大气氮沉降的研究进展_李欠欠

国外研究进展 国外自 19 世纪 50 年代以来就开展了氮沉降 的研究，比如英国洛桑实验站早在 1853 年前后就 已开展雨水氮的收集与测定， 但直至 20 世纪 70 年代，这些研究还仅集中在欧洲、 北美， 且研究
第6 期
李欠欠，等： 大气氮沉降的研究进展
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年代，但国内更系统的研究则始于 20 世纪 70 年 ［22 － 24 ］ 。在对城市 代，主要集中于氮湿沉降的监测 的湿沉降监测中表明，广州市 1990 年降水中氮年 2［22 ］ ； 1998 ～ 2003 年上海地 均沉降量为 73 kg / hm 区 6 年雨水无机氮浓度 4. 74 mg / L， 降水的化学 ［23 ］ 成分已相当于地表水 V 类、 劣 V 类水平 ； 而 2003 ～ 2004 年北京降水中氮年均沉降为 32. 5 kg / hm2［10］，雨水氮素浓度亦是相当之高。 在森林生 态系统氮沉降监测中， 监测点主要集中在国家鼎 湖山森林保护区， 研究表明中国鼎湖山森林区降 水氮年均沉降均超过森林氮沉降临界点 （ 25 kg / hm2 ） ［24 － 25］。 目前，有关农田生态系统氮沉降的研究报道 ［10 ， 26 ］ 。 张颖等在华北平原进行两 多见于华北平原 年的研究结果表明， 华北平原氮素年均湿沉降约 2 为 28 kg / hm ， 在农田生态系统中以铵态氮的沉 降为主，铵态氮的沉降量是硝态氮的 2 倍， 而城 市生态系统中以硝态氮的沉降为主，铵态氮的沉 降量是硝态氮的 0. 8 倍 。 SHEN 等对华北平原 的干沉降监测表明， 华北平原氮年均干沉降可达 55 kg / hm2［26］。我们正在进行的滇池流域氮沉降 监测显示，2009 年滇池流域雨季 5 ～ 8 月总氮沉 2 降量可达 19 kg / hm ，其中雨水的氮浓度约为 2. 0 mg / L，远大于水体富营养氮浓度阀值。 虽然我国大气氮沉降研究已取得了很大进展 ， 但目前尚缺少多点、 长久、 全面的氮沉降监测网 络，尤其是对西南、 西北片区的研究需加强。 同 时在干沉降的监测报道中， 仅华北平原等地进行 了国际较公认的干沉降技术监测， 有关氮干沉降 监测需考虑到氮沉降的监测中， 并提高干沉降的 监测手段，从而更好的全面认识我国的氮沉降现 状，对有效解决氮沉降的环境问题及充分利用氮 养分具有重要意义。 3 大气氮沉降对生态系统的影响
+ － 铵态氮、 硝态氮 （ NH4 和 NO3 ） 以及可溶性有 机氮。一般湿沉降样品由自动采雨器等仪器采集 ，
位点比较分散。20 世纪 80 年代末， 一些长期的 定位研究才开始开展起来， 并逐渐形成了有组织 的、大规模的跨区域研究网络， 如美国的国家大 气沉降 计 划 （ NADP ） 、 清 洁 空 气 状 况 与 趋 势 网 （ CASTNET） 和欧洲的氮沉降监测网络 NITREX、 16 － 17 ］ EXMAN 和 EMEP 等［12， 。 其中美国的国家大 气沉降计划 （ NADP ） 和清洁空气状况与趋势网 （ CASTNET） 进行着全国 200 个站点湿沉降和 60 ［14 ］ 个站点干沉降的监测工作 。 而欧洲的氮沉降跨 国研 究 计 划 NITREX （ Nitrogen Saturation Experiments） 在 7 个国家的 8 个试验点进行， EXMAN 项目 （ Experimental Manipulation of Forest Ecosystems in Europe ） 也 涉 及 4 个 国 家 的 6 个 试 验 站 点 。此外，欧洲监测与评价计划 （ EMEP ） 的 监测网有 24 个长期监测点主要集中在北欧，部分 在欧洲中部及西部等地区
［16 ］ ［17 ］
。 这些监测网络最终
而后将采集的样品进行室内氮形态、 浓度等的常 ［9 ］ ［10 ］ ［11 ］ 规分析。 如王小治 、 张颖 、 王志辉 等分 别在太湖流域、 华北、 及陕西进行的氮湿沉降监 测即采用了此方法。 大气氮干沉降是吸附在气溶胶及大气颗粒物 后下 降。 大 气 氮 的 干 沉 降 包 括 有 机 氮、 颗 粒 态 （ 气溶 胶 态 ） NH4+ 和 NO3－ ， 气 态 NH3 ， HNO3 ， NO x 等。 大 气 氮 的 干 沉 降 量 约 占 总 氮 沉 降 量 的 20% ～ 80% ，因所处地理位置和气候条件等而有 所差异
第 25 卷 第 6 期 2010 年 11 月
云南农业大学学报 Journal of Yunnan Agricultural University
Vol. 25
No. 6
Nov． 2010
大气氮沉降的研究进展
李欠欠，汤 利 ＊＊
*
（ 云南农业大学 资源与环境学院，云南 昆明 650201 ） 摘要： 大气氮沉降的增加作为全球变化的重要内容，反映了人类活动加剧导致的大气活性氮污染，已经并将 继续对全球生态系统产生重大影响 。本文简要介绍了大气氮素干湿沉降的研究方法，回顾了国内外大气氮沉 降形态、数量等方面的研究进展及大气氮沉降对水体 、森林、 农田生态系统的影响，并探讨了该领域目前存 在的问题及未来的研究重点和方向 。 关键词： 大气污染； 氮素循环； 干湿沉降； 生态系统响应 中图分类号： X 142 文献标识码： A 文章编号： 1004 － 390X （ 2010 ） 06 － 0889 － 06
［12 ］
为欧盟制定大气质量政策及立法提供了科学依据 。 美国 CASTNET 监 测 显 示， 在 美 国 东 部， 仅 大气氮 年 均 干 沉 降 （ 不 包 括 NH3 ） 为 1. 0 kg / hm2 ，印第安纳州与俄亥俄州的氮年均干沉降值
2［12 ］ 。 欧洲 NITREX 和 EXMAN 均高于 3. 0 kg / hm 的监测研究发现， 欧洲森林氮沉降普遍偏高， 其
Abstract： Elevated atmospheric nitrogen （ N） deposition，as important part of global change，reflects atmospheric reactive N pollution induced by accelerated human activities and has significantly impacted global terrestrial and aquatic ecosystems． In this minireview ，we introduced the concept and study approaches of atmospheric N deposition and summarized the major progress on the forms and amounts of N deposition as well as its impact on aquatic，forest and agricultural ecosystems． Finally，the shortcomings and outlook of the research area （ in particular ecological impacts of N deposition ） were also discussed in the paper． Key words： atmospheric pollution； nitrogen cycle； wet and dry deposition； ecosystem response 进入 20 世纪以来，除大气二氧化碳升高全球 变暖以外，大气变化中另一个新近出现而又令人 担忧的问题是大气中含氮物质浓度的迅速增加 ， ［1 ］ 并不断向陆地和水生生态系统沉降 。 由于化石 燃料燃烧、含氮化肥的大量生产和使用及畜牧业 、 工业的发展等人类活动的增强使向大气中排放的 含氮化合物激增， 改变了氮素的循环， 引起大气 ［2 ］ 氮沉降大幅增加 。亚洲 （ 中国、 印度 ） 、 西欧、 北美已成为世界三大氮沉降集中区， 预计到 2050 8 ［3 ］ 。大 年人为活性氮年排放量将达到 2. 0 × 10 t 气氮沉降的大幅增加， 导致陆地和水体生态系统 土壤或水体的酸化、 富营养化以及生物多样性降 低等危害，严重威胁着水体和陆地生态系统的健 ［3 － 5 ］ 。因此更好地认识氮沉降对水体和陆 康发展 地生态系统的影响， 对有效解决氮沉降的环境问 题及充分利用氮养分具有重要意义 。 1 1. 1 大气氮沉降来源与研究方法 大气氮沉降的来源 人类活动出现以前， 生物主要通过闪电和生
中荷兰森林穿透雨中的氮年均沉降量在 50 kg / hm ［17 ］ 以上 ，欧洲工业发达地区氮年均沉降量超过了 25 kg / hm2［18］。 同时有研究报道， 西欧最严重的 氮沉降发生在农业集约化程度高人口密度大的地 区，如丹麦、 荷兰、 英国的南部和中部地区， 而 最低的氮沉降出现在人口密度小的地区， 如苏格 ［19 ］ 兰、斯 堪 德 纳 维 亚 。 此 外， EMEP 从 1980 ～ 2003 年的监测显示，虽然欧洲南部如葡萄牙、 西 班牙以及希腊的 NO x 排放趋势在增加， 但许多监 测点的 NO x 排放减少了 20% ～ 50% ， 这主要是由 于能源利 用 的 转 变 （ 从 煤 能 转 为 气 能、 核 能 ） ， 由轮船运输造成的 NO x 排放在 EMEP 监测点中已 占总 NO x 排放的 20%
A minireview on Atmospheric Nitrogen Deposition
LI Qianqian，TANG Li
（ College of Resources and Environment，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201 ，China）
收稿日期： 2010 － 02 － 26 修回日期： 2010 － 05 － 17 * 基金项目： 公益性行业科研专项 （ 200803030 ） ； 云南省教育厅项目 （ 09J0071 ） 。 作者简介： 李欠欠 （ 1984 － ） ，女，江苏贾汪人，在读硕士研究生，主要从事环境养分管理研究 。 Email： cute_lq2008@ yahoo. cn ＊＊通讯作者 Corresponding author： 汤利 （ 1964 － ） ，女，吉林人，教授，博士生导师，主要从事植物营养与环境领域 mail： ltang@ ynau. edu. cn 的研究。E-