全 文 ：大气氮沉降的基本特征与监测方法*
宋欢欢摇 姜春明摇 宇万太**
(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110016)
摘摇 要摇 大气氮沉降主要以干湿沉降两种形式将有机和无机形态的氮带入生态系统,是氮素
生物地球化学循环的重要环节之一.近年来人类活动的加强,使得大量活性氮素进入大气,高
排放量导致氮沉降通量急剧上升,引起一系列的环境风险,因此,对大气氮沉降的研究也越来
越受到关注.本文总结了大气氮沉降的组分、过程、时空变异及生态效应,归纳了目前采用的
干湿沉降的监测手段、临界负荷计算方法及污染物来源解析方法等,展望了氮沉降研究的发
展趋势.
关键词摇 大气氮沉降摇 干湿沉降摇 生态效应摇 临界负荷摇 监测方法
文章编号摇 1001-9332(2014)02-0599-12摇 中图分类号摇 X831摇 文献标识码摇 A
Basic features and monitoring methodologies of atmospheric nitrogen deposition. SONG
Huan鄄huan, JIANG Chun鄄ming, YU Wan鄄tai ( Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of
Sciences, Shenyang 110016, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(2): 599-610.
Abstract: Atmospheric nitrogen (N) deposition, including dry and wet deposition, is an important
inorganic and organic N source for ecosystems, and also a key link of the N biogeochemical cycle.
Recently, considerable active nitrogen has been emitted into the atmosphere due to enhanced human
activities. High N emission leads to high deposition which has caused a series of environment risks,
and more attentions have been focused on this issue. This article gave an overview of the basic con鄄
tent about the present N deposition research, such as the component, process, spatial and temporal
variation, as well as ecological effect. Then the sampling methods of wet and dry deposition in the
field, analysis methods in laboratory and primary techniques of N source identification were summa鄄
rized. The N deposition research trend in the future was emphasized.
Key words: atmospheric nitrogen deposition; dry and wet deposition; ecological effect; critical
loads; monitoring method.
*国家青年科学基金项目(41105114)资助.
**通讯作者. E鄄mail: wtyu@ iae. ac. cn
2013鄄05鄄13 收稿,2013鄄11鄄18 接受.
摇 摇 氮素(nitrogen)是生命体的大量必需元素,在自
然界有两种存在形式,即非活性氮( nonreactive ni鄄
trogen)与活性氮(reactive nitrogen,Nr) [1] .非活性氮
即分子氮(N2),占大气的 79% ,只能被固氮微生物
利用;活性氮(Nr)即反应性氮,是生物圈和大气圈
中具有生物、光化学或辐射活性的含氮化合物,这部
分氮素一般不会转化成 N2,而是通过沉降或直接被
植物吸收等方式重新返回到生态系统中[2-3] . 大气
氮素在通过水平对流和扩散等方式传输的过程中会
发生各种化学转化过程,如气粒转换、氧化、光化学
反应.虽然活性氮在大气中浓度较低,却参与了地球
系统的各种生物和非生物过程,且活性高、循环
快[4] .
近年来,人类活动加强、工农业迅猛发展、人口
膨胀等促使大气活性氮浓度加速上升.据估计,人类
活动产生的活性氮已经由 1860 年的 15 Tg N·a-1
增加到 1995 年的 165 Tg N·a-1,增幅高达 11 倍,约
为全球氮素临界负荷(100 Tg N·a-1)的 1. 6 倍[5],
其中,60% ~80%氮素又通过沉降回到陆地与海洋
生态系统[6] . 随着对生态系统产生的影响逐渐加
强,大气氮沉降也受到越来越多的关注. 有研究表
明,北美、西欧和亚洲的中国、印度已经成为全球氮
沉降的三大分布区[7] . 为此,本文对大气氮沉降的
基本特征、监测方法进行综述,旨在为进一步开展该
方面的研究提供参考.
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 2 月摇 第 25 卷摇 第 2 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2014, 25(2): 599-610
1摇 大气氮沉降的基本特征
大气氮沉降的基本特征一直受到国内外学者的
关注,其中,沉降形态、过程、通量及时空变异一直是
研究的重点,但早期研究都集中在湿沉降和沉降中
的无机氮上,而干沉降及沉降中有机氮基本特征方
面的研究在现阶段还不甚完善.同时,随着氮沉降量
的不断增加,其对陆地和海洋系统产生的生态效应
也成为研究热点,并展开了一系列的监测研究工作,
其中临界负荷是评价生态效应的重要方法.
1郾 1摇 沉降形态
大气氮沉降中氮素的形态分为无机态和有机态
两种.无机态氮主要包括 NH4 +、NO3 -、NO2 -等水溶
性离子以及气态 NO2、N2 O、NH3和 HNO3等[8] . 其
中,硝态氮(NO3 - 鄄N)和氨态氮(NH4 + 鄄N)为主要成
分:前者主要来自石油和生物体的燃烧及雷击过程,
迁移距离可达几千千米以上[9];后者主要来自土
壤、肥料和家畜粪便中的 NH3挥发及生物质和化石
燃料燃烧,迁移距离一般在 100 km以内[10] .
有机氮沉降的组成比较复杂,一般将其分为 3
类:有机硝酸盐(氧化态有机氮)、还原态有机氮和
生物有机氮[11] . 目前的研究主要集中在湿沉降上,
降雨中的水溶性有机氮(dissolved organic N,DON)
约占总水溶性氮的 30% [12] . 由于以往研究一般只
考虑无机氮沉降,从而导致总量的低估[13] . 干湿沉
降中都存在有机氮[14] . 有机组分的来源比较复杂,
大气有机氮的主要来源包括:生物质燃烧、工农牧业
生产、废弃物处理、填土挥发以及土壤和动植物等直
接向大气中释放;另一个重要来源是大气层中性质
活跃的 NOX与碳氢化合物发生光化学反应的产
物[15] .
1郾 2摇 沉降过程
大气氮沉降的主要沉降过程包括湿沉降、干沉
降及隐形降水[16] .
湿沉降( wet deposition)包括雨除( in鄄cloud 或
rainout)和冲刷(below鄄cloud 或 washout)两个阶段:
前者在云中雨滴和冰晶形成过程中会吸附周围的物
质;后者在雨滴下落过程中携带空气中的物质降到
地面.干沉降(dry deposition)指在未发生降水时,大
气中含氮物质受重力、颗粒物吸附、植物气孔吸收等
影响由大气沉降到地面的过程,主要成分为气态
的 NO2、N2 O、NH3及少量的 HNO3、 ( NH4 ) 2 SO4和
NH4NO3粒子以及吸附在其他粒子上的氮.隐形降水
(occult precipitation)指当雾团与植物体表面接触
时,较小的雾滴被枝叶截获并逐渐合并成大水滴,超
过植被冠层的储水能力时降落到地面的过程.
湿沉降在森林生态系统中的主要表现形式为穿
透雨(throughfall),即通过冠层之间的空隙或与冠层
接触后落到地面的湿沉降. 降水经过冠层截获和蒸
发后数量减少[17] .但由于降水冲刷冠层叶片和枝干
等部位时,会发生离子交换等作用,湿沉降中化学组
分将发生变化[18],不同冠层截获吸收的氮素种类和
比例差异较大[19] .氮沉降较高地区的穿透雨中氮含
量也较高[20],而氮沉降相对较低地区的冠层更倾向
于保留氮素[21-22] .
1郾 3摇 沉降通量
氮沉降通量在不同地区存在较大差异.就全球
范围来看,每年沉降到陆地和海洋生态系统中的 Nr
分别达到 43. 47 和 27 Tg N[2,23] . Goulding等[24]在英
国洛桑试验站长达 154 年的观测结果表明,氮沉降
通量由 1843 年的 10 kg·hm-2·a-1增长到 1998 年
的 45 kg·hm-2·a-1 . 在欧洲经济较发达的德国中
部地区,通过15 N 同位素稀释法连续 7 年(1994—
2000 年)测得,大气干、湿氮沉降通量合计高达
(64依11) kg·hm-2 ·a-1 [25] . Zheng 等[26]对亚洲氮
沉降量进行的估算表明,沉降到各生态系统的量从
6. 0 Tg N·a-1 (1861 年)增加到 22. 5 Tg N·a-1
(2000 年),涨幅近 3 倍, 预计到 2030 年亚洲地区
氮沉降总量将达到 37. 8 Tg N·a-1 .
由于我国近年来经济的迅速发展,导致大量的
含氮化合物进入大气,高排放导致高沉降. Liu 等[27]
汇总分析了 1980—2010 年我国混合氮沉降数据后
发现,在这 30 年里,沉降量从 13. 2 kg·hm-2·a-1
增加到 21. 1 kg·hm-2·a-1,其中,北方、东南及西
南地区的沉降量在 2000 年后的 10 年间分别达到
22. 6、24. 2 和 22. 2 kg·hm-2·a-1 .更有详细数据表
明,在经济较发达的华北平原,总沉降量高达 80
kg·hm-2·a-1 [28],与氮沉降相对较高时期的英
国[24]和荷兰[29]持平,且远高于美国各地[30] .
1郾 4摇 时间变异
氮沉降通量在不同的时间尺度上会出现不同的
变化趋势,其主要影响因素有排放源强度、气象条
件、外来干扰等.在城市中,机动车尾气排放主要集
中在一天中的上下班时间,NOx与 NO3 -排放强度相
应增加,导致其沉降通量上升,并与光照强度呈正
比[31] .氮沉降通量也会随温度、湿度的季节变化而
出现差异,由于夏季相对较高的湿度和冬季较低的
温度,使得 NH4NO3解离常数较低[32],导致这种颗粒
006 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
态的含氮化合物很难向气态的 NH3和 HNO3转化,
其结果使颗粒态铵在大气中保持较高的浓度[33] .农
耕作业和燃煤供暖等活动也是导致其季节变化的重
要原因,NH3的挥发强度会随着肥料的施用而加大,
并导致其沉降量增加[34];由于受到燃煤取暖的影
响,寒冷地区秋季的 NOx通量明显上升[35],而温暖
地区一般不会出现上述情况[36] .在人为干预或长时
间尺度观测时,氮沉降通量会表现出明显的年际变
化,如北京地区在奥运会期间经过治理,氮沉降量与
往年相比明显减少[37] .
1郾 5摇 生态效应
早在 19 世纪 80 年代,随着对酸沉降的重视,氮
沉降造成的生态效应问题也随之引起关注. Liu
等[38]综述了氮沉降增加对我国不同生态系统的影
响,指出持续增加的氮沉降量会表现出正负两种不
同的生态效应.对于贫瘠的低产田和入海口地区,氮
沉降是一个持续的氮源,可增加其初级生产力[39] .
但过量的氮沉降则会引起一系列的负面效应,如土
壤和水体的酸化、富营养化,增加土壤氮素淋溶风险
的同时降低其缓冲能力[40] . 通过对森林、草地和农
田生态系统的长期监测发现,氮沉降对植物生长、生
物多样性及温室气体通量等指标产生影响. 在氮素
为限制因子的森林生态系统中,增加的氮沉降量可
以满足生长需求、提高养分利用率、刺激植物生长,
但过量的氮素则会引起养分失衡、破坏氮素新陈代
谢而限制植物生长[41-42]、改变生物多样性[43] . 在氮
饱和的成熟森林系统中,氮添加导致土壤呼吸(CO2
的释放)降低和 CH4吸收速率下降[44-45],N2O 排放
速率上升[46] .对草地生态系统的监测研究表明,增
加的氮沉降可刺激植物生长[47],而过量的氮沉降也
会使生物多样性减少[48] . 在农业生态系统中,过量
的氮沉降导致产量减少及粮食品质下降[49] .
1郾 6摇 氮沉降临界负荷
临界负荷( critical loads)属于生态系统的固有
属性,是对一种或多种污染物的数量评估,在未达到
此值以前,该污染物不会发生显著的破坏效应[50] .
目前,在氮沉降领域应用较广泛的有经验临界负荷
和营养临界负荷.
经验临界负荷即经过汇总分析已往关于氮沉降
及其生态效应的报道,找出发生负面效应时的沉降
通量,而后根据其结果划分各自临界负荷等级[51] .
在欧美等国,经验临界负荷值的总结趋于完善,在中
国这方面研究很少.有研究指出,中国的森林及草地
氮沉降临界负荷值比欧洲自然值分别高 10 ~ 15
kg·hm-2·a-1和 10 ~ 30 kg·hm-2·a-1[52] .
营养氮临界负荷指在不产生有害影响的前提下
被土壤接受的最大氮沉降量,当土壤氮淋溶浓度超
过临界值可以认为生态系统将发生富营养化,此时
的氮沉降量为营养氮临界负荷[53] .中国土壤氮沉降
营养临界负荷的分布总体上呈自西向东逐渐增加的
格局,青藏高原和内蒙古西部、新疆东部等地区(温
带、亚热带高寒草原、温带高寒矮半灌木荒漠和温带
矮半灌木荒漠)临界负荷<6. 0 kg·hm-2·a-1,超过
国土面积 2 / 3 的地区>14. 0 kg·hm-2·a-1[54] .
营养氮临界负荷通常所用的测定方法有稳态法
和动态模拟法.稳态法常用于计算各系统酸沉降的
临界负荷,其基本原理是基于土壤中长期产生碱度
和长期输入酸度间的静态质量平衡[55-56],主要方法
包括简单质量平衡(simple mass balance, SMB)法和
多层模型法,两种方法的基本原理相同,区别在于前
者仅考虑系统边界的性质,而后者多研究土壤各层
的性质[53,55] . 相对于稳态法,动态模拟法可以模拟
在一定沉降量下,生态系统化学状态随时间的变化
趋势,然而应用该方法时其准确性主要取决于输入
参数的准确性,由于需要的参数数量较大且不易获
得,限制了该方法的推广,为了能够广泛应用此方
法,需通过多种途径来拓宽数据来源,并进一步提高
数据的准确性[57] .
SMB法计算氮沉降营养临界负荷在目前应用
较广泛,基本方程为:
CL=Ni+Nup+ Nde+Nle,crit (1)
式中:CL为氮沉降营养临界负荷;Nup为植被对氮的
吸收速率;Ni为土壤中氮的矿化速率;Nde为氮的反
硝化速率;Nle,crit为临界氮淋溶速率. 各参数的确定
主要基于参数计算公式和长期平均值.
SMB法在使用时存在若干局限性:1)运用此法
的关键在于各参数的确定,但由于资料的缺乏和客
观条件的限制,不可避免地导致这一环节出现不确
定性;2)由于大尺度研究所基于的资料具有较低的
分辨率,所以全国尺度范围的临界值划分还无法具
体地指导各地区的氮沉降控制[54];3) SMB 法建立
在稳态且整个土层为均质的假设基础上,与事实相
差较大,无法模拟生态系统中复杂的动态过程[58] .
为了更精确地模拟氮沉降对土壤性质的影响, 最好
应用多层稳态模型或动态模型,但这些方法所需参
数太多,目前无法满足.
1062 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 宋欢欢等: 大气氮沉降的基本特征与监测方法摇 摇 摇 摇 摇 摇
2摇 大气氮沉降的监测方法
监测干、湿沉降是大气氮沉降研究工作的重点,
获取有效的监测数据是大气环境研究的热点问题.
自大气氮沉降研究工作开始至今,已积累了多种野
外采样、室内测定及源解析方法,随着技术的发展,
提高监测水平、完善监测站网络,对于促进大气氮沉
降研究、改善空气环境质量有重要意义.
2郾 1摇 采样方法
目前,监测大气氮沉降所使用的采样方法有主
动式和被动式两种. 主动式采样方法监测的数据在
准确性、有效性和时间分辨率等方面的优点都较为
突出,但在实际监测中的应用性较差,使用范围有局
限性,为了便于大尺度采样以及不同区域和研究的
比较,被动式采样方法更为实用.
2郾 1郾 1 湿沉降摇 最初用于气象降水观测的雨量器,
因其简单易用、价格低廉,时至今日仍广泛应用于大
气降水化学分析采样[59-60] .敞口容器在实际收集大
气湿沉降时会混入部分干沉降,应称为混合沉降
(bulk deposition) [61] .降雨降尘自动采样器可对干、
湿沉降进行独立收集,降水发生时由传感器控制打
开收集湿沉降样品,平时关闭而干沉降收集器打
开[60] . Liu等[37]在北京地区分别利用雨量器和自动
降雨降尘采样器于相同的时间和地点收集混合沉降
和湿沉降,结果表明,前者 NO3 - 鄄N 和 NH4 + 鄄N 的沉
降量都大于后者.
上述方法在大尺度长期监测中费时费力,样品
易污染变质. Fenn 等[62]在 2002 年开始尝试用离子
交换树脂法采集样品,其原理为离子交换树脂中的
交换官能团能将降水中的 NH4 +和 NO3 -、NO2 -固定
在树脂中带异电荷的官能团上,增强稳定性.采集装
置如图1所示. 采样结束后离子树脂可用钾盐溶液
图 1摇 离子交换树脂法装置原理示意图[63]
Fig. 1摇 Schematic diagram of iron exchanged resin method[63] .
浸提,测定浸提液中含氮物质浓度,结合采样装置中
的漏斗口面积便可计算氮沉降通量[64] .该方法无需
考虑降水次数和降水量,对样品的存储条件要求低,
也可以捕获云雾沉降,在暖湿地区的森林生态系统
中的测定结果比传统方法更真实准确[62] .但该方法
对环境温度有一定要求,且不能完全收集湿沉降中
有机态氮,测得的氮沉降通量值偏低[65] .另外,由于
长时间暴露会使其有机高分子化学基团分解出
NH4 +,使 NH4 +的测定结果偏高,所以在进行长时间
野外监测时,需特别关注树脂的使用寿命[66] .
2郾 1郾 2 干沉降摇 1)替代面法:是一种常用直接测定
干沉降的方法.该方法在收集样品时,集尘缸内一般
保持 5 cm液面高度的蒸馏水,遇降雨封盖,雨停揭
盖继续收集,采样结束后,将缸内水样用微孔滤膜过
滤,测定水样体积和氮素含量[67] . 在测定林内大气
氮素干沉降时,可以用优势种叶片作为代用面,采集
叶片后放入交换液中清洗,通过测定清洗液浓度和
叶片面积,获得氮素干沉降通量[68] . 替代面法仅能
收集直径>2 滋m 的重力沉降部分,不能收集气体和
气溶胶等自然沉降,所以一般会低估干沉降通
量[69] .
摇 摇 2)差减法:通过使用口径一致的总沉降采样器
(一直暴露在大气中)和湿沉降采样器(降水发生时
暴露)同时取样,通过二者差值得到大气氮素干沉
降通量[70] .
3)推算法:分别测定含氮物质浓度和沉降速率
来间接计算:Fd=Ca·Vd.其中:Fd为大气氮素干沉
降通量;Ca 为气体、气溶胶粒子的氮素浓度;Vd 为
干沉降速率.
此方法需要考虑大气的稳定度和下垫面的粗糙
度特征.但由于该法相对简便、准确,已被广泛用于
干沉降通量观测和大气物质流动相关模型的干沉降
通量计算中[71] .
4)微气象法:包括空气动力学梯度法、涡度相
关及松弛涡度累积法等[72] .该类方法需要使用者具
有较好的数理基础,并且仪器使用和维护昂贵,实际
监测时应用较少.
5)串级过滤器采样法:串级过滤器能实现对气
溶胶和气体污染物的收集,但无法准确分辨某些气
态和气溶胶态中的活性氮组分[73] .由英国生态与水
文中心(CEH) 改进的扩散收集器弥补了串级过滤
器的这一不足,称为 DELTA( denuder long鄄term at鄄
mospheric sampling)系统[74] . 该系统的 3 个主要部
分———碱性、酸性及酸碱串联过滤器可巧妙地分别
206 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
图 2摇 DELTA 扩散收集器原理示意图[74]
Fig. 2摇 Schematic diagram of DELTA system[74] .
A:进气 Air in; B:出气 Air out; C:串联过滤器 Aerosol filter holder;
E:低密度聚乙烯管,使空气绕过 DELTA 外部保护箱 Low density
polyethyene tube to take air round DELTA box; D1、D2:扩散收集器 1
和 2,经碱浸泡处理,用于吸收 HNO3、SO2和 HCl 等气体 Denuder 1
and 2, carbonate coated to sample HNO3、SO2 and HCl; D3、D4:扩散收
集器 3 和 4,经酸浸泡处理,用于吸收 NH3 Denuder 3 and 4, acid coa鄄
ted to sample NH3 .
收集大部分酸性、碱性气体及气溶胶(图 2).
2郾 1郾 3 总沉降摇 1)综合定氮系统( integral total nitro鄄
gen input,ITNI).本系统通常以盆栽试验为平台,用
含15N的营养液标记接受系统(土壤鄄植物系统),在
大气氮沉降进入系统后,通过15N 同位素稀释技术
直接计算大气氮沉降通量.如图 3 所示,此系统属于
半封闭系统,有效地隔绝了养分输出,可以同时综合
监测干、湿沉降、无机和有机态氮,还包括植物地上
部分吸收的氮. He 等[28]在华北平原地区运用该方
法,分别以玉米和黑麦草为监测作物,测得氮沉降量
分别达到 83. 3 和 48. 6 kg·hm-2·a-1,两者的差异
主要是由于作物种类的不同,而前者与长期定位施
肥试验的研究结果(82. 8 kg·hm-2·a-1)相似.
图 3摇 ITNI 系统试验原理示意图[75]
Fig. 3摇 Schematic diagram of ITNI system[75] .
a)植物盆栽 Plant pot; b)液体缓冲槽 Buffer tank for nutrient solution
and rain water; c)蒸馏水存储罐 Distilled water canister; d)汽车蓄电
池 Car battery. 玉:养分流向 Nutrient circle; 域:空气流向(经活性炭
过滤)Ventilation circle (activated carbon filter) .
摇 摇 2)长期定位施肥试验( long鄄term experiments,
LTEs).长期定位施肥试验是通过分析常年定性定
量定点施用肥料地区的土壤和养分动态变化来评判
施肥对农业生态系统影响的一种研究手段,其养分
动态平衡方程为:作物吸收 N=土壤本底 N+施入肥
料 N+大气沉降 N+灌溉输入 N+生物固定 N-损失
N.该试验中,无肥区是常年不施用任何肥料的区
域,此区域应无显著的灌溉和生物固定养分输入,且
有研究表明,土壤氮库会在不施肥后数年(一般 5 ~
10 年)达到动态平衡[73],这样可认为大气氮沉降是
无肥区的唯一氮素来源,其方程为:年大气沉降 N
量(kg·hm-2·a-1)= 移单位面积大气沉降 N 量、单
位面积大气沉降 N (kg·hm-2)=作物吸收 N=作物
N含量(% ) 伊生物量(kg DM·hm-2),通过此方程
可进一步间接估算出总氮沉降通量[28,76] .运用此法
分别测得德国 Halle 地区[76]与英国 Rothemsted 地
区[77]每年的大气氮沉降量为 60 和 39 kg·hm-2,后
者与 Goulding 等[24] 在该地区的研究结果 ( 44
kg·hm-2·a-1)较接近.
2郾 2摇 测定方法
大气氮沉降样品的主要测定指标有无机氮、全
氮及有机氮,其中,前两种都可以通过化学或仪器方
法测定,有机氮在目前还未发展出易操作、普及的直
接测定方法,主要是通过间接方法得到测定结果.
2郾 2郾 1 无机氮(inorganic nitrogen)摇 大气氮素湿沉降
和干沉降样品采集后,都是通过测定液体中含氮物
质的浓度来计算氮沉降通量.传统 NH4 +测定方法有
纳氏试纸比色法、纳氏试剂光度法和靛酚蓝比色法,
NO3 -测定则采用双波紫外分光光度法和酚二磺酸
光度法[78] .随着技术的发展,离子色谱法[79]和连续
流动分析仪[80]等方法也在监测中得到运用.
2郾 2郾 2 有机氮( organic nitrogen) 摇 对于湿沉降中的
水溶性有机氮(DON),通常采用差减法和直接法两
种方式进行计算:前者是目前常用的方法,即将样品
等分为两份,一份测定水溶性无机氮(DIN)含量,另
一份测总氮(total nitrogen, TN)含量,然后将二者相
减(DON=TN-DIN)即得湿沉降中有机氮含量[81];
直接法常用质谱分析法来测定有机氮含量[82] .利用
差减法计算时,无机氮与总氮在测定中即使出现很
小的误差,都会使有机氮的最终结果与真实值之间
出现很大偏差.相对于湿沉降,干沉降的测定相对复
杂,需要通过化学方法对有机氮的种类加以区分,然
后通过实验确定不同种类有机氮的沉降速率或根据
无机氮的沉降速率来推算,迄今还没有直接测定干
3062 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 宋欢欢等: 大气氮沉降的基本特征与监测方法摇 摇 摇 摇 摇 摇
沉降中有机氮的成熟方法[12] .
2郾 2郾 3 总氮(TN)摇 一般采用开氏法[78]、过硫酸钾氧
化法[78]、紫外线光氧化法[83]、高温燃烧氧化法[84]测
定总氮含量.以上方法的原理都是将样品中的含氮
化合物全部转化为同一种无机氮,然后测定总氮
含量.
2郾 3摇 源解析方法
大气氮沉降中含氮化合物的源解析问题已经成
为本研究领域的热点和难点之一. 通过长时间的尝
试和研究,已发展了多种源解析方法,但在实际研究
中,只有通过多种方法相结合的途径综合分析,才能
得出准确的分析结果.
2郾 3郾 1 NH4 + 鄄N / NO3 - 鄄N法摇 此方法可以简单估计来
源,NH4 +是由 NH3转化而来,主要来源是动物排泄
物和肥料施用等;NO3 -主要来源于工业化石燃料的
燃烧.当 NH4 + 鄄N / NO3 - 鄄N值>1 时,表示此地区工业
不发达,农业排放源占主导地位;若该值<1,则与之
相反[36,85-86] .也可根据 NH4 + 鄄N / NO3 - 鄄N季节变化来
推断氮沉降来源:在太湖流域,NH4 + 鄄N / NO3 - 鄄N在 6
月中旬出现峰值,此时正是水稻移栽后期,由此大致
可推断出氮沉降的主要来源是稻田施用的基肥[36] .
2郾 3郾 2 向后轨迹分析法 摇 向后轨迹分析法( back鄄
trajectory air mass analysis)是研究氮沉降来源的有
效方法之一,可以反映降水前特定时间内影响监测
点的气团轨迹以分析源 /接受点的关系,进而揭示污
染物的可能来源[87] .目前的研究中通常采用美国大
气海洋署(NOAA)提供的 Hybrid Single Particle La鄄
grangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) 模型[88] .
Kieber等[89]运用向后轨迹分析法对美国东海岸监
测点进行研究,结果表明 NH4 +、NO3 -及氨基酸大部
分来自人为源.在比利时的海岸监测点研究发现,水
溶性有机氮只有很少一部分来自海上气流,17%
(冬季) ~ 64% (夏季)都来自大陆[90] .
2郾 3郾 3 相关分析法摇 相关分析法指根据氮沉降中污
染物与大气中其他组分在时间或空间上的关联性大
小,推断污染物可能来源的方法.如在有机氮的来源
问题上,许多在特定区域进行的研究已经尝试通过
有机氮与来源已知的大气组分及气象条件的相关性
来辨别其来源,分析其可能的来源有海洋、人为活
动、生物质燃烧、化肥施用和土壤尘等[15] .
2郾 3郾 4 氮的稳定同位素法摇 氮的稳定同位素法是研
究大气氮来源的比较准确的方法[91] .干湿沉降样品
在测定 啄15N前,需经过物理或化学方法(如碱化、还
原、蒸馏、沉淀等),将样品中的 NH4 + 鄄N 和 NO3 - 鄄N
分离后各自转化为固态形式,便于上机[92-95] . 测定
啄15N 时一般将质谱仪( isotope ratio mass spectrome鄄
ter)与元素分析仪(elemental analyzer)相连,计算公
式如下:
啄15N(译)= {[ ( 15N / 14N) sample - ( 15N / 14N) std] /
( 15N / 14N) std}·1000 (2)
式中:15N / 14Nsample和15N / 14Nstd分别为样品和以大气
N2为标准物的15N、14N原子之比[95] .
NO3 -主要来源于气态 NOx的转化:闪电产生的
NOx的 啄15N值在 0 左右[96];生物质燃烧和土地释放
的 NOx则有较大的负值,这是由于在此过程中14N优
先挥发;人为源通常又被分为固定源和移动源两种,
固定源主要指发电厂等使用煤炭等燃料的固定地
点,其产生的 NOx具有高 啄15N 值(4. 8译 ~ 9郾 6译),
移动源指机动车等移动产生的 NOx的来源,其 啄15N
值较低 (3. 7译 ~ 5. 7译),甚至是负值 ( - 13译 ~
-2译) [97-98] .
大气中的 NH4 +主要由 NH3转化而来,按来源可
将其分为两种:挥发性 NH3(volatilized NH3)和热反
应性 NH3( thermogenic NH3),前者主要来源于动物
排泄物或下水道污物、肥料、土壤的自然释放,后者
主要产生自生物质和化石燃料的燃烧[99] .挥发是一
种单向的、伴随着动力分馏作用的步骤,其结果是大
量的含缺失15N的 NH3进入大气层[100] .如 Freyer[101]
分析了羊圈和家禽棚中的 NH3,其 啄15 N 平均值在
-15. 2译 ~ -8. 9译.热反应中 NH3的同位素标记还
未研究完善. 现有数据显示,煤燃烧产生的 NH3的
啄15N 值在-7译 ~ 2译,平均值接近 4译[102] . 从邻近
闹市采集的气溶胶样品分析来看,机动车排放对其可
能有更大的影响,其 啄15N鄄NH4 +值在(9依4)译[103] .由
此可见,热反应性 NH3的 啄15 N 值应该高于挥发性
NH3 .
由于氮素自身转化过程存在同位素分馏效应,
使得解析其来源变得复杂.如在 NH3挥发过程中,同
位素分馏效应通常产生15N 贫化的 NH3和15N 富集
的 NH4 +库,而反硝化作用也能够产生15N贫化气体,
同时使剩余的 NO3 -库富集15N[104] . 而且,雨水冲刷
对 NO3 -分馏作用影响很大,但程度目前还不清楚,
这可能也是导致在极地观测到 啄15N鄄NO3 -变异很大
的主要原因[105] .至于 NH4 +同位素,观测到15N 会被
优先冲刷掉,导致连续降雨中 NH4 + 鄄15N 的逐步减
少[102] .
406 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
3摇 研究展望
欧美等国早在 19 世纪 50 年代就开始了大气氮
沉降的观测工作,如今已由分散观测发展为长期定
位监测网络,如美国的国家大气沉降计划(National
Acid Deposition Program, NADP)、清洁空气状况与
趋势网 ( The Clean Air Status and Trends Network,
CASTNET)、欧洲的氮素饱和实验(Nitrogen Satura鄄
tion Experiments, NITREX)、欧洲森林控制实验(Ex鄄
perimental Manipulation of Forest Ecosystems in Eu鄄
rope, EXMAN)及欧洲监测与评价计划(The Europe鄄
an Monitoring and Evaluation Programme, EMEP)等,
其研究内容、范围、方法都取得了长足发展[106-108],
但仍存在较多不足之处. Fenn 等[109]就地面监测指
出了目前研究存在的问题:干沉降、云雾沉降及冠层
沉降的观测还较少,监测站点数量不足,极少布置在
污染源周围及生态脆弱的高海拔地区等.因此,在未
来的研究中,应在以下几方面的工作上力求突破.
3郾 1摇 完善监测手段
建立大气氮循环的完备监测方法应包括大气氮
素的释放、传输转化、沉降等各个环节,特别是干沉
降,需确定其上行和下行的双向通量,并加强模型推
断法[110]及微气象技术[72]与同位素示踪等现代化手
段的结合.其中,推断法是一种简易的定量方法,但
所需要参数的准确性仍是难点,最好根据不同的土
地利用类型和植物种类,并结合微气象技术,发展各
自适宜的推断法[111] .
3郾 2摇 加强不确定性分析
不确定因子是数据定量化需要解决的问题之
一.如被动采样器(如雨量器、离子交换树脂管)无
需电力供应,灵活、易操作,可用于大范围采样,但采
样精度差、分辨率较低,所以需在监测范围内放置足
够数量的采样装置以估计误差[112] .另一方面,由于
大气中的物质通量在浓度上存在昼夜差异,如果监
测方法的时间分辨率过低就会不可避免地发生一些
系统误差.如在研究 NH3通量时,全天测得的平均值
比昼夜分开测得的值低 30% ,这种误差不可能因技
术提高而消除,而需要增加测量时间分辨率,或者发
展一种巧妙区分昼夜的测量方法来降低[113] .
3郾 3摇 发展大尺度监测
为更接近大气氮通量的真实值,有必要进行从
区域到国家尺度的监测. 而且大尺度监测不仅需要
加强目标区域的“原位( in situ)冶研究[114],也应关注
污染物的重点排放源,特别是像 NH3这种受排放源
强烈影响的物质[115] .更重要的是,大尺度监测网研
究需要普及一种简单但准确性和时间分辨率都比较
高的系统研究方法,这样才能实现大范围区域研究
不同结果的对比分析.
3郾 4摇 提高数值模拟能力
现阶段,单纯依靠密集布点观测大气氮沉降是
不可行的,数值模拟也是必不可少的.目前描述污染
物迁移转化的模型有 3 种:Euler 型、Lagrange 型(轨
迹模拟)及混合模型(Hybrid Model) [116] . Euler 型的
特点是综合考察大气系统中复杂的多相传输、化学
转化及沉降过程,用于酸沉降模拟时优势较突出,而
Lagrange型可实现对大气污染物的长距离模拟,过
程简洁[117],二者的不足之处为,前者占用更多计算
资源,不宜对 NH3作高精度模拟,后者通过简单气团
叠加不能有效处理多级化学反应,而混合模型融合
了前两者的优势,可进行更高精度的模拟[118] .在未
来,只有不断提高数值模拟能力,并将其与地面观测
有机地结合起来,才是经济可行的研究方案.
4摇 结摇 摇 语
我国自改革开放以来,经济迅速发展,2010 年
成为继美国之后的全球第二大经济体[119],耗煤量
和机动车数量在 1980—2010 年间分别增长了 3. 2
和 20. 8 倍[27],农业中氮肥的施用量也在 2000 年超
过了欧美国家[120] . 这一系列增长数据的背后却付
出了惨痛的环境代价:我国的酸雨面积已占国土面
积的 40% ,并有进一步加剧趋势[121];2013 年初以
来,严重的雾霾天气影响了大半个中国,北京的空气
质量指数(AQI)全部达到了极值(500),属于六级严
重污染的“最高级冶,局部能见度不足 200 m[122] .
面对不断加剧的大气环境问题,必须深入、全
面、准确地了解大气氮沉降,以寻求遏制大气环境恶
化的有效手段.然而,作为最大的发展中国家,我国
大气氮沉降的观测研究工作起步较晚,目前存在的
问题也较多,与国外研究相比还有很大差距.在今后
的工作中,应不断完善现有研究手段,加强干沉降、
云雾沉降及有机氮的监测,综合同位素和模型等技
术手段,并扩大监测范围,力求在全国范围内形成统
一的长期定位观测网,并建立开放的氮沉降数据库,
以便制定更有效的环境改善方案.
经过几十年的努力,我国 4 座城市(厦门、西
安、重庆、珠海)在 1999 年加入了东亚酸沉降监测网
(EANET) [123];国家环境监测总站[124]和国家气象
局[125]也在 20 世纪 90 年代末分别建立了酸雨和氮
5062 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 宋欢欢等: 大气氮沉降的基本特征与监测方法摇 摇 摇 摇 摇 摇
沉降两个相对独立的监测网,每个项目中的监测点
都超过 300 个;中国农业大学也在 2004 年建立了国
家氮沉降监测网(NNDMN) [126] .我国政府也认识到
了发展经济的同时保护环境的重要性,为限制 PM2. 5
数量,制定了第一个国家环境标准[127] .在今后的研
究工作中,应更全面系统地认识氮沉降,共同寻求减
缓氮沉降危害的科学对策.
参考文献
[1]摇 Galloway JN, Aber JD, Erisman JW, et al. The nitro鄄
gen cascade. BioScience, 2003, 53: 341-356
[2]摇 Galloway JN, Cowling EB. Reactive nitrogen and the
world: 200 years of change. Ambio, 2002, 31: 64-71
[3] 摇 Fangmeier A, Hadwiger鄄Fangmeier A, Van der Eerden
L, et al. Effects of atmospheric ammonia on vegetation:
A review. Environmental Pollution, 1994, 86: 43-82
[4]摇 Galloway JN, Schlesinger WH, Levy H, et al. Nitrogen
fixation: Anthropogenic enhancement鄄environmental re鄄
sponse. Global Biogeochemical Cycles, 1995, 9: 235-
252
[5]摇 Galloway JN, Townsend AR, Erisman JW, et al. Trans鄄
formation of the nitrogen cycle: Recent trends, ques鄄
tions, and potential solutions. Science, 2008, 320:
889-892
[6]摇 Moffat AS. Global nitrogen overload problem grows criti鄄
cal. Science, 1998, 279: 988-989
[7]摇 Townsend AR, Braswell BH, Holland EA, et al. Spa鄄
tial and temporal patterns in terrestrial carbon storage
due to deposition of fossil fuel nitrogen. Ecological
Applications, 1996, 6: 806-814
[8]摇 Galloway JN, Dentener FJ, Capone DG, et al. Nitrogen
cycles: Past, present, and future. Biogeochemistry,
2004, 70: 153-226
[9]摇 Aneja VP, Roelle PA, Murray GC, et al. Atmospheric
nitrogen compounds. 域. Emissions, transport, trans鄄
formation, deposition and assessment. Atmospheric Envi鄄
ronment, 2001, 35: 1903-1911
[10] 摇 Asman WAH, van Jaarsveld HA. A variable鄄resolution
transport model applied for NHx in Europe. Atmospheric
Environment, 1992, 26: 445-464
[11]摇 Cornell SE, Jickells TD, Cape JN, et al. Organic nitro鄄
gen deposition on land and coastal environments: A re鄄
view of methods and data. Atmospheric Environment,
2003, 37: 2173-2191
[12]摇 Neff JC, Holland EA, Dentener FJ, et al. The origin,
composition and rates of organic nitrogen deposition: A
missing piece of the nitrogen cycle? Biogeochemistry,
2002, 57: 99-136
[13]摇 Hendry CD, Brezonik PL. Chemistry of precipitation at
Gainesville, Florida. Environmental Science & Technolo鄄
gy, 1980, 14: 843-849
[14]摇 Eklund TJ, McDowell WH, Pringle CM. Seasonal varia鄄
tion of tropical precipitation chemistry: La Selva, Costa
Rica. Atmospheric Environment, 1997, 31: 3903-3910
[15]摇 Cape JN, Cornell SE, Jickells TD, et al. Organic nitro鄄
gen in the atmosphere: Where does it come from? A re鄄
view of sources and methods. Atmospheric Research,
2011, 102: 30-48
[16] 摇 Sirois A, Barrie LA. An estimate of the importance of
dry deposition as a pathway of acidic substances from the
atmosphere to the biosphere in eastern Canada. Tellus
B, 1988, 40: 59-80
[17]摇 Rutter AJ, Kershaw KA, Robins PC, et al. A predictive
model of rainfall interception in forests. 玉. Derivation
of the model from observations in a plantation of Corsi鄄
can pine. Agricultural Meteorology, 1972, 9: 367-384
[18]摇 Parker GG. Throughfall and stemflow in the forest nutri鄄
ent cycle. Advances in Ecological Research, 1983, 13:
57-133
[19]摇 Hanson PJ, Garten CT. Deposition of H15NO3 vapour to
white oak, red maple and loblolly pine foliage: Experi鄄
mental observations and a generalized model. New Phy鄄
tologist, 1992, 122: 329-337
[20]摇 Dise NB, Matzner E, Gundersen P. Synthesis of nitro鄄
gen pools and fluxes from European forest ecosystems.
Water, Air, and Soil Pollution, 1998, 105: 143-154
[21]摇 Duchesne L, Houle D. Base cation cycling in a pristine
watershed of the Canadian boreal forest. Biogeochemis鄄
try, 2006, 78: 195-216
[22]摇 Aber JD, Magill AH. Chronic nitrogen additions at the
Harvard Forest (USA): The first 15 years of a nitrogen
saturation experiment. Forest Ecology and Management,
2004, 196: 1-5
[23]摇 Holland EA, Dentener FJ, Braswell BH, et al. Contem鄄
porary and pre鄄industrial global reactive nitrogen budg鄄
ets. Biogeochemistry, 1999, 46: 7-43
[24]摇 Goulding KWT, Bailey NJ, Bradbury NJ, et al. Nitro鄄
gen deposition and its contribution to nitrogen cycling
and associated soil processes. New Phytologist, 1998,
139: 49-58
[25]摇 Russow RWB, Bahme F, Neue HU. A new approach to
determine the total airborne N input into the soil / plant
system using 15N isotope dilution ( ITNI): Results for
agricultural areas in Central Germany. Scientific World
Journal, 2001, 1: 255-260
[26]摇 Zheng XH, Fu CB, Xu XK, et al. The Asian nitrogen
cycle case study. Ambio, 2002, 31: 79-87
[27]摇 Liu XJ, Zhang Y, Han WX, et al. Enhanced nitrogen
deposition over China. Nature, 2013, 494: 459-462
[28]摇 He CE, Liu XJ, Fangmeier A, et al. Quantifying the
total airborne nitrogen input into agroecosystems in the
North China Plain. Agriculture, Ecosystems & Environ鄄
ment, 2007, 121: 395-400
[29]摇 Erisman JW, Domburg N, de Vries W, et al. The
Dutch N鄄cascade in the European perspective. Science in
China Series C: Life Sciences, 2005, 48: 827-842
[30]摇 Holland EA, Braswell BH, Sulzman J, et al. Nitrogen
deposition onto the United States and Western Europe:
Synthesis of observations and models. Ecological Appli鄄
cations, 2005, 15: 38-57
[31] 摇 Stutz J, Alicke B, Neftel A. Nitrous acid formation in
606 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
the urban atmosphere: Gradient measurements of NO2
and HONO over grass in Milan, Italy. Journal of Geo鄄
physical Research: Atmospheres, 2002, 107: doi: 10.
1029 / 2001JD000390
[32]摇 Stelson AW, Seinfeld JH. Relative humidity and tem鄄
perature dependence of the ammonium nitrate dissocia鄄
tion constant. Atmospheric Environment, 1982, 16:
983-992
[33] 摇 Jia GD, Chen FJ. Monthly variations in nitrogen iso鄄
topes of ammonium and nitrate in wet deposition at
Guangzhou, south China. Atmospheric Environment,
2010, 44: 2309-2315
[34]摇 Shen JL, Tang AH, Liu XJ, et al. High concentrations
and dry deposition of reactive nitrogen species at two
sites in the North China Plain. Environmental Pollution,
2009, 157: 3106-3113
[35]摇 Yu WT, Jiang CM, Ma Q, et al. Observation of the ni鄄
trogen deposition in the lower Liaohe River Plain, North鄄
east China and assessing its ecological risk. Atmospheric
Research, 2011, 101: 460-468
[36]摇 Xie YX, Xiong ZQ, Xing GX, et al. Source of nitrogen
in wet deposition to a rice agroecosystem at Tai lake re鄄
gion. Atmospheric Environment, 2008, 42: 5182-5192
[37]摇 Liu XJ, Ju XT, Zhang Y, et al. Nitrogen deposition in
agroecosystems in the Beijing area. Agriculture, Ecosys鄄
tems & Environment, 2006, 113: 370-377
[38]摇 Liu XJ, Duan L, Mo JM, et al. Nitrogen deposition and
its ecological impact in China: An overview. Environ鄄
mental Pollution, 2011, 159: 2251-2264
[39]摇 He CE, Wang X, Liu XJ, et al. Nitrogen deposition
and its contribution to nutrient inputs to intensively man鄄
aged agricultural ecosystems. Ecological Applications,
2010, 20: 80-90
[40]摇 Vogt RD, Seip HM, Larssen T, et al. Potential acidif鄄
ying capacity of deposition: Experiences from regions
with high NH4 + and dry deposition in China. Science of
the Total Environment, 2006, 367: 394-404
[41]摇 Li D鄄J (李德军), Mo J鄄M (莫江明), Fang Y鄄T (方
运霆), et al. Effects of simulated nitrogen deposition on
growth and photosynthesis of Schima superba, Castanop鄄
sis chinensis and Cryptocarya concinna seedlings. Acta
Ecologica Sinica (生态学报), 2004, 24(5): 876-882
(in Chinese)
[42]摇 Mo JM, Li DJ, Gundersen P. Seedling growth response
of two tropical tree species to nitrogen deposition in
southern China. European Journal of Forest Research,
2008, 127: 275-283
[43]摇 Wu T鄄J (吴廷娟). Effects of global change on soil fau鄄
na diversity: A review. Chinese Journal of Applied Ecol鄄
ogy (应用生态学报), 2013, 24(2): 581 -588 ( in
Chinese)
[44]摇 Mo JM, Zhang W, Zhu WX, et al. Nitrogen addition
reduces soil respiration in a mature tropical forest in
southern China. Global Change Biology, 2008, 14:
403-412
[45]摇 Zhang W, Mo JM, Zhou GY, et al. Methane uptake re鄄
sponses to nitrogen deposition in three tropical forests in
southern China. Journal of Geophysical Research: Atmos鄄
pheres, 2008, 113: D11116
[46]摇 Zhang W, Mo JM, Yu GR, et al. Emissions of nitrous
oxide from three tropical forests in southern China in re鄄
sponse to simulated nitrogen deposition. Plant and Soil,
2008, 306: 221-236
[47]摇 Bai Y, Wu J, Clark CM, et al. Tradeoffs and thresholds
in the effects of nitrogen addition on biodiversity and
ecosystem functioning: Evidence from Inner Mongolia
Grasslands. Global Change Biology, 2010, 16: 358 -
372
[48]摇 Clark CM, Tilman D. Loss of plant species after chronic
low鄄level nitrogen deposition to prairie grasslands. Na鄄
ture, 2008, 451: 712-715
[49]摇 Lin H鄄P (林慧萍). Influencing mechanism of the acid
rain on the terrestrial plant. Journal of Fujian Forestry
Science and Technology (福建林业科技), 2005, 32
(1): 60-64 (in Chinese)
[50]摇 Nilsson J, Grennfelt P. Critical loads for sulphur and ni鄄
trogen. UNECE / Nordic Council Workshop Report,
Skokloster, Sweden, 1988
[51]摇 Bobbink R, Lamers LPM. Effects of increased nitrogen
deposition. Air Pollution and Plant Life, 2002, 2: 201-
235
[52]摇 Bobbink R, Ashmore M, Braun S, et al. Empirical ni鄄
trogen critical loads for natural and semi鄄natural ecosys鄄
tems: 2002 update. Manual of Methodologies and Crite鄄
ria for Mapping Critical Levels / Loads and Geographical
Areas, Berne, 2003: 43-70
[53]摇 Reynolds B, Wilson EJ, Emmett BA. Evaluating critical
loads of nutrient nitrogen and acidity for terrestrial sys鄄
tems using ecosystem鄄scale experiments ( NITREX).
Forest Ecology and Management, 1998, 101: 81-94
[54]摇 Hao J鄄M (郝吉明), Qi C鄄L (齐超龙), Duan L (段
雷), et al. Evaluating critical loads of nutrient nitrogen
on soils in China using the SMB method. Journal of
Tsinghua University (Science and Technology) (清华大
学学报·自然科学版), 2003, 43(6): 849-853 ( in
Chinese)
[55]摇 Xie S鄄D (谢绍东), Hao J鄄M (郝吉明), Zhou Z鄄P
(周中平). Assessment of critical load for acid deposi鄄
tion to all kinds of red earth in Liuzhou area, China.
Acta Scientiae Circumstantiae (环境科学学报), 1999,
19(6): 657-661 (in Chinese)
[56]摇 Xie S鄄D (谢绍东), Hao J鄄M (郝吉明), Zhou Z鄄P
(周中平). Research on basic theory of determining
critical loads for acid deposition with steady鄄state mass
balance method. Environmental Science (环境科学),
1997, 18(4): 5-10 (in Chinese)
[57]摇 Jenkins A, Ferrier RC, Cosby BJ. A dynamic model for
assessing the impact of coupled sulphur and nitrogen
deposition scenarios on surface water acidification. Jour鄄
nal of Hydrology, 1997, 197: 111-127
[58]摇 Duan L (段摇 雷), Hao J鄄M (郝吉明), Xie S鄄D (谢
绍东), et al. Estimating critical loads of sulfur and ni鄄
trogen for Chinese soils by steady state method. Environ鄄
mental Science (环境科学), 2002, 23(2): 7-12 ( in
7062 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 宋欢欢等: 大气氮沉降的基本特征与监测方法摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese)
[59]摇 Yu W鄄T (宇万太), Ma Q (马 摇 强), Zhang L (张
璐), et al. Dynamic changes of nitrogen in precipitation
in lower reach of Liaohe River Plain. Chinese Journal of
Ecology (生态学杂志), 2008, 27 (1): 33 - 37 ( in
Chinese)
[60]摇 Wei Y (魏摇 样), Tong Y鄄A (同延安), Duan M (段
敏), et al. Atmospheric dry and wet nitrogen deposition
in typical agricultural areas of North Shaanxi. Chinese
Journal of Applied Ecology (应用生态学报), 2010, 21
(1): 255-259 (in Chinese)
[61]摇 Lindberg SE, Lovett GM, Richter D, et al. Atmospher鄄
ic deposition and canopy interactions of major ions in a
forest. Science, 1986, 231: 141-145
[62]摇 Fenn ME, Poth MA, Arbaugh MJ. A throughfall collec鄄
tion method using mixed bed ion exchange resin col鄄
umns. Scientific World Journal, 2002, 2: 122-130
[63]摇 Sheng W鄄P (盛文萍), Yu G鄄R (于贵瑞), Fang H鄄J
(方华军), et al. Observation methods for atmospheric
nitrogen deposition. Chinese Journal of Ecology (生态
学杂志), 2010, 29(8): 1671-1678 (in Chinese)
[64]摇 Sheng WP, Yu GR, Jiang CM, et al. Monitoring nitro鄄
gen deposition in typical forest ecosystems along a large
transect in China. Environmental Monitoring and Assess鄄
ment, 2013, 185: 833-844
[65]摇 Klopatek JM, Barry MJ, Johnson DW. Potential canopy
interception of nitrogen in the Pacific Northwest, USA.
Forest Ecology and Management, 2006, 234: 344-354
[66]摇 Fenn ME, Poth MA. Monitoring nitrogen deposition in
throughfall using ion exchange resin columns. Journal of
Environmental Quality, 2004, 33: 2007-2014
[67]摇 Balestrini R, Galli L, Tartari G. Wet and dry atmos鄄
pheric deposition at prealpine and alpine sites in north鄄
ern Italy. Atmospheric Environment, 2000, 34: 1455 -
1470
[68]摇 Kimura SD, Saito M, Hara H, et al. Comparison of ni鄄
trogen dry deposition on cedar and oak leaves in the
Tama Hills using foliar rinsing method. Water, Air, and
Soil Pollution, 2009, 202: 369-377
[69]摇 Jaworek A, Adamiak K, Krupa A. Deposition of aerosol
particles on a charged spherical collector. Journal of
Electrostatics, 1997, 40: 443-448
[70]摇 Guo D鄄H (郭德惠), Zhang Y鄄Y (张延毅). The study
of atmosperic dry deposition爷 s buffer action for precipi鄄
tion. Journal of Hubei University (Natural Science)(湖
北大学学报·自然科学版), 1987(1): 96-100 ( in
Chinese)
[71]摇 Wesely ML, Hicks BB. A review of the current status of
knowledge on dry deposition. Atmospheric Environment,
2000, 34: 2261-2282
[72]摇 Fowler D, Coyle M, Flechard C, et al. Advances in mi鄄
crometeorological methods for the measurement and in鄄
terpretation of gas and particle nitrogen fluxes. Plant
and Soil, 2001, 228: 117-129
[73]摇 Sickles II, Hodson LL, Vorburger LM. Evaluation of
the filter pack for long鄄duration sampling of ambient air.
Atmospheric Environment, 1999, 33: 2187-2202
[74]摇 Tang YS, Simmons I, van Dijk N, et al. European
scale application of atmospheric reactive nitrogen meas鄄
urements in a low鄄cost approach to infer dry deposition
fluxes. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2009,
133: 183-195
[75] 摇 B觟hlmann N, Meissner R, Bernsdorf S, et al. Studies
of atmospheric nitrogen deposition in a mire of the Ger鄄
man National Park Hochharz Mountains using two differ鄄
ent methods. Water, Air, and Soil Pollution, 2005,
168: 17-32
[76]摇 Weigel A, Russow R, K觟rschens M. Quantification of
airborne N鄄input in long鄄term field experiments and its
validation through measurements using 15N isotope dilu鄄
tion. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2000,
163: 261-265
[77]摇 Jenkinson DS, Poulton PR, Johnston AE, et al. Turn鄄
over of nitrogen鄄15鄄labeled fertilizer in old grassland.
Soil Science Society of America Journal, 2004, 68: 865-
875
[78]摇 Lu R鄄K (鲁如坤). Analysis Method of Soil Agro鄄
Chemistry. Beijing: China Agricultural Science and
Technology Press, 2000 (in Chinese)
[79]摇 Rod觃 F, Avila A, Rodrigo A. Nitrogen deposition in
Mediterranean forests. Environmental Pollution, 2002,
118: 205-213
[80]摇 McLeod S. Determination of total soil and plant nitrogen
using a micro鄄distillation unit in a continuous flow analy鄄
zer. Analytica Chimica Acta, 1992, 266: 113-117
[81]摇 Zheng L鄄X (郑利霞), Liu X鄄J (刘学军), Zhang F鄄S
(张福锁). Atmospheric deposition of organic nitrogen:
A review. Acta Ecologica Sinica (生态学报), 2007,
27(9): 3828-3834 (in Chinese)
[82]摇 Baker AR, Weston K, Kelly SD, et al. Dry and wet
deposition of nutrients from the tropical Atlantic atmos鄄
phere: Links to primary productivity and nitrogen fixa鄄
tion. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research
Papers, 2007, 54: 1704-1720
[83]摇 Cornell SE, Jickells TD. Water鄄soluble organic nitrogen
in atmospheric aerosol: A comparison of UV and persul鄄
fate oxidation methods. Atmospheric Environment, 1999,
33: 833-840
[84]摇 Keene WC, Montag JA, Maben JR, et al. Organic ni鄄
trogen in precipitation over Eastern North America. At鄄
mospheric Environment, 2002, 36: 4529-4540
[85]摇 Zhao X, Yan XY, Xiong ZQ, et al. Spatial and tempo鄄
ral variation of inorganic nitrogen wet deposition to the
Yangtze River Delta Region, China. Water, Air, and
Soil Pollution, 2009, 203: 277-289
[86]摇 Fahey TJ, Williams CJ, Rooney鄄Varga JN, et al. Nitro鄄
gen deposition in and around an intensive agricultural
district in central New York. Journal of Environmental
Quality, 1999, 28: 1585-1600
[87]摇 Strayer H, Smith R, Mizak C, et al. Influence of air
mass origin on the wet deposition of nitrogen to Tampa
Bay, Florida: An eight鄄year study. Atmospheric Environ鄄
ment, 2007, 41: 4310-4322
[88]摇 Occhipinti C, Aneja VP, Showers W, et al. Back鄄traec鄄
tory analysis and source鄄receptor relationships: Particu鄄
late matter and nitrogen isotopic composition in rainwa鄄
ter. Journal of the Air & Waste Management Association,
2008, 58: 1215-1222
806 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
[89]摇 Kieber RJ, Long MS, Willey JD. Factors influencing
nitrogen speciation in coastal rainwater. Journal of At鄄
mospheric Chemistry, 2005, 52: 81-99
[90]摇 Bencs L, Krata A, Horemans B, et al. Atmospheric
nitrogen fluxes at the Belgian coast: 2004 -2006. At鄄
mospheric Environment, 2009, 43: 3786-3798
[91]摇 Kendall C, Elliott EM, Wankel SD. Tracing anthropo鄄
genic inputs of nitrogen to ecosystems / / Michener R,
Lajtha K, eds. Stable Isotopes in Ecology and Environ鄄
mental Science. 2nd Ed. London: Wiley鄄Blackwell,
2007: 375-449
[92]摇 S覬rensen P, Jensen ES. Sequential diffusion of ammo鄄
nium and nitrate from soil extracts to a polytetrafluoro鄄
ethylene trap for 15N determination. Analytica Chimica
Acta, 1991, 252: 201-203
[93]摇 Silva SR, Kendall C, Wilkison DH, et al. A new
method for collection of nitrate from fresh water and the
analysis of nitrogen and oxygen isotope ratios. Journal
of Hydrology, 2000, 228: 22-36
[94]摇 Sakata M. A simple and rapid method for 啄15N deter鄄
mination of ammonium and nitrate in water samples.
Geochemical Journal, 2001, 35: 271-275
[95]摇 Kawashima H, Kurahashi T. Inorganic ion and nitro鄄
gen isotopic compositions of atmospheric aerosols at
Yurihonjo, Japan: Implications for nitrogen sources.
Atmospheric Environment, 2011, 45: 6309-6316
[96]摇 Hoering T. The isotopic composition of the ammonia
and the nitrate ion in rain. Geochimica et Cosmochimica
Acta, 1957, 12: 97-102
[97]摇 Freyer HD, Kley D, Volz鄄Thomas A, et al. On the in鄄
teraction of isotopic exchange processes with photo鄄
chemical reactions in atmospheric oxides of nitrogen.
Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 1993,
98: 14791-14796
[98]摇 Elliott EM, Kendall C, Wankel SD, et al. Nitrogen
isotopes as indicators of NOx source contributions to
atmospheric nitrate deposition across the midwestern
and northeastern United States. Environmental Science
& Technology, 2007, 41: 7661-7667
[99] 摇 Dentener FJ, Crutzen PJ. A three鄄dimensional model
of the global ammonia cycle. Journal of Atmospheric
Chemistry, 1994, 19: 331-369
[100]摇 Heaton THE. Isotopic studies of nitrogen pollution in
the hydrosphere and atmosphere: A review. Chemical
Geology, 1986, 59: 87-102
[101]摇 Freyer HD. Seasonal trends of NH4 + and NO3 - nitrogen
isotope composition in rain collected at J俟lich, Germa鄄
ny. Tellus, 1978, 30: 83-92
[102]摇 Heaton THE. 15N14N ratios of nitrate and ammonium in
rain at Pretoria, South Africa. Atmospheric Environ鄄
ment, 1987, 21: 843-852
[103]摇 Yeatman SG, Spokes LJ, Dennis PF, et al. Compari鄄
sons of aerosol nitrogen isotopic composition at two pol鄄
luted coastal sites. Atmospheric Environment, 2001,
35: 1307-1320
[104]摇 Su B (苏 摇 波), Han X鄄G (韩兴国), Huang J鄄H
(黄建辉 ). Application of 15N natural abundance
method to the research on nitrogen cycling in natural
ecosystems. Acta Ecologica Sinica (生态学报 ),
1999, 19(3): 408-416 (in Chinese)
[105]摇 Morin S, Savarino J, Frey MM, et al. Tracing the ori鄄
gin and fate of NOx in the Arctic atmosphere using sta鄄
ble isotopes in nitrate. Science, 2008, 322: 730-732
[106]摇 Sparks JP, Walker J, Turnipseed A, et al. Dry nitro鄄
gen deposition estimates over a forest experiencing free
air CO2 enrichment. Global Change Biology, 2008,
14: 768-781
[107]摇 Fagerli H, Aas W. Trends of nitrogen in air and pre鄄
cipitation: Model results and observations at EMEP
sites in Europe, 1980-2003. Environmental Pollution,
2008, 154: 448-461
[108]摇 Wright RF, Rasmussen L. Introduction to the NITREX
and EXMAN projects. Forest Ecology and Manage鄄
ment, 1998, 101: 1-7
[109]摇 Fenn ME, Haeuber R, Tonnesen GS, et al. Nitrogen
emissions, deposition, and monitoring in the western
United States. BioScience, 2003, 53: 391-403
[110] 摇 Hicks BB, Baldocchi DD, Meyers TP, et al. A pre鄄
liminary multiple resistance routine for deriving dry
deposition velocities from measured quantities. Water,
Air, and Soil Pollution, 1987, 36: 311-330
[111] 摇 Hole LR, Brunner SH, Hanssen JE, et al. Low cost
measurements of nitrogen and sulphur dry deposition
velocities at a semi鄄alpine site: Gradient measurements
and a comparison with deposition model estimates. En鄄
vironmental Pollution, 2008, 154: 473-481
[112]摇 Namiesnik J, Zabiega覥a B, Kot鄄Wasik A, et al. Pas鄄
sive sampling and / or extraction techniques in environ鄄
mental analysis: A review. Analytical and Bioanalyti鄄
cal Chemistry, 2005, 381: 279-301
[113]摇 Hayashi K, Takagi K, Noguchi I, et al. Ammonia
emission from a young larch ecosystem afforested after
clear鄄cutting of a pristine forest in northernmost Japan.
Water, Air, and Soil Pollution, 2009, 200: 33-46
[114]摇 Marner BB, Harrison RM. A spatially refined monito鄄
ring based study of atmospheric nitrogen deposition.
Atmospheric Environment, 2004, 38: 5045-5056
[115]摇 Jovan S, Carlberg T. Nitrogen content of Letharia vulp鄄
ina tissue from forests of the Sierra Nevada, California:
Geographic patterns and relationships to ammonia esti鄄
mates and climate. Environmental Monitoring and As鄄
sessment, 2007, 129: 243-251
[116]摇 Chang Y鄄H (常运华), Liu X鄄J (刘学军), Li K鄄H
(李凯辉), et al. Numerical modeling atmospheric ni鄄
trogen deposition: Evolution process and models 爷
screening. Arid Land Geography (干旱区地理 ),
2013, 36(3): 383-392 (in chinese)
[117]摇 van Pul A, Hertel O, Geels C, et al. Atmospheric
Ammonia. New York: Springer, 2009
[118]摇 Peters LK, Berkowitz CM, Carmichael GR, et al. The
current state and future direction of Eulerian models in
simulating the tropospheric chemistry and transport of
trace species: A review. Atmospheric Environment,
1995, 29: 189-222
9062 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 宋欢欢等: 大气氮沉降的基本特征与监测方法摇 摇 摇 摇 摇 摇
[119]摇 International Monetary Fund. World Economic Outlook
Databases [EB / OL]. (2010鄄10鄄10) [2013鄄05鄄09].
http: / / www. imf. org / external / pubs / ft / weo / 2010 / 02 /
weodata / index. aspx
[120]摇 Zhang F鄄S (张福锁), Wang J鄄Q (王激清), Zhang
W鄄F (张卫峰), et al. Nutrient use efficiencies of ma鄄
jor cereal crops in China and measures for improve鄄
ment. Acta Pedologica Sinica (土壤学报), 2008, 45
(5): 915-924 (in Chinese)
[121]摇 Wu D (吴 摇 丹), Wang S鄄G (王式功), Shang K鄄Z
(尚可政). Progress in research of acid rain in China.
Arid Meteorology (干旱气象), 2006, 24(2): 70-77
(in Chinese)
[122]摇 Zhang H (张 摇 慧), Fan S鄄S (范珊珊). The Haze
Torture: Who is the Chief Culprit [ EB / OL] (2013鄄
03鄄29) [2013鄄05鄄09]. http: / / news. xinhuanet. com /
energy / 2013鄄03 / 29 / c124518694. htm (in Chinese)
[123]摇 Acid Deposition Monitoring Network in East Asia
(EANET), China: Country Efforts and Achievements
in Combating Acid Deposition [ EB / OL]. ( 2013鄄01鄄
06)[2013鄄05鄄09]. http: / / www. eanet. asia / product /
fact / china. pdf
[124]摇 China National Environmental Monitoring Centre (中国
环境监测总站). Acid Rain Monitoring Network [EB /
OL]. ( 2008鄄01鄄30 ) [ 2013鄄05鄄09 ]. http: / / www.
cnemc. cn / publish / totalWebSite / news / news_5023. ht鄄
ml (in Chinese)
[125]摇 Ding G鄄A (丁国安), Xu X鄄B (徐晓斌), Wang S鄄F
(王淑凤), et al. Database from the acid rain network
of China meteorological administration and its prelimi鄄
nary analyses. Quarterly Journal of Applied Meteorology
(应用气象学报), 2004, 15( suppl. 1): 85-94 ( in
Chinese)
[126]摇 Liu X鄄J (刘学军), Zhang F鄄S (张福锁). Nutrient
from environment and its effect in nutrient resources
management of ecosystems: A case study on atmos鄄
pheric nitrogen deposition. Arid Zone Research (干旱
区研究), 2009, 26(3): 306-311 (in Chinese)
[127]摇 Zhang Q, He KB, Huo H. Policy: Cleaning China爷 s
air. Nature, 2012, 484: 161-162
作者简介摇 宋欢欢,女,1988 年生,硕士研究生.主要从事大
气氮素沉降和养分循环研究. E鄄mail: huansong8899siam@
163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
016 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷