林地大气氮沉降的观测研究_百度文库

1、中国环境科学 2007,27(1:79 China Environmental Science 林地大气氮沉降的观测研究樊建凌1,2,胡正义1*,庄舜尧1,周静1,3,王体健4,刘翠英1,2(1.中国科学院南京土壤研究所,土壤与农业可持续发展国家重点实验室,江苏南京 210008;2.中国科学院研究生院,北京 100049;3.中国科学院红壤生态实验站,江西鹰潭 335211;4.南京大学大气科学系,江苏南京 210093摘要:2004年11月2005年10月,以小叶栎林地为研究对象,研究了大气沉降氮通量及其3种物理形态(气态、颗粒态、雨水4种氮化物(NH3,NH4+-N,NO3-N,NO2的

2、相对贡献.结果表明,大气氮沉降总量为82.8kg/(hm2·a,其中干沉降占67%;NH3-N是氮沉降的主要贡献者,占干沉降的82%,占总氮沉降量的56%;还原态的氮化物(NH3,NH4+-N占总氮沉降量65%.关键词:氮;森林生态系统;大气氮沉降中图分类号:X511 文献标识码:A 文章编号:1000-6923(200701-0007-03Observation of atmospheric nitrogen deposition into forestland. FAN Jian-ling1,2, HU Zheng-yi1*, ZHUANG Shun-yao1, ZHOU Jin

3、g1,3, WANG Ti-jian4, LIU Cui-ying1,2 (1.State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Nanjing Institute of Soil Sciences, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China;2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;3.Experiment Station of Red Soil Ecolog

4、y, Chinese Academy of Sciences, Yingtan 335211, China;4.Department of Atmospheric Science, Nanjing University, Nanjing 210093, China. China Environmental Science, 2007,27(1:79Abstract:From 2004 November to 2005 October, the inputting of nitrogen fluxes into forestland from atmospheric deposition and

5、 its relative contributions of three kinds of physical form (gas, particulate and rainwater and four kinds of nitrogen compounds (NH3, NH4+-N, NO3-N and NO2 were studied with study object of broadleaf forest (Quercus chenii at Forest Micrometeorological Experiment Sub-Station, Experiment Station of

6、Red Soil Ecology, Chinese Academy of Sciences. Total amount of atmospheric nitrogen deposition was 82.8 kg/(hm2·a, in which dry deposition occupied 67%, NH3 was the main contribution, occupying 82% of the dry deposition, and 56% of the total nitrogen deposition amount. Reduced nitrogen compound

7、 (NH3, NH4+-Noccupied 65% of the total nitrogen deposition amount. Therefore, the contribution of atmospheric nitrogen deposition should be considered when studying the forest soil acidification and management.Key words:nitrogen;forest ecosystem;atmospheric nitrogen deposition大气干湿沉降是森林生态系统获得氮素的重要途径1

8、.而过量氮沉降可以导致森林土壤酸化,树木养分失衡,物种多样性改变1.大气中还原性氮化物(NH3和NH4+主要来自农田施肥和集约畜牧业2,氧化型氮化物(NO,NO2,NO3-主要来源于工业和化石燃料的燃烧3.有研究报道,陕西中部氮湿沉降为75kg/(hm2·a4;江西南昌大气氮湿沉降量为75kg/(hm2·a5.然而,有关我国大气氮干沉降研究很少.本研究以中国科学院红壤生态试验站森林微气象站为依托,对大气氮沉降通量进行研究,以评价3种源(气态、颗粒态和雨水的贡献以及典型的氮化物(NH3,NH4+-N,NO3-N,NO2在总沉降中所占的比例.为评价大气氮沉降对森林生态系统影响提

9、供依据.1 材料与方法1.1 实验场地实验在中国科学院红壤生态试验站(江西鹰收稿日期:2006-06-04基金项目:中国科学院知识创新项目(ISSASIP0205;教育部留学回国启动基金;土壤与农业可持续发展国家重点实验室基金;国家“973”项目(G1999011805;国家自然科学基金资助项目(40305019 * 责任作者, 研究员, zhyhu8 中国环境科学27卷潭森林小气候分站进行.下垫面为树龄18年,平均树高2.8m落叶阔叶林(小叶栎,Quercus Chenii. 四周较开阔,附近5km范围内没有大的污染源.鹰潭市燃煤火电厂位于实验地上风方向以西10km,贵溪电厂位于实验地以东3

10、0km.1.2样品采集与分析采用TH-2001大气环境自动观测系统(武汉天虹智能仪表厂定位监测大气NO2浓度,采样高度约4.2m,每min测定1次.采用TH110B空气采样器(武汉天虹智能仪表厂采集氨态氮,以10%的H2SO4为吸收液,每月上、中、下旬各2d,每天4次,每次以0.5L/min的流速持续1h;用TH150A采样器(武汉天虹智能仪表厂采集TSP,每月上、中、下旬各2d,每天采样以100L/min的流速持续810h,颗粒物NH4+-N和NO3-N用极薄的玻璃纤维滤膜收集(直径小于0.1µm,用0.5mol/L的HCl浸提过滤后进行分析.采用APS-2型自动雨水收集器(武汉天

11、虹智能仪表厂收集雨水,逢雨必收,用靛酚蓝比色法分析溶液中的NH4+-N;用双波长法测定NO3-N.水样用过硫酸钾氧化后用双波长法测定总氮(TN;溶解有机氮DON=TN-(NH4+-N+ NO3-N.整个观测时间为1个完整年(2004年11月2005年10月.1.3 数据处理实验测得各氮化物浓度值,采用统计方法剔除离群值后,进行算术平均得到各氮化物年均浓度值.大气氮沉降通量(F计算如下:F=V d·C式中:C为平均浓度;V d为干沉降速率,其值参考已有研究结果,NO2和TSP干沉降速率分别取0.1cm/s和0.15cm/s6,NH3干沉降速率取0.2cm/s7.2 结果与讨论2.1 氮

12、湿沉降通量研究期间,研究地降水向林地输入氮量为27.01kg/hm2,高于福建南坪(11.418.1kg/hm28、陕西关中(16.3kg/hm24等地的结果,而与太湖地区(27.0kg/hm2的研究结果(包括DON输入量很接近9.福建、陕西结果低的原因之一是没有包含DON.本研究氮湿沉降量中NO3-N占48%, NH4+-N占25%,DON占27%.国外研究表明,不同区域湿沉降中DON占总溶解氮的比例为11%56%10.可见,仅考虑NH4+-N和NO3-N的输入,将低估N湿沉降输入量.2.2 空气中氮化物浓度研究地年均NO2-N浓度为24.80µg/m3(表1.临安大气本底监测站N

13、O2浓度为46µg/m311.美国南方清洁的农村NO2浓度为2.5µg/m312,威尔士NO2浓度一般为4.122.6µg/m313.可见,本研究森林生态系统NO2浓度比国内外清洁地区高.研究地年均NH3-N浓度为86.28µg/m3(表1.国外研究表明,大气NH3浓度范围大致为0.06250µg/m3,欧洲NH3背景浓度约为1µg/m3,而畜禽养殖场及堆肥处NH3浓度可达240µg/m3以上2.在红壤生态试验站周围有许多养殖场,这些养殖场在堆肥过程中释放出大量的NH3,这可能是导致本研究NH3-N浓度较高的主要原因.研究地

14、TSP中NH4+-N和NO3-N的年均浓度分别为 4.14,4.56µg/m3(表1,与欧洲的研究结果(2.94.6µg/m3接近14,但高于洛桑实验站的结果15.表1大气干沉降通量Table 1 Dry deposition flux of atmospheric nitrogenN浓度形态种类天数*V d(cm/s平均值(µg/m3标准差(µg/m3N干沉降kg/(hm2·a气态NO23070.1024.80 10.456.58 气态NH33070.2086.28 52.12 45.77 TSP NH4+3070.15 4.14 6.09

15、1.65TSP NO3-3070.15 4.56 3.46 1.81总计55.81 注: * 指降雨量小于10mm的天数2.3 干沉降通量由于雨水的冲刷作用,造成大气氮化合物的浓度较小.因此,本研究中当降雨量超过10mm时,不计该天的干沉降量.由表1可见,大气氮干沉降1期樊建凌等:林地大气氮沉降的观测研究9总量为55.81kg/(hm2·a,其中NH3-N,沉降量占总干沉降的82.0%,其次为NO2-N(11.8%.2.4 总氮沉降量研究地大气氮沉降总量为82.8kg/(hm2·a,其中干沉降的贡献率最大,达到67%,该研究结果与Goulding等15的研究结果(干沉降占总

16、大气氮沉降中的79%相近.可见,目前研究地大气氮沉降中最主要的源是气态化合物的沉降,占总氮沉降的63%,其次是降水和TSP,分别占总氮沉降的33%和4%.各种典型的氮化物对氮沉降的贡献也各不相同,其中TSP和降水中的NH4+-N对总氮沉降的贡献分别为2%和8%,而NH3-N对总氮沉降的贡献达56%,是研究地氮沉降的主要贡献者;TSP 和降水中的NO3-N对总氮沉降的贡献分别为2%和15%,NO2-N对总氮沉降的贡献达到8%;而降水中的DON对总氮沉降的贡献也达9%.还原态的氮化物(NH3、TSP和降水中的NH4+-N对总氮沉降的贡献最大,达65%,其次为氧化态的氮化物(NO2、TSP和降水中的

17、NO3-N,其贡献率为26%;DON占9%.3 结论3.1 研究地大气沉降向林地输入的氮为82.8kg/(hm2·a,干沉降为主,占67%;大气氨沉降是大气氮沉降主要贡献者,占大气干沉降82.0%,占大气氮沉降总量56%.3.2 研究地还原态的氮化物(NH3、TSP和降水中的NH4+-N对大气氮沉降贡献率最大,占65%,氧化态的氮化物(NO2、TSP和降水中的NO3-N占26%,雨水中有机氮(DON占9%.参考文献:1 Pearson J, Stewart G R. The deposition of atmospheric ammoniaand its effects on pla

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