大气氮沉降研究进展

随着经济的快速发展,人类活动排放至大气中的氮持续增长,大气氮沉降已成为气候变化、二氧化碳浓度升高、土地利用变化之外的影响陆地生态系统结构和功能的第四大因素。通过大气沉降到生态系统的氮一部分可作为营养源供植物生长,过量的氮则会产生消极作用。文章围绕大气氮沉降的氮素组成及其沉降通量,氮沉降的时空特征,氮沉降对土壤及植物的影响三方面进行了综述,总结了大气氮沉降的不同氮素形态及沉降通量,对比了氮干、湿沉降的时空特征,阐述了大气氮沉降对土壤生态系统及植物生长的影响。从现有的文章来看,我国对各地区大气氮沉降情况的监测越来越多,包括农田、城市、森林等,但关于大气氮沉降的影响研究多与水体、森林、草地等相关,对农田生态系统的影响,例如对土壤微环境、农作物生长及作物产量、农产品质量等的影响研究尚且较少。     

河北平原城市近郊农田大气氮沉降特征

【目的】随着人类活动引起大气活性氮排放的增加,大气氮沉降亦迅速增加,进而影响各区域生态系统。明确河北平原城市近郊农田大气氮沉降的动态变化,可以为农田氮素资源综合管理提供科学依据,也为中国氮素沉降网络提供关键基础数据。【方法】在河北省保定市河北农业大学实验教学基地进行了为期6年(2006—2011年)的湿/混合沉降监测试验以及1年(2011年)的干沉降监测试验。湿/混合沉降通过雨量器自动采集降水;干沉降中气态NH_3、HNO_3和颗粒态铵离子和硝酸根(_pNH_4~+和pNO_3~-)样品通过主动采样DELTA(DEnuder for Long-Term Atmospheric Sampling)系统采集,气态NO_2样品通过被动扩散管采集。【结果】河北保定地区多雨季节为6—9月,占全年(2006-2011年)降雨量的88.6%、81.5%、89.3%、88.9%、74.5%和83.1%;大气氮湿/混合沉降浓度冬、春季较高,夏季最低,冬春两季NH+4~+-N、NO_3~--N、TIN和TDN浓度分别占全年的74.5%、72.6%、74.1%和71.3%;氮湿/混合沉降量亦存在明显的季节性变化,夏季最大,冬季最小;各形态氮湿/混合沉降浓度高低表现为:TDNTINNH+4~+-NNO_3~--N,且与降雨量呈极显著负相关;监测区6年间平均湿/混合沉降总量为32.8 kg N·hm~(-2),其中2008年大气氮湿/混合沉降量最大,达40.4 kg N·hm~(-2),2010年大气氮湿/混合沉降量最小,为28.9 kg N·hm~(-2);大气氮湿/混合沉降中TIN占TDN沉降量75%以上,其中NH+4~+-N是TIN的主要组成部分,占其总量的56.6%—69.7%,平均为64.4%;各形态氮(NH+4~+-N、NO_3~--N、TIN和TDN)湿/混合沉降量与月降雨量、月降雨频次呈极显著正相关;大气氮干沉降中各无机氮(NH_3、NO_2、HNO_3、pNH_4~+、pNO_3~-)浓度有明显的季节性变化特征,且各形态氮的月沉降量变化趋势与氮浓度一致;总体来看,气态氮NH_3、HNO_3、NO_2及颗粒态氮pNH_4~+、pNO_3~-的年沉降量分别达到10.1、7.60、4.39、6.47及3.81 kg N·hm~(-2)。【结论】监测区大气氮沉降量受周边地区工业与当地农田施氮量共同影响,且由干湿沉降共同决定。该地区大气氮沉降量较高,2006—2011年大气湿/混合沉降总量在28.9 kg N·hm~(-2)(2010年)—40.4 kg N·hm~(-2)(2008年)之间,平均为32.8 kg N·hm~(-2);干沉降无机氮总量(2011年)为32.3 kg N·hm~(-2);干湿沉降无机氮总量(2011年)为58.6 kg N·hm~(-2)。     

闽北果园生态系统大气氮湿沉降研究

研究了2011年3月至2012年2月期间闽北果园生态系统中大气氮素湿沉降浓度、沉降量的变化规律。结果表明:监测期间降水中总氮(TN)、无机氮(TIN)、溶解有机氮(DON)、铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)的平均浓度分别为2.11、1.07、1.04、0.65和0.42 mg/L。湿沉降氮量有明显的季节性变化,春、夏季高,秋、冬季低。TN年沉降量为23.19 kg/hm2,其中NH4+-N、NO3--N和DON年沉降量分别占TN年沉降量的30.60%、20.02%和49.38%。     

氮沉降对森林生态系统影响的研究进展

森林在生态系统中有大自然氧吧和维持生态平衡的意义,通过查阅国内外有关于氮沉降的文献,从氮沉降对森林植物、动物和微生物的影响等方面和角度综述氮沉降对森林生态系统的影响,介绍了相应的响应机制,并对今后的进一步研究工作提出展望.氮沉降的研究还存在一些问题,如目前国际上对氮沉降研究方法还没有形成一套比较完备的标准体系,世界各地氮沉降量测定的研究方法和仪器设备都不相同,导致研究结果会出现差异,所以对真实生态情况很难进行统一的定论和科学的比较分析.相比国外研究而言,国内研究虽然形成了比较规范的监测网,但研究的技术手段缺乏确凿性和一致性,并且研究对象不全面,树种选择局限,对阔叶树种研究较少.     

高氮负荷森林生态系统对大气氮沉降降低的响应研究进展

大气氮沉降对全球生物多样性和生态系统功能构成严重威胁。过去50多年,由于减排措施的实施,欧美国家率先出现大面积区域的氮沉降降低,中国从2010年开始趋于稳定,氮沉降的未来变化趋势可能因全球各地而异。本研究采用文献检索方法和综合分析方法,综述了国内外氮沉降恢复的方法,分析了森林生态系统土壤(酸化和溶液化学)、结构(植被-微生物多样性)与功能(生产力和碳吸存)对氮沉降降低的响应。随着氮沉降的降低,植被物种组成、土壤微生物群落和土壤过程可能恢复缓慢,而一些土壤参数(如pH、硝酸盐和铵浓度等)对氮输入减少的响应相对较快。当氮沉降降低时,可在某种程度上减轻土壤酸化,促进树木生长,但也可能因环境氮沉降速率依然很高并保持土壤酸化,林木的活力仍在恶化。植被多样性的恢复可能存在恢复障碍并在短期内难以维持富营养化的恢复,但促进了贫营养型物种的增加。森林生态系统恢复响应对减排政策存在延迟,且氮沉降增加存在遗留效应,致恢复相当缓慢,但恢复只是时间问题。因此,高氮负荷生态系统的恢复是一个长期缓慢的过程,进一步加强减排尤为重要。参94     

青藏高原氮沉降研究现状及草地生态系统响应研究进展

为了解青藏高原氮沉降的时空差异特征及对高原生态系统的影响,对青藏高原不同区域大气活性氮沉降定量研究的相关结果进行总结分析,对大气活性氮沉降对草地生态系统的影响并与青藏高原现阶段相关研究进行综述与比较。研究表明:青藏高原氮沉降通量定量研究较少,且局限于短期监测或仅定量雨水活性氮含量,长期性的定点原位监测、大气活性氮的组成特征、城乡差异及变化趋势均未见报道;同时,大气氮沉降对青藏高原草地生态系统植物多样性的影响,植物化学计量特征变化趋势及物候相应等均报道较少,仅局限于现象的解释,并未对变化机理进行阐述。氮沉降作为全球变化的主要驱动因子,青藏高原氮沉降通量及其对生态环境的影响有待进一步加强。     

基于氮排放数据的中国大陆大气氮素湿沉降量估算

大气氮素湿沉降与氮的排放紧密相关,通过对已知的氮素排放数据与收集的氮素湿沉降实测数据对应分析发现,不同地区氮素的排放与湿沉降之间存在稳定的比值关系.根据这些比值关系,估算了1980-2007年中国大陆氮素湿沉降量,并运用GIS技术进行了大气氮素湿沉降强度和时空分布.结果表明,我国大陆区域氮素湿沉降呈明显的增长趋势,沉降总量由1980年的4.96 Tg增长到2007年的11.80 Tg,单位面积通量分别为516 kg N·km-2·a-1和1 128 kg N·km-2·a-1.氮素湿沉降的空间分布不均,东部、东南沿海地区和中部地区沉降量较高,广大西部地区较低.化学氮肥的施用、燃料的使用和禽畜养殖规模扩大是导致氮湿沉降量增加的主要原因.     

陕西关中湿沉降输入农田生态系统中的氮素

在陕西关中杨陵、乾县枣子沟和澄城县杨家陇３个试验点多年收集了降水（即湿沉降）,并对其中的矿质进行了测定。结果表明,湿沉降年输入农田生态系统的氮素６．２８～２６．６２ｋｇ／ｈｍ２,平均（１６．３±８．１）ｋｇ／ｈｍ２,其中以铵态氮为主,占６６．３％～８８．５％平均（８０．２±８．５）％;硝态氮占１１．５％～３３．７％,平均（１９．８±８．５）％。湿沉降输入的氮素,不仅在收集地点间有明显的分异性,而且在年际和年内也有很大的变异性,氮肥用量和降水的不一致是直接产生这些变异性的重要原因     

陕西关中地区大气氮湿沉降通量的动态变化

为了对陕西关中地区大气氮沉降量进行估算,2009年11月至2010年10月对西安和杨凌两地进行了为期一年的湿沉降观测。结果表明:监测期内,西安、杨凌两地区年降雨量分别为620.5、532.3 mm,西安ρ(NH+4-N)和ρ(NO-3-N)平均值分别为3.058、2.356mg·L-1,杨凌ρ(NH+4-N)和ρ(NO-3-N)平均值分别为3.990、2.709 mg·L-1;季节变化上,西安监测点ρ(TIN)(总无机氮)和杨凌监测点ρ(NH+4-N)呈现春、冬季高于夏、秋季的趋势,而杨凌监测点ρ(NO-3-N)则呈秋、冬季略高于春、夏季的趋势。西安、杨凌TIN沉降通量分别为24.791、28.894 kg·hm-2,且均以NH+4-N为主导,分别占TIN的67.3%和56.3%。氮素沉降量与降雨量之间呈现正相关趋势,随着降雨量的增加,NH+4-N、NO-3-N和TIN的沉降通量均明显增加。湿沉降输入农田的无机氮占施肥投入的比重相当大,在施肥中应予以考虑。     

陕西省不同生态区大气氮沉降量的初步估算

2008年,对陕西省4个不同生态区5个监测点的干湿沉降输氮量进行为期1年的观测研究,旨在对不同生态区大气氮沉降量进行初步估算。结果表明,2008年各生态区总无机氮(TIN)沉降量在8.25～16.12kg·hm-2之间,其中以地处长城沿线风沙草原生态区的榆林地区最小,渭河谷地农业生态区的杨凌地区最大。榆林、洛川、西安、杨凌以及安康地区NH4+-N沉降量分别为3.10、3.66、8.60、9.14和9.96kg·hm-2,NO3--N沉降量分别为5.15、7.54、6.29、6.98和5.66kg·hm-2,NH4+-N沉降量的不同是造成TIN沉降量之间差异的主要原因。各生态区湿沉降输氮量为6.57～14.43kg·hm-2,干沉降输氮量为1.19～2.74kg·hm-2,均显示出一定的时间变异性。受降雨量影响,湿沉降量在降雨量大的夏秋季较高,降雨量小的冬春季较低;干沉降量则与之相反,可能是由于雨水的冲刷作用和冬春季节扬尘天气较多引起的。     

大气N沉降的增加对森林营养和胁迫敏感性的影响

概述了大气N沉降的发展趋势 ,讨论了N沉降增加对森林营养和胁迫的影响。提出在一些地区 ,大气N沉降已超过了森林生态系统的N需求 ;N沉降的大量增加对植物生长的刺激作用和对菌根的危害 ,可造成植物体内其它养分缺乏 ,导致森林养分失调 ;植物体内的高N水平将增加森林对胁迫的敏感性。     

典型沙源区水库大气氮干、湿沉降污染特征研究

为研究典型沙源区水库大气氮干、湿沉降污染特征及其对水域氮素污染的贡献,以京蒙沙源区大河口水库库区为研究区,于2014年沿水库岸边布设12个大气氮沉降监测站点,采集干、湿沉降样本,测定干、湿沉降TN质量浓度,计算全年各月大气TN干、湿沉降通量和年入库TN污染负荷量。结果表明,研究区大气干、湿沉降季节差异显着(P<0.05):全年各月TN干沉降通量变化范围为116.31~382.02 kg·km^-2,主要集中在春季4月和秋季10月,最大TN干沉降通量出现在春季风沙最为严重的4月,其值为382.02 kg·km^-2;湿沉降通量变化范围为0.73~195.53 kg·km^-2,主要集中在夏季(6-8月),最大TN湿沉降通量出现在降水量最大的8月,其值为195.53 kg·km^-2.大气氮沉降以干沉降为主,全年月平均TN干沉降通量是湿沉降通量的2.9倍,且TN湿沉降通量与降水量变化呈显着正相关(R²=0.961 3).同入库河流径流TN污染负荷对比,2014年大气TN沉降入库污染负荷量为7.15 t,占同年滦河和吐力根河两条河流入库TN污染负荷的19.91%.     

辽宁省大气湿沉降变化趋势分析

通过分析2009—2013年辽宁省酸沉降控制指标,得出辽宁省大气湿沉降变化趋势。结果表明,辽宁省总体上酸雨污染并不严重,近5年来呈稳定态势。降水属硫酸型降水,主要离子为Ca2+和SO42-,总体来看,各种离子随时间无显著性变化;SO42-沉降量最大,远高于其他离子,其次是NO3-和Ca2+,各年度湿沉降量有不同程度波动,但总体无显著变化;酸性物质的沉降量高于碱性物质。     

大气干湿沉降物中金属元素对洁净水体的污染研究

[目的]为了较准确地了解大气干湿沉降物对地面水体的污染影响,探索大气颗粒物与地面水体水质之间的相互关系及变化规律。[方法]使用一定容积的玻璃缸作为采样装置,缸内盛一定体积去离子水,露天连续放置1年,观测玻璃缸中去离子水受到大气干湿沉降物和沙尘暴尘的污染状况,期间每隔5~10 d从缸内抽取一定体积的水样,使用ICP-MS对水样中Ba、Be、Cd、Cu、Co、Fe、Mo、Mn、Ni、Pb、Sb、Ti、Tl、V、Zn等16种金属元素进行分析。[结果]元素检出率均达到100%,被测元素浓度总体呈明显富集和逐渐升高趋势。[结论]通过实验现象和测定结果阐述大气干湿沉降物和沙尘暴降尘对洁净水体的污染过程。     

氮沉降对草原凋落物分解的影响

大气氮沉降增加是全球变化的重要现象之一,草原生态系统对氮沉降增加的响应成为草地生态学的研究热点之一。凋落物分解是草原生态系统养分循环和能量流动的主要途径,氮沉降增加引起草原植物群落结构变化,导致凋落物质量、土壤肥力、土壤微生物和土壤动物的变化,最终影响凋落物的分解。本文综述了氮沉降对草原凋落物结构、化学组成和分解环境的影响等方面的国内外最新研究进展,讨论了需进一步加强研究的内容,以期为进一步拓展该领域研究的广度和深度、为全面分析和评估全球变化对草原生态系统的影响提供参考。     

区域尺度大气硫沉降的研究进展

大气硫的沉降一直是人们很关心的问题,尤其是在区域尺度上的硫沉降问题一直是研究热点。发达国家最先开始有关于区域尺度硫沉降的研究,近年来我国也引进并建立了很多基于观测数据的各种模型来研究区域尺度大气硫沉降中的科学问题,并取得了可喜的进展。本文综述了区域尺度大气硫沉降机制和影响因素的相关研究进展,重点阐述了硫在大气中的迁移变化过程与污染源、气象条件、不同下垫面沉降速率对区域尺度大气硫沉降的影响并对今后该领域应开展的研究工作做了展望。