氨氣(NH3)是大氣中具有還原性質(zhì)的活性氮?dú)怏w,對大氣環(huán)境質(zhì)量(PM2.5成核等)和氮素的生物地球化學(xué)循環(huán)過程起著重要作用。農(nóng)田土壤揮發(fā)NH3是大氣NH3的重要來源,準(zhǔn)確量化其對大氣沉降氮的貢獻(xiàn)對區(qū)域大氣污染防治至關(guān)重要。氮穩(wěn)定同位素( 15N)分析測試技術(shù)結(jié)合同位素混合模型(SIAR等)的應(yīng)用是示蹤大氣NH3來源的有效手段,但其解析的準(zhǔn)確度與源譜 15N值選擇密切相關(guān)?,F(xiàn)有關(guān)農(nóng)田土壤 15N-NH3值的報道主要關(guān)注肥料施用后短期內(nèi)(0 – 30天)結(jié)果,缺乏對土壤揮發(fā)NH3的 15N值季節(jié)性變化的原位測量及其季節(jié)性變化對大氣NH3來源解析結(jié)果的影響研究。
基于此,中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)依托沈陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)觀測站,采用動態(tài)箱采樣系統(tǒng)對玉米生長不同階段土壤揮發(fā)NH3和土壤樣品進(jìn)行同步原位收集,測定土壤揮發(fā)NH3和土壤NH4+的 15N值等指標(biāo)。研究結(jié)果表明,土壤揮發(fā)NH3的 15N值具有顯著的季節(jié)性變化,5-6月間的 15N-NH3加權(quán)值為-30.5 6.7‰,顯著低于7-10月間的結(jié)果(-8.5 4.3‰);土壤揮發(fā) 15N-NH3值的季節(jié)性變化與土壤揮發(fā)NH3主要產(chǎn)生途徑(肥料施用或礦化作用)、土壤NH4+的消耗程度和土壤環(huán)境變化有關(guān)。情景分析結(jié)合同位素混合模型(SIAR)結(jié)果表明,在不考慮土壤 15N-NH3值季節(jié)變化情況下,將高估7-10月間農(nóng)田土壤揮發(fā)NH3源對東北地區(qū)大氣NH3來源分配比例,差異最高可達(dá)38個百分點(diǎn)。因此,本研究結(jié)果進(jìn)一步說明考慮農(nóng)田揮發(fā)NH3的 15N值季節(jié)性差異,對解析區(qū)域大氣NH3的季節(jié)性來源及其貢獻(xiàn)的重要性。
該研究成果以“Large Seasonal Variation inNitrogen Isotopic Abundances of Ammonia Volatilized from a Cropland Ecosystem and Implications for Regional NH3 Source Partitioning”為題于2024年1月3日正式發(fā)表于Environmental Science & Technology。沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所博士后、特別研究助理宋琳琳為第一作者,方運(yùn)霆研究員為通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“大氣污染成因與控制技術(shù)研究”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目(2017YFC0212700),大氣重污染成因與治理攻關(guān)項(xiàng)目(DQGG0105-02)等項(xiàng)目資助。
論文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c08800
圖2 不同情景模擬下,農(nóng)田土壤揮發(fā)NH3源對7-10月間東北地區(qū)大氣NH3來源分配結(jié)果。
Scenario1 和 Scenario 2 分別代表選用5-6月和7-10月間 15N-NH3加權(quán)值(-30.5 6.7‰ 和 -8.5 4.3‰),f 值代表大氣NH3轉(zhuǎn)化為生成NH4+占NHx(= NH3 + NH4+)比例。




