氮循环过程及机理教学提纲

1、氮循环过程及机理evapotranspirationrainfall/soil moisture人类活动固氮量已超过自然过程固氮量人类活动固氮量已超过自然过程固氮量氮循环过程改变的后果氮循环过程改变的后果 富营养化富营养化 浮游生物的大量繁浮游生物的大量繁殖，往往使水体呈殖，往往使水体呈现蓝色、红色、棕现蓝色、红色、棕色、乳白色等。由色、乳白色等。由于海洋富营养化时，于海洋富营养化时，水体常呈现红色，水体常呈现红色，故海洋富营养化被故海洋富营养化被称为赤潮。而江河称为赤潮。而江河湖泊中的富营养化湖泊中的富营养化被称为水华。被称为水华。氮循环过程改变的后果氮循环过程改变的后果 物种变化或消失物种

2、变化或消失Tilman，1987N N肥肥 增产增产N N 肥肥 增加优势增加优势度，减少多样性度，减少多样性氮循环过程改变的后果氮循环过程改变的后果大气活性温室气体大气活性温室气体 NO + NO2 (NOx): 化石燃料燃烧化石燃料燃烧 NO (高活性高活性) 烟雾，对流层烟雾，对流层O3形成形成 酸雨酸雨 (NO2 + OH- HNO3) N2O: 肥料施用量增加肥料施用量增加 反硝化反硝化 增温潜势大增温潜势大 (约为约为CO2 的的200倍倍, 占大气增温总贡献的占大气增温总贡献的6%) 在对流层是化学惰性的，但在平流层会破坏臭氧在对流层是化学惰性的，但在平流层会破坏臭氧氮循环过程改

3、变的后果氮循环过程改变的后果大气活性温室气体大气活性温室气体 NHNH3 3: : 家畜家畜, , 农田肥料施用农田肥料施用, ,生物质燃烧生物质燃烧 大气活性大气活性 气溶胶气溶胶, ,空气污染空气污染, ,沉降沉降, ,下风向下风向N N可利用性可利用性氮循环过程改变的后果氮循环过程改变的后果 N N沉降沉降 加速植物生长加速植物生长(C(C吸收吸收) )到达某个临界值到达某个临界值. . N N饱和饱和: : 可利用性超出需求可利用性超出需求与森林生产力下降相关联与森林生产力下降相关联( (酸化产生的非直接的影响酸化产生的非直接的影响, ,如改如改变了对寒冷的耐受性变了对寒冷的耐受性 N

4、 N饱和饱和 N N 损失损失 “openingopening” of the N cycle of the N cycle湿地生态系统氮循环湿地生态系统氮循环农田生态系统氮循环农田生态系统氮循环海洋氮收支海洋氮收支Codispoti and Christensen, 1985 Heine et al. Matthieu Heine人类对全球氮循环过程的扰动人类对全球氮循环过程的扰动The NERC GANE programme 人类对全球氮循环过程的扰动人类对全球氮循环过程的扰动The NERC GANE programme 大气中的转化：以光化学氧化、催化氧化反应为主大气中的转化：以光化学

5、氧化、催化氧化反应为主例一：光化学烟雾（例一：光化学烟雾（Photochemical SmogPhotochemical Smog）光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下反应生成的多种污染物的混合物。反应生成的多种污染物的混合物。光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧(O(O3 3) )和过氧乙酰硝酸和过氧乙酰硝酸酯酯(peroxyacetylnitrates , PAN)(peroxyacetylnitrates , PAN)。例二：酸雨（例二：酸雨（Acid RainAcid Rain）大气中的

6、转化大气中的转化光化学烟雾形成过程光化学烟雾形成过程 NO2（微量） NO2 + UV NO2 NO2 NO + O O + O2 O3 O3 + NO NO2 + O2 O3 O3 + HC 醛类及其它氧化物 醛类 复杂的有机化合物 刺激眼睛 NO 汽车排气 HC NO2 太阳 紫外光 紫外光 HC + O2 + NO2 + UV O3 + 甲醛 + PAN + 氧化产物 O3 PAN 甲醛、 丙稀醛等 伤害植物 伤害植物 刺激眼睛 刺激眼睛 氧化产物 聚合与核长大 气溶胶 光雾 *NO过氧酰基硝酸酯类包括过氧乙酰硝酸酯过氧酰基硝酸酯类包括过氧乙酰硝酸酯(PAN)、过氧丙酰硝酸酯过氧丙酰硝酸酯(PPN)、过氧丁基硝酸酯过氧丁基硝酸酯(PBN)及过氧异丁基硝酸酯及过氧异丁基硝酸酯(PisoBN)。其中含量最高、毒性最强的为其中含量最高、毒性最强的为PAN。自然源、电厂以及内燃机等排放出的污染物在大气中发自然源、电厂以及内燃机等排放出的污染物在大气中发生化学反应产生导致酸沉降的化学物质。生化学反应产生导致酸沉降的化学物质。酸沉降形成过程酸沉降形成过程人类对全球氮循环过程的扰动人类对全球氮循环过程的扰动The NERC GANE programme 人类对全球氮循环过程的扰动人类对全球氮循环过程的扰动The NERC