气中的4种N_r成分,即NH_3、硝酸气体(HNO_3)、颗粒态铵盐(p-NH_4~+)和颗粒态硝酸盐(p-NO_3~-)开展了现场同步观测。结果显示:观测期间猪舍内NH_3和p-NH_4~+平均浓度(1 250.9μg·m~(-3)和76.6μg·m~(-3))显著高于舍外(378.5μg·m~(-3)和4.2μg·m~(-3));而猪舍内HNO_3和p-NO_3~-平均浓度(10.3μg·m~(-3)和20.8μg·m~(-3))与舍外接近(9.8μg·m~(-3)和22.1μg·m~(-3));鸡舍内仅NH_3平均浓度(197.7μg·m~(-3))显著高于舍外(77.3μg·m~(-3)),而p-NH_4~+、HNO_3和p-NO_3~-平均浓度(7.3μg·m~(-3)、9.0μg·m~(-3)和6.2μg·m~(-3))均与舍外接近(10.7μg·m~(-3)、9.9μg·m~(-3)和7.2μg·m~(-3))。总体上看,养猪场环境大气中N_r浓度显著高于养鸡场(P0.05)。香河和栾城农田大气NH_3、p-NH_4~+、HNO_3和p-NO_3~-的平均浓度分别为21.4μg·m~(-3)、1.9μg·m~(-3)、4.4μg·m~(-3)和5.5μg·m~(-3),显著低于养殖场外N_r浓度(P0.05)。从形态组成上看,养殖场和农田大气N_r主要以NH_3-N(占比80%)的形态存在,说明华北农业活动产生的N_r主要通过NH_3的形式向外扩散传输,并没有在当地快速转化为颗粒物。未来需要进一步研究N_r在大气中的传输路径和转化机制,为制定有效的减排措施提供科学支持。     

大气霾污染对农业生产的可能影响

<正>随着国民经济的快速发展,以煤炭为主的能源消耗量大幅攀升,机动车保有量急剧增加,由此引发的大气污染已成为制约我国社会可持续发展的瓶颈,特别是近年来频繁发生的区域性霾污染引起了公众和政府的广泛关注。当前,霾污染对能见度、空气质量和人体健康影响的报道较多,针对霾污染对农业环境影响的研究亟待开展。霾是气溶胶(颗粒物)本身的物理特征和化学成分消光引起的大气能见度下降,主要是人类活动加剧引起的细颗粒物(PM2.5)污染。因此,认     

河北典型农田大气重金属干沉降通量及来源解析

重金属是影响农田土壤环境质量和农产品品质的主要污染物，大气沉降是农田重金属的来源之一。长期以来，由于观测资料缺乏，对于我国农业区大气重金属的沉降量和来源认识一直不清楚。本研究基于河北典型农田连续1年的外场观测，测试分析了大气气溶胶9个粒径段中25种金属元素的含量，结合干沉降阻抗模型估算了这些金属的干沉降量，并利用PMF模型对其来源进行了解析。结果表明，该区域25种金属元素在细粒子（D_P ≤ 2.1 μm，D_P为空气动力学直径，下同）、粗粒子（2.1<D_P ≤ 9 μm）和巨粒子（D_P>9 μm）中的质量浓度存在较大差异。重金属（如：Zn、Cd和Pb等）主要富集在细粒子，而地壳源的金属（如：Al、Fe和Th等）主要富集在粗粒子。大多数金属元素的浓度呈现冬春季高于夏秋季的变化特征。Cr是细粒子和粗粒子中质量浓度最高的重金属，其次为As、Zn、Pb、V和Sb。重金属中，Cr的大气干沉降量最高，达350.7 mg·m^-2·a^-1，其次是As、Sb和V，分别为153.4 mg·m^-2·a^-1、103.1 mg·m^-2·a^-1和102.3 mg·m^-2·a^-1。研究区域大气中金属元素的主要来源为道路扬尘、工业、矿尘、燃煤和机动车排放。巨粒子中的金属主要来自矿尘源（62.0%），细粒子中的金属主要来自燃煤、机动车和工业源（67.7%）。颗粒物的粒径越小，人为排放源的贡献越大，重金属的污染风险（富集因子）也越高。农田重金属污染防治需要充分考虑大气沉降的输入及来源的变化。