（环境科学专业论文）青岛大气气溶胶中总溶解态和颗粒态氨基化合物的研究.pdf

1 4 l i iillll l l 1 l l l l 1 l l l l l l l11 111 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 q y 18 2 9 9 5 2 青岛大气气溶胶中总溶解态和颗粒态氨基化合物 的研究 学位论文完成日期：! 丛眇：孑 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 底、虱 毽乞茅 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：花娉幽签字日期：咖。占月矿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：施俘卣 导师签字： 后嘶 、l 签字日期：卅p 年口( 剧冒日 签字日期：劲f o 年月国日 青岛大气气溶胶中总溶解态和颗粒态氨基化合物的研究 摘要 有机氮是气溶胶中含氮物质的重要组成部分，在大气氮循环及对海洋生态系 统的影响方面具有重要意义。大气中有机氮化合物种类繁多，氨基化合物是其中 能定性、定量分析的化合物。由于氨基化合物是生物生长直接的氮源，因此研究 大气中氨基化合物的数量、来源和分布特征等有助于认识大气有机氮对海洋生态 系统的直接作用。 本论文选择青岛近岸为目标区域，采集了2 0 0 8 年1 月至1 2 月大气气溶胶 样品6 6 个。利用实验室已建立的分析方法测定了气溶胶中游离态( d i s s o l v e df r e e a m i n oc o m p o u n d s ，d f a c ) 、结合态( d i s s o l v e dc o m b i n e da m i n oc o m p o u n d s ， d c a c ) 、溶解态( t o t a ld i s s o l v e da m i n oc o m p o u n d s ，t d a c ) 和颗粒态氨基化合 物( p a r t i c u l a t ea m i n oc o m p o u n d s ，p a c ) ，认识了气溶胶中各种形态氨基化合物 的分布特征和季节变化，并探讨了气团来源不同对氨基化合物的组成和分布的影 响，以及沙尘天气过程对气溶胶中氨基化合物的影响。 结果表明：2 0 0 8 年青岛大气气溶胶中，颗粒物浓度均值为2 7 2 3 甥m 。3 。 5 月最高，均值为8 9 0 8 烬m 。，8 月最低，均值为1 2 3 0b g - m 3 ：季节分布特征 为春季( 4 4 1 3w a g m 3 ) 冬季( 2 3 6 7 腭m 3 ) 秋季( 2 0 6 5 峙m 。3 ) 夏季 ( 1 4 5 8h g m - 3 ) 。 d f a c 浓度为0 1 1 0 9n m o l m ，均值为2 2 4 - 1 2n m o l m 一，其对t d a c 的平均贡献约为2 2 。5 月( 3 9 4 - 1 7n m 0 1 m 。3 ) 最高，9 月( 1 1 4 - 0 1n m 0 1 m 3 ) 最低；季节分布为：春季( 2 7 士1 4n m 0 1 m 。3 ) 秋季( 2 2 4 - 1 4n m 0 1 m 。3 ) 夏季( 1 9 4 - 0 6n m o l m 3 ) 冬季( 1 8 4 - 1 0n m o l m 。3 ) 。精氨酸( a r g i n i n e ，a r g ) 、 甲胺( m e t h y l a m i n e ，m a ) 、丙氨酸( a l a n i n e ，a l a ) 的贡献最为显著，春、冬 季，苏氨酸( t h r e o n i n e ，t h r ) 的贡献也较大；夏、秋季，蛋氨酸亚砜( m e t h i o n i n e s u l f o x i d e ，m e t s o ) 的贡献也较为突出。 d c a c 浓度为0 9 - 3 3 4n m o l m 一，均值为7 7 4 - 3 0n m o l m 一，对t d a c 的贡献约为7 8 ，为d f a c 浓度的4 倍左右。全年中5 月最高，1 0 月最低； 季节变化较明显：春季( 9 9 4 - 4 5n m o l m o ) 夏季( 7 6 士2 7n m o l m 。3 ) 冬 季( 6 7 + 1 6n m o l m 。3 ) 秋季( 5 7 士2 9n m o l m 3 ) 。a r g 、m a 、a l a 也是贡 献最为突出的氨基化合物组分，此外，春季甘氨酸( g l y c i n e ，g l y ) 、丝氨酸 ( s e r i n e ，s e r ) 、t h r 的贡献也较大；夏、秋季蛋氨酸( m e t h i o n i n e ，m e t ) 的贡 献也较为突出：冬季s e r 、t h r 的贡献也占较大比例。 t d a c 浓度为2 4 - - 4 0 9n m o l m 一，均值为9 9 士3 8n m o l m ，对t a c 的 平均贡献约为5 8 。5 月( 1 9 。2 + 9 6n m o l m o ) 最高，1 0 月( 6 0 4 - 1 6n m o l m 3 ) 最低；季节分布为：春季( 1 2 6 + 4 7n m o l m 。) 最高，夏季( 9 5 4 - 3 2n m 0 1 m 。3 ) 、 冬季( 8 5 4 - 2 2n m o l m 。) 次之，秋季( 8 0 士4 0n m 0 1 m 。3 ) 最低。a r g 、m a 、 a l a 是贡献较大的氨基化合物组分，此外，春季贡献较大的氨基化合物组成 还有g l y 、s e r 、t h r ；夏季s e r 贡献的贡献也较大，t h r 、s e r 为冬季贡献较 大的氨基化合物组分，和d c a c 很相似。 p a c 浓度为0 7 7 6 1n m o l r l l 一，均值为7 1 4 - 4 3n m o l m 一，对t a c 的平 均贡献为4 2 ，略低于t d a c 。5 月( 1 6 5 士1 9 7n m o l m 刁) 最高，6 月( 3 3 士1 5 n m o l m 0 ) 最低，季节变化较明显：为春季( 9 3 4 - 8 2n m o l m 刁) 冬季( 6 7 4 - 3 0 n m 0 1 m 3 ) 秋季( 5 6 4 - 1 7 n m 0 1 m 3 ) 夏季( 4 8 士2 3 n m 0 1 m 3 ) 。a r g ，a l a ， 天冬氨酸( a s p a r t i ca c i d ，a s p ) ，谷氨酸( g l u t a m i ca c i d ，g l u ) ，s e r ，m e t ，鸟 氨酸( o m i t h i n e ，o m ) 在四个季度p a c 中的贡献都较为突出，春季g l y 的贡 献也较大，其他季节组成相似，特别是秋、冬季节。 采用美国国家海洋和大气局( n o a a ) 的后向轨迹模式( h y s p l i t ) ，对青岛 6 6 个样品进行7 2 小时后向轨迹分析，根据气团来源不同，可分为受北方陆源、 南方陆源、海洋源影响，d f a c 、d c a c 、t d a c 和p a c 的浓度分布均是南方陆 源最高，北方陆源次之，海洋源最低，不同来源的气溶胶样品中氨基化合物组成 不同，蛋白质类氨基化合物在海洋源中贡献最高，非蛋白质类在南方源贡献最高。 t d a c 对总溶解有机氮( d i s s o l v e do r g a n i cn i t r o g e n ，d o n ) 的贡献为1 0 8 9 3 ，其中d c a c 的贡献最为突出，约为8 4 7 4 。a r g 和m a 的贡献最 显著，其次是a l a 、m e t 、s e r 、h i s 等。 关键词：氨基化合物；有机氮；气溶胶；青岛；中国近海 l i s t u d yo nt o t ai dis s oiv e d a n dp ar tic uia t ea min o c o m p o u n d sina t m o s p h erica er o s oiin0i n g d a o a b s t ra c t o r g a n i cn i t r o g e n i sa n i m p o r t a n tc o m p o n e n t o f n i t r o g e n c o n t a i n i n g c o m p o u n d si na t m o s p h e r i ca e r o s o l s ，a n di tm i g h th a v eas i g n i f i c a n ti n f l u e n c eo nt h e n u t r i t i o nb u d g e t so fm a r i n ee c o s y s t e ma n dt h eg l o b a l n i t r o g e nc y c l i n g o r g a n i c n i t r o g e nc o m p o u n d sh a v ev a r i o u sf o r m si na t m o s p h e r i ca e r o s o l s a m i n oc o m p o u n d s a r et h ec o n e r n e dc o m p o u n d sb e c a u s eo ft h e i rp o t e n t i a lr o l e si ne c o l o g i c a l p r o c e s s e s a n d p l a n tn u t r i t i o n t h es t u d i e so fc o n c e n t r a t i o n s ，s e a s o n a lv a r i a t i o n sa n d d i s t r i b u t i o n so fa m i n oc o m p o u n d si nt h ea t m o s p h e r i ca e r o s o l sw o u l db eh e l p f u lt o e v a l u a t et h er o l e so fo r g a n i cn i t r o g e ni nt h eg l o b a la t m o s p h e r i cn i t r o g e nb u d g e ta n d m a r i n ee c o s y s t e m t h eo v e r a l lg o a lo ft h i sp a p e ri st oc h a r a c t e r i z ed i s s o l v e df r e ea m i n oc o m p o u n d s ( d f a c ) ，d i s s o l v e dc o m b i n e da m i n oc o m p o u n d s ( d c a c ) ，t o t a ld i s s o l v e da m i n o c o m p o u n d s ( t d a c ) ，a n dp a r t i c u l a t ea m i n oc o m p o u n d s ( p a c ) i n6 6t o t a ls u s p e n d e d p a r t i c l e s ( t s p ) s a m p l e sc o l l e c t e df r o mj a n u a r y2 0 0 8t od e c e m b e r2 0 0 8a tt h ec o a s t a l a r e ai nq i n g d a o ，i no r d e rt ou n d e r s t a n dt h ee f f e c t so fo r g a n i cn i t r o g e no nt h em a r i n e e c o s y s t e m t h em a j o rr e s u l t sr e p o r t e dh e r ei n c l u d et h ec o n c e n t r a t i o n s ，s e a s o n a l v a r i a t i o n sa n dd i s t r i b u t i o n so fa m i n oc o m p o u n d s ，t h ee f f e c t so ft h ed i f f e r e n ts o u r c e s o fa i rm a s s e sb a c k t r a j e c t o r i e s o nt h e c o m p o s i t i o na n dd i s t r i b u t i o no fa m i n o c o m p o u n d s ，a n dt h ee f f e c t so ft h ed u s tw e a t h e rt oa m i n oc o m p o u n d si nt h ea e r o s 0 1 t h ec o n c l u s i o n sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w ： t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fp a r t i c u l a t em a t t e ri n6 6t s ps a m p l e si s 2 7 2 3 t t g m 一t h r o u g h o u tt h ey e a r , t h eh i g h e s tc o n c e n t r a t i o no fp a r t i c u l a t em a t t ei si nm a v w i t ha na v e r a g ec o n c e n t r a t i o no f8 9 0 8 t t g m 一，a n dt h em i n i m u mi si na u g u s tw i t h a v e r a g eo f12 3 o “g m t h er a n ko fs e a s o n a ld i s t r i b u t i o ni ss p r i n g ( 4 41 3 p g m 3 ) w i n t e r ( 2 3 6 7 | l g m 一) a u t u m n ( 2 0 6 5p g m 。3 ) s u m m e r ( 1 4 5 8 嵋m 。3 ) t h ec o n c e n t r a t i o n so fd f a c r a n g ef r o m0 13t o10 8 9n m o l m 。3w i t h 锄a v c r a g e o f2 2 3 士1 2 4 n m o l m 一，a n dt h ea v e r a g ec o n t r i b u t i o nt ot d a ci sa b o u t2 2 1 t h r o u g h o u tt h ey e a r , t h eh i 曲e s tm o n t h l ya v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fd f a ci s3 94 - 1 7 n m o l m i nm a y , w h i l et h em i n i m u mi si ns e p t e m b e rw i t ha v e r a g e1 1 士0 1n m o l m c o n c e n t r a t i o n so fd f a cv a r ys e a s o n a l l nh i g h e rv a l u e so c c u r r i n gi ns p r i n g ( 2 74 - 1 4 n m o l m 3 ) a n da u t u m n ( 2 。2 士1 4n m o l m 3 ) ，l o w e rv a l u e so c c u r r i n gi ns u m m e r ( 1 9 3 士 0 5 8n m o l m 。3 ) a n dw i n t e r ( 1 8 士1 0n m o l m 。3 ) a r g i n i n e ( a r g ) ，m e t h y l a m i n e ( m a ) ， a l a n i n e ( a l a ) a r et h ed o m i n a n td f a cs p e c i e s ，t h r e o n i n e ( t h r ) a l s om a k e sg r e a t c o n t r i b u t i o n si ns p r i n ga n dw i n t e r , a n dm e t h i o n i n es u l f o x i d e ( m e t s o ) a c c o u n t sf o ra l a r g ep r o p o r t i o ni ns u m m e ra n da u t u m n c o n c e n t r a t i o n so fd c a cr a n g ef r o m0 9t o3 3 4n m o l m 一，a n dt h em e a ni s7 7 士 3 0n m o l 。m 一，w h i c hc o n t r i b u t e st ot d a ca b o u t7 8 ，a b o u t3t i m e sm o r et h a nd f a c t h eh i g h e s ti si nm a y a n dl o w e s ti no c t o b e r s e a s o n a ld i s t r i b u t i o n so fd c a c c o n c e n t r a t i o na r e ：s p r i n g ( 9 94 - 4 5n m o l m 。3 ) s u m m e r ( 7 64 - 2 7n m o l m 一3 w i n t e r ( 6 74 - 1 6n m o l m 。3 ) a u t u m n ( 5 74 - 2 9n m o l m 。3 ) a r g ，m a ，a n da l aa r et h em o s t p r o m i n e n tc o n t r i b u t o r si nd c a c ，i na d d i t i o n ，g l y , s e ra n dt h r 。sc o n t r i b u t i o n sa r e r e l a t i v e l yl a r g ei ns p r i n g ，c o n t r i b u t i o no fm e ti sm o r eo u t s t a n d i n gi ns u m m e ra n d a u t u m n ，a n dc o n t r i b u t i o n so fs e ra n dt h ra c c o u n tf o ral a r g ep r o p o r t i o ni nw i n t e r t h er a n g eo ft d a cc o n c e n t r a t i o ni sf r o m2 4t o4 0 9n m o l 。m 一，w i t ha na v e r a g e o f9 9 - i - 3 8n m o l m 一，a n dt h ea v e r a g ec o n t r i b u t i o nt ot a ci sa b o u t5 8 t h r o u g h o u t t h ey e a r , t h eh i g h e s ti si nm a y ( 19 24 - 9 6n m o l m 。) ，a n dl o w e s ti no c t o b e r ( 6 04 - 1 6 n m o l m 。) s e a s o n a ld i s t r i b u t i o n sa r ea sf o l l o w s ：t h em a x i m u mi si ns p r i n g ( 12 6 士 4 7n m o l m 3 ) ，a n dt h e ns u m m e r ( 9 54 - 3 2n m o l m 。3 ) ，w i n t e r ( 8 5 士2 2n m o l m 。3 ) ， a n dm i n i m u ma u t u m n ( 8 04 - 4 0n m o l 。m 。j ) a r g ，m aa n da l aa r e t h em a j o r c o n t r i b u t o r st ot d a c i na d d i t i o n ，g l y , s e t , t h rc o n t r i b u t el a r g e ri ns p r i n g ，a n ds e r , l a r g e ri ns u m m e r , 刀z f = s e rl a r g e ri nw i n t e r , w h i c hi ss i m i l a rw i t hd c a c 。 p a cc o n c e n t r a t i o n sr a n g ef r o m0 7t o7 6 1n m o l 。m 一，w i t ha l la v e r a g eo f7 1 4 - 4 3u m o l 。m 一，a n dt h ea v e r a g ec o n t r i b u t i o nt ot a ci s4 2 ，l e s st h a nt d a c a r g ，a s p ， g l u ，a l a , o mi sm a j o rc o n t r i b u t o r st op a c p a cc o n c e n t r a t i o ni nm a y ( 1 6 4 64 - 19 6 5 n m o l - m 3 ) i st h eh i g h e s t ，i nj u n e ( 3 34 - 1 5n m o l m 。3 ) m i n i m u m ，s e a s o n a lt r e n di s o b v i o u s ：s p r i n g ( 9 34 - 8 2n m o l m 3 ) w i n t e r ( 6 74 - 3 0n m o l m 3 ) a u t u m n ( 5 6 4 - 1 7n m o l m 3 ) s u m m e r ( 4 84 - 2 3n m o l m 。3 ) a r g , a l a , a s p ，g i u , s e t , m e t , o mi n n p a ca r ep r o m i n e n ti nt h ef o u rs e a s o n s ，a n dg l ya l s oh a sal a r g ec o n t r i b u t i o ni nt h e s p r i n g t h r e ed a y sa i rm a s sb a c kt r a j e c t o r i e sw e r ec a c u l a t e do ft h e6 6t s ps a m p l e sb y t h eu s n a t i o n a lo c e a n i ca n da t m o s p h e r i ca d m i n i s t r a ti o n o a a ) b a c k w a r d t r a j e c t o r ym o d e l ( h y s p l i t ) ，a n di tt u r n s o u tt h a tt h es a m p l e sm a i n l yi n f l u e n c e d n o r t h e r l yc o n t i n e n t a ls o u r c e s ，s o u t h e r l yc o n t i n e n t a ls o u r c e s ，a n dm a r i n es o u r c e s t h e c o n c e n t r a t i o n sa r et h eh i g h e s ti nt h es a m p l e si n f l u e n c e db ys o u t h e r l yc o n t i n e n t a l s o u r c e s ，a n dl o w e ri ns a m p l e si n f l u e n c e db yn o r t h e r l yc o n t i n e n t a ls o u r c e s ，l o w e s ti n s a m p l e si n f l u e n c e db ym a r i n e s o u r c e s a f f e c t e db yd i f f e r e n t s o u r c e s ，a m i n o c o m p o u n d sv a r yd i f f e r e n t l yi nd i f f e r e n tf o r m s i nd i s s o l v e da n dp a r t i c u l a t ea m i n o c o m p o u n d s ，p r o t e i na m i n oc o m p o u n d sa r eh i 曲e s ti ns a m p l e si n f l u e n c e db ym a r i n e s o u r c e s ，a n dn o n - p r o t e i na m i n oc o m p o u n d sa r ch i g h e s ti ns a m p l e si n f l u e n c e db y s o u t h e r l yc o n t i n e n t a ls o u r c e s t d a cc o n t r i b u t e st ot o t a ld i s s o l v e do r g a n i cn i t r o g e n ( d o n ) w i t ha na v e r a g eo f 10 8 4 - 9 3 ，a n dd c a ci st h el a r g e rc o n t r i b u t o r , a v e r a g e d8 4 - - t ：7 4 a r ga n d m aa r et h el a r g e s tc o n t r i b u t o r s ，f o l l o w e db y a l a ，m e t ，s e r , h i s k e yw o r d s ：a m i n oc o m p o u n d s ；o r g a n i cn i t r o g e n ；a e r o s o l ；q i n g d a o ；t h e m a r g i n a ls e ao fc h i n a ； 目录 前言1月u 吾1 l 文献综述2 1 1 大气沉降中溶解有机氮的研究2 1 2 大气沉降中氨基化合物的研究现状4 1 2 1 大气沉降中氨基化合物的贡献5 1 2 2 大气沉降中氨基化合物的组成6 1 2 3 氨基化合物的光化学活性6 1 2 4 大气沉降中氨基化合物的来源7 1 2 5 氨基化合物对海洋生态系统的影响8 2 实验部分8 2 1 样品采集8 2 2 样品采集期间气象条件9 2 3 样品保存和预处理1 1 2 4 样品分析1 2 2 4 1 仪器与试剂1 2 2 4 2 色谱条件q * 6 1 2 2 4 3 衍生条件1 3 3 青岛大气气溶胶的颗粒物浓度分布特征1 4 4 青岛大气气溶胶中溶解态氨基化合物的浓度分布和组成特征1 5 4 1 游离氨基化合物浓度分布和组成特征1 5 4 1 1 游离氨基化合物的浓度分布与组成特征1 5 4 1 2 总游离态氨基化合物的季节变化1 7 4 1 3 总游离氨基化合物浓度分布与颗粒物浓度的关系2 0 4 2 结合氨基化合物浓度分布和组成特征2 l 4 2 1 结合氨基化合物浓度分布和组成特征2 1 4 2 2 结合态氨基化合物的季节变化2 2 4 2 3 结合态氨基化合物与颗粒物的关系2 4 4 3 总溶解态氨基化合物浓度分布和组成特征2 5 4 3 1 总溶解态氨基化合物浓度分布和组成特征2 5 4 3 2 总溶解态氨基化合物季节分布特征2 7 4 3 3 总溶解态氨基化合物与颗粒物的关系2 9 5 青岛大气气溶胶中的颗粒态氨基化合物浓度分布和组成特征3 0 5 1 颗粒态氨基化合物浓度分布和组成特征3 0 5 2 颗粒态氨基化合物季节分布3 1 5 3 颗粒态氨基化合物与颗粒物的关系3 3 6 青岛大气气溶胶中的氨基化合物来源分析3 4 6 1 游离态氨基化合物的来源分析3 5 6 2 结合态氨基化合物的来源分析：3 6 6 3 总溶解态氨基化合物的来源分析3 8 6 4 颗粒态氨基化合物的来源分析3 9 7 溶解态氨基化合物对有机氮的贡献4 0 7 1 游离氨基化合物氮对总溶解有机氮的贡献4 0 7 2 结合态氨基化合物氮对总溶解态有机氮的贡献4 2 7 3 总溶解态氨基化合物对总溶解态有机氮的贡献4 3 8 结论4 4 参考文献4 7 致 射5 3 2 青岛大气气溶胶中总溶解态和颗粒态氨基化合物的研究 前言 大气的干湿沉降是大气中许多物质包括金属元素、营养元素等进入海洋的重 要途径，对海洋生物生长和海洋生态系统的结构有着极其重要的影响，在全球的 物质循环中扮演着重要角色。氮是生物生长的重要元素，也是控制海洋生态系统 结构、功能、物种组成和生物多样性的关键元素之一。世界各地的监测数据表明 溶解有机氮( d o n ：d i s s o l v e do r g a n i cn i t r o g e n ) 是大气颗粒物和雨水中氮的重要 组分，占氮沉降总量的2 0 8 0 【卜2 1 ，在全球氮循环及氮沉降对生态系统的影响方 面具有重要意义【1 ，3 ，4 1 。 大气沉降中的有机氮种类繁多，其中氨基化合物是一类已经被定性认识的、 为数不多的有机氮化合物之一。氨基化合物是一类重要的吸湿化合物，能够潜在 的影响到气溶胶的吸湿性和雾化作用，因此在大气水循环、大气的辐射平衡和大 气污染物的清除等方面具有重要作用【5 】。另外氨基化合物是生物生长直接的氮源 【6 】，能够对生态系统产生直接的作用，例如：氨基化合物作为某些植物的营养源， 能够影响海洋生态系统的结构和生产力，因此大气沉降中氨基化合物的研究正在 受到人们的关注，已经成为大气有机氮研究的一个重要方面。气溶胶中的氨基化 合物可以溶解态和颗粒态的形式存在，已有的研究表明，在总氨基化合物中颗粒 态氨基化合物的贡献高于溶解态的，而溶解态氨基化合物中又以结合态的贡献高 于游离态的【6 母】，如加利福尼亚北部，游离氨基化合物为细颗粒气溶胶中溶解有 机氮的2 - 4 ，但总溶解态氨基化合物( 包括游离和结合的) 在其中占有较大的 比例，平均值为2 3 1 8 】；大西洋大气气溶胶中颗粒态氨基化合物约为总溶解态氨 基化合物的3 倍多【9 】。因此研究大气气溶胶中不同形态的氨基化合物有助于全面 认识大气氨基化合物氮沉降对海洋初级生产力的贡献。 青岛地区位于中国山东半岛南端，东、南濒临黄海，西、北连接内陆，是海 陆大气环境交换的中间地带，因此本论文选取青岛地区作为目标研究区域。在国 际s o l a s 计划的大背景下，以国家自然科学基金项目为依托，研究青岛大气气 溶胶中总溶解态和颗粒态氨基化合物浓度分布以及氨基化合物组成、来源和季节 分布特征。这项工作对认识我国近海大气沉降中有机氮在大气化学中的作用和对 海洋新生产力的贡献等方面具有重要的。 青岛大气气溶胶巾总溶解态和颗粒态氨基化合物的研究 1 文献综述 大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系 【l o 】。大气气溶胶的尺度范围从1 0 3 9 m 的分子团到1 0 0 p m 的尘埃、云滴，气溶胶 的质量浓度变化达到1 5 个量级，数浓度变化可以达到1 4 个量级【l l 】，其化学成分 相当复杂，而且随地理位置、天气条件的变化而有很大的变化。气溶胶可以分为 海源和陆源两种，陆源气溶胶主要来自地球表面的岩石和土壤的风化，植物花粉、 孢子，人类燃烧活动和自然火灾，工厂排放的烟尘及气体发生化学反应或凝聚而 产生的液体或固体粒子等：海源气溶胶主要包括海洋表面由于风浪作用使海水泡 沫飞溅而生成的海盐粒子，海洋生物生理活动产生的有机物通过海一气界面交换 进入大气，并经一系列化学物理转化过程形成的液体或固体粒子等。 大气气溶胶可以通过重力沉降、雨水冲刷等过程从大气中移除。一般而言， 将与降雨、降雪过程无关的气溶胶从大气中发生的物理沉降过程，如重力沉降、 湍流扩散、布朗扩散及碰撞等过程【1 2 】，称为大气干沉降过程；将通过雨、雪等 各种形式降水过程使气溶胶从大气中清除的过程称为大气湿沉降过程。大气干、 湿沉降是陆源天然和人为化学元素向海洋输送的重要通道之一，气溶胶和雨水中 可溶解元素易被海洋动、植物吸收并富集，对海洋生态环境产生直接的影响。研 究表明，海洋中浮游生物对雨水中的营养元素有快速反应，初级生产力在降水事 件后迅速提剐1 3 - 14 1 。 1 1 大气沉降中溶解有机氮的研究 2 0 世纪中期以来，随着矿物燃料燃烧、化学氮肥的生产和使用以及畜牧业的 迅猛发展，人类活动向大气中排放的活性氮越来越多，大气氮沉降也呈迅猛增加 的趋势15 1 。据估计，人类活动产生的活性氮化合物已经由1 8 6 0 年的1 5 t gn - a 1 增 j n n 2 0 世纪9 0 年代中期的1 6 5t gn a - 1 【1 6 】，增幅高达1 1 倍，约为全球氮临界负荷 ( 11 0t gn a 1 ) 的1 6 倍【l7 】。人为活动产生的活性氮进入大气层后通过大气转化 与大气环流的作用，6 0 8 0 的氮又沉降到广阔的陆地与海洋生态系统中 1 8 - 1 9 。大气氮沉降作为营养源与酸源，其数量的急剧变化将严重影响陆地及水生 生态系统的生产力和稳定性f 2 们，因而成为各国科学家和公众广泛关注的议题。 二十世纪五十年代首次检测了雨水和雪中的d o n ，而后大气有机氮的研究 2 青岛大气气溶胶中总溶解态和颗粒态氨基化合物的研究 逐渐得到重视 2 1 之2 1 。最近研究表明，有机氮在大气干、湿沉降中的贡献不同，通 过对2 0 0 7 年3 月4 月在新加坡采集的大气样品进行分析发现，有机氮在大气 干、湿沉降中对总氮的贡献分别为3 0 年n1 5 ；研究还预测n 0 3 、n h 4 + 、有机 氮及总氮的湿沉降通量分别为1 6 1 士6 5k g h a a - 1 ，1 1 5 士5 7k g h a a ，3 。8 士1 。5 k gh a a 。1 和3 1 5 士1 3 2k gh a a ，千沉降通量分别为2 5 士0 8k gh a a ，1 4 士0 9 k g h a a ，2 3 士1 4k gh a a 1 和7 5 士2 6k gh a a 。i 2 3 。 世界不同地区雨水中的有机氮均能被检测得到，雨水中d o n 的浓度有时等 于甚至超过其中的无机氮组分( 1 , 2 2 】。将不同研究地点用不同的分析方法得到的雨 水中有机氮数据进行直接的归纳比较( 表1 ) 发现：陆地雨水中三分之一的溶解 氮是以有机氮的形式存在，而海洋环境中，d o n 达到雨水中总氮的6 0 。目前 有关大气气溶胶中有机氮的研究较少，现有的研究表明，2 0 0 5 年6 月到2 0 0 7 年 3 月在苏格兰南部采集的大气干、湿沉降样品中，d o n 分别占总有机氮的4 9 、 3 6 【2 4 1 。由于海洋大气中有机氮的研究极少，人们对海洋雨水中有机氮的认识还 存在很多问题，尤其是有机氮的来源、转化以及在大气中长距离迁移的沉降过程。 与气溶胶中有机碳一样，大多数有机氮存在于细粒子上【1 ，2 5 1 ，这可能是由于气 粒反应的结果，也可能是气溶胶的吸湿性所导致的。对雾( 美国) 和云水( 美国 和智利) 中有机氮的研究支持了这一观点，并证实了d o n 对总氮的贡献为2 0 - - 6 5 2 ，6 1 。 表1不同地区雨水中溶解有机氮的浓度和在总氮中的比例f i j 溶解有机氮的平均 溶解有机氮在总氮中 引用文献数量 地区 浓度和范围 的平均比例( ) ( p a n o l l 。1 ) 陆地( 世界范围)2 3 ( 1 3 - 3 4 )2 91 9 沿海( 世界范围)9 ( 6 - - 2 1 ) 2 62 3 海洋( 北大西洋和太 平洋中部) 7 ( 2 8 )6 27 大气中的有机氮来自各种不同的排放源，化石燃料的使用可直接释放或通过 大气中的气相、气粒反应间接产生有机氮【2 6 2 7 1 ，如燃料燃烧释放的n o x 与自然 或人为源释放的挥发性有机碳通过光化学反应可形成有机硝化物【2 8 】。生物本身 也可以通过直接或间接的方式【2 7 】对大气中的有机氮有贡献，化肥生产和化肥使 青岛大气气溶胶中总溶解态和颗粒态氨基化合物的研究 用是大气有机氮的另一个源。农业生产大量施用的含氮化肥会挥发进入大气，也 会在土壤中经降水或径流淋洗发生迁移，进而影响气溶胶的组成【2 9 1 。迄今为止， 化肥释放到大气中的有机氮还没有被很好的研究，但c o m e l l 掣1 3 0 】曾指出亚洲 地区尿素的使用可能是雨水中尿素的主要来源。植被燃烧也可以释放有机氮，其 产生的烟羽可从陆地长距离迁移到很远的地方，如起源于亚马逊河盆地的植被燃 烧烟羽可迁移到太平洋【3 ，这表明有机氮可能经过几百到几千公里的长距离迁 移。大气中的有机氮还来自于与土壤和沙尘有关的有机物，e k l u n d 掣3 2 垮艮道的 雨水中d o n 与地壳物质的统计关系支持了这一观点。d o n 另一个潜在的源是来 自海洋微表层富含有机物的海盐气溶胶f 3 3 1 。w e a t h e r s 等【2 】认为智利南部云水中的 d o n 可能来自与毗邻的上升流区有关的海洋源。c o m e l l 等认为海盐气溶胶不 会对雨水中的d o n 有多大贡献，因为海盐气溶胶相对较大( 直径为 1 啪) ，更 易于从大气中沉降下来，而远离人为排放源的大气d o n 主要与细粒子气溶胶相 联系【l 】。很显然，需要进一步的研究明确海洋源对大气d o n 的贡献。 我国