工業(yè)革命以來,大氣氮沉降量急劇上升。過量氮沉降會(huì)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)造成負(fù)面環(huán)境影響,例如土壤酸化,水體富營(yíng)養(yǎng)化,生物多樣性降低等。大氣氮沉降主要來自于大氣氨和氮氧化物排放。中國(guó)是大氣氮沉降最嚴(yán)重的區(qū)域之一,并且大氣氮沉降中銨的比例也再逐年上升。不僅如此,大氣氨在大氣霧霾的形成扮演重要角色。為了減少大氣氮沉降的不利影響,過去三十年我國(guó)制定了氮氧化物減排的政策,但是大氣氨排放并沒未制定相應(yīng)的減排政策。為了更好的制定關(guān)于氨排放的政策,了解大氣銨沉降的氨源是十分重要的前提。由于不同氨來源的氮同位素特征不同,同時(shí)得益于過去幾十年同位素技術(shù)的迅速發(fā)展,從而可以用氮同位素來示蹤大氣氨源及其季節(jié)動(dòng)態(tài)。
本研究在中國(guó)科學(xué)院清原森林生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站開展,采集了2014-2016年間每日的大氣混合沉降樣品,測(cè)定了大氣氮沉降量及銨同位素特征,目的是了解大氣銨氮同位素的季節(jié)特征及其氨源。結(jié)果發(fā)現(xiàn)清原站大氣混合沉降高達(dá)20kg N ha-1yr-1。大氣銨同位素質(zhì)量加權(quán)平均值為-3.5‰并且波動(dòng)巨大(-24.6‰ 至 +16.2‰)并顯現(xiàn)夏季高,冬天低的季節(jié)特征。這主要是由于夏季溫度高,農(nóng)業(yè)源氨排放增加,使得大氣氨濃度升高,大氣銨鹽行程過程發(fā)生同位素平衡分餾,冬季則相反。本研究發(fā)現(xiàn),除去大氣氨源的季節(jié)變化影響,大氣銨形成過程中同位素平衡分餾部分解釋了本站點(diǎn)的大氣銨同位素的季節(jié)動(dòng)態(tài)。因此,利用氮同位素來量化氨源必須考慮大氣銨形成過程的同位素分餾效應(yīng)。
該研究得到了中國(guó)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、中科院重點(diǎn)科技前沿項(xiàng)目、面上基金和總理基金的支持。研究成果“
Seasonal pattern of
ammonium15N natural abundancein precipitation at a rural forested site and implications for NH3 source partitioning”發(fā)表于Environmental Pollution,方運(yùn)霆研究員為通訊作者,其博士生黃韶楠為第一作者。

圖1.森林站點(diǎn)大氣銨形成過程及其氨來源

圖2.大氣氨源和不同形態(tài)銨的氮同位素特征

圖3. 研究區(qū)每日大氣平均溫度和降雨量(a)、降水中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量(b)及銨氮15自然豐度

圖4.夏季 (a.c)和冬季(b.d)大氣氨15N同位素特征及不同氨源貢獻(xiàn)




