毕业论文大气降水中不同形态N的含量研究.doc

陈耀：甘肃省十个监测点大气降水中不同形态N含量研究甘肃省十个监测点大气降水中不同形态N的含量研究XX（XXX大学XX学院 兰州730070）摘要：本文研究通过测定甘肃省10个地区大气降水样品中硝态氮、铵态氮、总氮含量，研究甘肃省不同区域大气降水中进入农田土壤的氮的量。结果表明：甘肃降水中硝态氮含量在0.330.87mg/kg之间，铵态氮含量在0.61.7mg/kg4之间，总氮含量在3.938.20mg/kg之间，一年内随大气降水进入土壤的氮大约是1.243kg/亩。关键词：甘肃 大气降水 硝态氮 铵态氮 总氮 引言长期以来大气降水被认为是清洁大气环境的自然方法，通过大气降水多种元素可以进入土壤、湖泊，大气降水也是生物地球化学物质循环研究的重要组成内容，资料表明，即使是在地球上偏远地区干净的大气降水中，也含有一定浓度的N、P元素；而在污染地区的雨水中N含量可上升1-2个数量级1。近几十年来，矿物燃料的燃烧、含氮化肥的生产和使用以及畜牧业等向大气中排放的含氮化合物的增加，导致了大气中氮沉降增加，大气氮沉降虽然可以补充土壤中的氮素，同时也是引起面源污染问题的主要因素之一。大气降水可以给土壤带来养分主要是因雷电、光氧化作用产物，工业废气和烟尘等产生的各种氮或硫的氧化物及氨和氯的气体，以及含有的钠、镁、钾、钙等物质，它们可以随雨雪进入土壤。据估计每亩土地上可得到由大气降水带来的养分约1.650千克。大气降水中的各形态氮浓度在不同的地区差异较大，同时也具有明显的季节性，原因主要是人类活动、降水强度及频次、风向、地理位置以及氮氧化物的自然排放有关,雨水中的NH4+-N其前体是大气中的NH3，NH3主要来源于农业活动（动物废物、含氮有机物的燃烧和施肥）和工业的排放2；雨水中的NO3其前体是大气中的NOx，NOx主要来源于石油（汽车尾气）、生物体的燃烧及氮的自然氧化（如雷电），由于土壤微生物的活动，土壤释放也是大气NOx的一个来源3。 甘肃省是一个以种植业为主的农业大省，施肥、含氮有机物的燃烧是大气降水中NH3的来源；另一方面是一个工业污染较为严重的地区，工业生产中排放的含氮废气也是降水中的NH3来源；冬天煤炭的燃烧、近郊生活污染物也是甘肃空气污染的重要原因。本研究通过研究甘肃省大气降水中的养分含量的分布特征，研究大气降水中的养分含量的时空变化规律。1材料与方法1.1自然状况甘肃省地处黄土、青藏和蒙古三大高原交汇地带，从东南到西北包括了北亚热带湿润区到高寒区、干旱区的各种气候类型。甘肃省气候干燥，气温日较差大，光照充足，太阳辐射强。年平均气温在014之间，光照充足，光能资源丰富，年日照时数为17003300h，年均降水量300毫米左右，降水各地差异很大，在42760毫米之间，子东南向西北减少，降水各季分配不匀，主要集中子69月。2007年年降水量，全省平均为447.2mm；年降水量最少中心在瓜州，为70.6mm；年降水量最多在和政，为810.7mm4。下图是甘肃省1960-2003年平均降水量和年雨日的分布图。从图中可以看出，甘肃省平均年降水量由东南到西北递减，最大降水中心在康县（774.7mm），最小降水中心在敦煌（38.8mm），最大和最小降水中心的年降水量相差了近20倍；年降雨日最多的是康县（147天），河西西部的年平均雨日小于50天，其中最少的是敦煌，仅有20天，雨日最多和最少相差7倍多，表明年降水量和雨日的空间分布特征非常相似5。图1甘肃省1960-2003年平均降水量和年雨日的分布图1.2研究方法本文针对甘肃省的地形和气候特征，综合考虑气候、流域、土壤、主要作物种植方式等因素，在甘肃选取10个监测地块，在监测地块上采集降水样品，监测周期2007年4月2008年10月。样点分布图见图2图2 监测采样点位置1.3样品采集与样品选取在监测点设置气象降雨桶，同时用洁净的大塑料盆收集降水并采集，采样量1000ml，分装在两个塑料瓶中，采样后立即存于冰箱，在运输、贮存过程中，样品一致处于冷冻状态。表1 监测点采样时间监测点采样时间监测点采样时间白云2008.9.14张掖2008.9.5白云2008.9.26张掖2008.6.18敦煌2008.7.29张掖2008.4.21和政2008.7.6张掖2008.5.25会川2008.9.21张掖2008.6.6会川2008.9.2张掖2008.5.8会川2008.10.7张掖2008.5.3会川2008.10.9-10.10张掖2008.5.16会川2008.8.23-8.24张掖2008.5.8会川2008.8.29镇原2008.6.13会川2008.9.25-9.26镇原2008.4.19会川2008.10.21镇原2008.6.13会川2008.10.17-10.18镇原2008.6.18会川2008.8.19-8.20镇原2008.4.21景滩关2008.10.26镇原2008.5.25景滩关2008.8.28镇原2008.6.6静宁2008.10.22镇原2008.5.8静宁2008.10.15镇原2008.5.3兰州2008.10.21镇原2008.6.30兰州2009.4.22 7：00镇原2008.7.21兰州2009.4.22 8：30-10：30镇原2008.8.29兰州2009.4.30 6：00镇原2008.9.8-9.9兰州2009.4.18镇原2008.7.19民勤2008.8.20-2008.8.21镇原2008.7.13民勤2008.7.28镇原2008.7.16民勤2008.7.30镇原2008.8.20张掖2008.12.10镇原2008.8.15张掖2008.9.2镇原2008.8.8张掖2008.6.8镇原2008.5.161.4样品的测定方法硝态氮测定采用紫外分光光度计法铵态氮测定采用水杨酸分光光度法总氮测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度计法1.5数据处理利用Microsoft Excel 2003软件2结果分析2.1不同地区降水中的氮含量表2不同监测点氮的含量监测点采样时间硝态氮mg/kg铵态氮mg/kg总氮mg/kg镇原2008.6.130.1456560.533.71镇原2008.4.192.3117690.9124.33镇原2008.6.130.0862镇原2008.6.183.0598165.2912.68镇原2008.4.211.8342253.227.69镇原2008.5.250.0478580.54.54镇原2008.6.61.2568030.585.29镇原2008.5.80.4213620.643.62镇原2008.5.311.775250.1120.35镇原2008.5.166.9311450.1113.34镇原2008.6.300.1522镇原2008.7.210.4619380.855.02镇原2008.8.290.9935820.85.9镇原2008.9.8-9.90.3037970.33.54镇原2008.7.190.1302镇原2008.7.131.9153760.094.89镇原2008.7.160.701230.435.24镇原2008.8.200.9009860.483.54镇原2008.8.153.27830.16.42镇原2008.8.81.5574790.113.89会川2008.9.214.10333821.62会川2008.9.20.2996350.793.01会川2008.10.71.2578440.7111.46会川2008.10.9-10.100.649210.954.8会川2008.8.230.7782190.523.4会川2008.8.290.287152.975.64会川2008.9.25-9.260.2798680.865.29会川2008.10.210.3360490.53.62会川2008.10.17-10.181.1808547.39会川2008.8.190.1373330.533.8静宁2008.10.220.3485340.483.36静宁2008.10.151.1069860.145.99张掖2008.12.100.8635320.69张掖2008.9.21.0227130.53张掖2008.6.80.7501280.33张掖2008.9.50.7459670.43张掖2008.6.180.9977440.66张掖2008.4.210.9935820.86张掖2008.5.251.6833670.87张掖2008.6.62.5073642.12张掖2008.5.80.9082690.58张掖2008.5.30.831284.24张掖2008.5.160.6044720.36张掖2008.5.80.5597350.16和政2008.7.61.47景滩关2008.8.280.1042景滩关2008.10.260.1986敦煌2008.7.290.3688民勤2008.7.280.2328白云2008.9.260.1628白云2008.9.140.3434民勤2008.7.300.1246民勤2008.8.20-8.210.153兰州2008.10.210.1424兰州2009.4.22 7:000.245兰州2009.4.22 8：300.2344兰州2009.4.30 6：000.1702兰州2009.4.180.3852.1.1张掖张掖属温带干旱气候，张掖土壤属于灌淤土，年均降水量198，主要种植玉米作物。张掖降水样品氮含量测定值见表2，表中张掖采样时间为2008.5.25、2008.6.6、2008.9.2的样品的硝态氮测定值为异常值，原因是在收集样品时造成了污染，图3中张掖硝态氮平均含量为0.81mg/kg，在各监测地块中硝态氮含量最高，说明张掖地区氮的自然氧化、生物体的燃烧、汽车尾气排放较强。图4中张掖铵态氮平均含量为0.92 mg/kg。2.1.2兰州兰州地处温带湿润气候与温带干旱气候的过渡带,温差大、降水少、冬季时间较长,具有显著的温带半干旱气候的特点.是以石油化工为主，有色冶金、机电、轻纺协调发展的综合性工业基地。兰州降水样品氮含量测定值见表2，图3中兰州硝态氮平均含量为0.24mg/kg。 2.1.3民勤民勤县属于内陆型干旱气候，土壤属于风沙土，年降雨量110mm,主要种植瓜类。民勤降水样品氮含量测定值见表2，图3中民勤硝态氮平均含量为0.17mg/kg。2.1.4白云白云降水样品氮含量测定值见表2，图3中白云硝态氮平均含量0.250mg/kg。2.1.5敦煌敦煌位于甘肃西端，属典型的暖温带干旱性气候，敦煌土壤属于灌漠土, 年降雨量39.3mm，棉花是主要种植作物。敦煌降水样品氮含量测定值见表2，图3中敦煌硝态氮平均含量为0.37mg/kg。2.1.6会川会川位于甘肃省中部，隶属与黄土高原侵蚀区，会川土壤属于黑麻土，年降雨量400，主要种植油菜作物。会川降水样品氮含量测定值见表2，表中会川采样时间为2008.9.21、2008.10.7、2008.10.17-10.18的样品的硝态氮测定值为异常值，原因是在收集样品时造成了污染，图3中会川硝态氮平均含量为0.40mg/kg，图4中会川铵态氮平均含量为1.02mg/kg，图5中会川总氮平均含量为4.22mg/kg。2.1.7镇原镇原县位于甘肃省庆阳地区西南部，镇原土壤属于黑垆土，年降雨量450mm,主要种植油料作物，镇原降水样品氮含量测定值见表2，表中镇原采样时间为2008.4.19、2008.4.21、2008.5.3、2008.6.6、2008.6.18、2008.7.13、2008.8.8、2008.8.15的样品的硝态氮测定值为异常值，原因是在收集样品时造成了污染，图3中镇原硝态氮平均含量为0.62mg/kg，图4中镇原铵态氮平均含量为1.09mg/kg，图5中镇原总氮平均含量为5.31mg/kg，在各监测点总氮含量最高。2.1.8静宁静宁土壤属于黑麻土, 年均降水量450.8，主要种植果树。静宁降水样品氮含量测定值见表2，表中静宁采样时间为2008.10.15的样品的硝态氮测定值为异常值，图3中静宁硝态氮平均含量为0.35mg/kg，图4中静宁铵态氮平均含量为0.48mg/kg，图5中静宁总氮平均含量为3.36mg/kg，在各监测点总氮含量最低。2.1.9靖远靖远土壤属于灰钙土，年降雨量250mm,主要种植小麦。靖远降水样品氮含量测定值见表2，图3中景滩关硝态氮平均含量为0.15mg/kg，在各监测点硝态氮含量最低。2.1.10和政和政县位于甘肃省临夏回族自治州南部，属北温带大陆性气候，春季多雨雪，夏季短而少高温，秋季降温快而又多连阴雨，冬季长而干燥，年降雨量639，且集中在农历七、八月间。和政降水样品氮含量测定值见表2，图4中和政铵态氮平均含量为1.47mg/kg，在各监测点铵态氮含量最高，说明和政地区农业活动向大气释放的NH3较多。 图3 不同监测点硝态氮含量变化 图4 不同监测点铵态氮含量变化 图5不同监测点总氮含量变化2.2不同时间降水中的养分含量图6硝态氮含量在0.330.87mg/kg之间,其中十月值最小、六月值最大；图7铵态氮含量在0.61.7mg/kg4之间，其中九月值最小、六月值最大；图8总氮含量在3.938.20mg/kg之间，其中九月值最小、六月值最大。 图6不同时间硝态氮含量变化 图7不同时间铵态氮含量变化图8 不同时间总氮含量变化2.3镇原、会川养分含量不同月份变化图9 不同月份镇原养分含量变化镇原总氮、硝态氮、铵态氮含量都呈现九月小、六月大，总体规律是五月至六月增加、六月至九月逐渐降低的趋势。图10 不同月份会川养分含量变化会川硝态氮含量八月和十月几乎相等，十月稍高，九月低呈V型分布；铵态氮含量八月之十月逐渐降低；总氮含量三月基本相等。2.4镇原、会川一年得到的N量表3会川总氮的平均值为4.22mg/kg，年均降水量400ml，可得到会川一亩地上一年通过大气降水而得到的氮的量是1.13kg；镇原总氮的平均值为5.31mg/kg，年均降水量450ml，可得到镇原一亩地上一年通过大气降水而得到的氮的量是1.59kg；静宁总氮的平均值为3.36mg/kg，年均降水量450ml，可得到静宁一亩地上一年通过大气降水而得到的氮的量是1.01kg，平均氮的量为1.24kg。表3 一亩地一年得到的N量监测点总氮(mg/kg)年均降水量(ml)kg/（年.亩）会川4.22 4001.126152镇原5.31 4501.593080静宁3.36 4501.0098423结论与讨论3.1甘肃降水中的硝态氮含量范围在0.150.81mg/kg之间，铵态氮含量范围在0.481.47mg/kg之间，总氮含量范围在3.365.31mg/kg之间。硝态氮主要是农业活动（动物废物、含氮有机物的燃烧和施肥）和工业的排放等长期作用的综合结果；铵态氮主要是汽车尾气、生物体燃烧、土壤微生物活动等长期作用的综合结果。3.2图9镇原总氮、硝态氮、铵态氮含量都呈现九月小、六月大，总体规律是五月至六月增加、六月至九月逐渐降低的趋势，主要是由于六月份农作物追施氮肥，氮挥发造成降水中的氮含量增加。图10会川硝态氮含量八月和十月几乎相等，十月稍高，九月低呈V型分布；铵态氮含量八月至十月逐渐降低；总氮含量三月基本相等。3.3由表3得会川一亩地上一年得到的氮的量是1.13kg；镇原一亩地上一年得到的氮的量是1.59kg；静宁一亩地上一年得到的氮的量是1.01kg，平均氮的量为为1.24kg。由此可以看出一亩地一年从大气降水中补充的N素大约在1kg左右。参考文献1宋玉芝,秦伯强,杨龙元,胡维平,等.大气湿沉降向太湖水生生态系统输送的氮的初步预算,湖泊科学,2005,17(3):226-230.2Levy H,Max in W.1987.Fate of US and Cananian com bustion nitrogen emissions Nature,328 4144163Jenkinson DS 1990.An introduction to the global nitrogen cycles Soil Use Manage,6,566142007年甘肃省环境状况公报5 林纾,陆登荣,等.近40年甘肃省降水的变化特征,高原气象,第23卷,第6期6伍光和,江存远.甘肃省综合自然区划M.兰州:甘肃科技技术出版社,19987Liu J-Q,et al.1995.the background Precipitation.Bei-jing:China Environmental Science Press.1114(in chinese)10 monitoring points in the precipitation of different forms of N Content in Gansu ProvinceXX(College of XX, XX University Lanzhou 730070)Abstract: In this paper, by measuring 10 areas of Gansu Province pr