全 文 ：太湖地区氮素湿沉降动态及生态学意义 :
以常熟生态站为例 3
王小治1 ,2 　朱建国1 3 3 　高　人3 　宝川靖和4
(1 中国科学院南京土壤研究所 ,土壤与农业可持续发展国家重点实验室 ,南京 210008 ;2 扬州大学 ,扬州 225009 ;
3 福建师范大学 ,福州 350007 ;4 国际农林水产业研究中心 ,筑波 30528686 日本)
【摘要】　在常熟生态站 2001 年 6 月至 2003 年 5 月连续两年定位收集湿沉降 ,对太湖地区氮素湿沉降动
态进行研究. 结果表明 ,湿沉降氮输入量季节变化显著 ,夏、春季高 ,秋、冬季低. 在湿沉降输入氮中 NH +4 2
N、NO -3 2N 和 DON 的比例分别为 4716 %、3511 %和 1714 %. 湿沉降中 NH+4 2N 主要来自当地农田的氨挥
发 ,湿沉降 NH +4 2N 月输入量随月降雨量增加而增加 ( R2 = 013178 3 3 ) . 该地区空气中 NO -3 2N 浓度相对比
较稳定 ,湿沉降中 NO -3 2N 浓度与降雨量呈负相关 ( R2 = 014205 3 3 3 ) . 湿沉降 NO -3 2N 月输入量与月降雨
次数呈直线正相关 ( R2 = 016757 3 3 3 ) ,而与月降雨量相关性较差 ( R2 = 011985 3 ) . 湿沉降 TN 年输入量为
2710 kg·hm - 2 ,并在所有降雨中 ,氮浓度均超过水体富营养化阈值 (012 mg·L - 1) .
关键词 　太湖地区 　氮素湿沉降 　季节动态 　生态学意义
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 09 - 1616 - 05 　中图分类号 　X13112 　文献标识码 　A
Dynamics and ecological signif icance of nitrogen wet2deposition in Taihu Lake region —Taking Changshu Agro2
ecological Experiment Station as an example. WAN G Xiaozhi1 ,2 ,ZHU Jianguo1 , GAO Ren3 ,HOSEN Yasukazu4
(1 S tate Key L aboratory of Soil and S ustainable A griculture , Institute of Soil Science , Chinese Academy of Sci2
ences , N anjing 210008 , China ;2 Yangz hou U niversity , Yangz hou 225009 , China ;3 Fuian Norm al U niversity ,
Fuz hou 350007 , China ; 4 Japan International Research Center f or A gricultural Sciences , Tsukuba 30528686 ,
Japan) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (9) :1616～1620.
Nitrogen wet deposition was monitored for two years (200116～200315) at the Changshu Ecological Station in
Taihu Lake region. The results showed that the amount of nitrogen wet deposition had a strong seasonal pattern ,
with higher levels in summer and spring ,and low values in autumn and winter. The proportions of NH+4 2N ,
NO -3 2N and DON (dissolved organic nitrogen) to TN (total nitrogen) inputted by wet deposition were 4716 % ,
3511 % and 1714 % ,respectively. Ammonia volatilization from farmland was the most important source of NH+4 2
N in wet deposition. The monthly NH +4 2N input from wet deposition increased with monthly rainfall ( R2 =
013178 3 3 ) ,while the monthly NO -3 2N input from wet deposition had a lower correlation ( R2 = 011985 3 ) with
monthly rainfall but positively related with the time of rainfall ( R2 = 016757 3 3 3 ) . The NO -3 2N concentration
in the air was relatively steady in a period of time. Its concentration in wet deposition had a negative correlation
with rainfall ( R2 = 014205 3 3 3 ) . The annual TN input from wet deposition was 2710 kg·hm - 2 ,but its concen2
tration in each rainfall was higher than 012 mg·L - 1 (the threshold N concentration for inland water eutrophica2
tion) . The nitrogen inputted by wet deposition had an ecological significance on both nitrogen balance in agroe2
cosystem and eutrophication.
Key words 　Taihu Region , Nitrogen wet deposition , Seasonal dynamics , Ecological significance.3 国家重点基础研究发展规划资助项目 ( G1999011806) .3 3 通讯联系人.
2003 - 09 - 11 收稿 ,2004 - 02 - 11 接受.
1 　引 　　言
大气 N 沉降包括湿沉降 (降雨和降雪) 和干沉
降 (尘埃) . 沉降中的 N 主要有铵态氮、硝态氮和有
机氮 3 种形态. 铵态氮主要来自农业活动 ,如土壤、
肥料和家畜粪便中氨态氮的挥发[4 ]和含 N 有机物
的燃烧[10 ] ;硝态氮主要来自石油和生物体的燃烧及
N 的自然氧化 (如雷击) [5 ,12 ,16 ] ;有机氮来源仍不很
清楚 ,可能来自溅起的海水水滴和植物的花粉[15 ] .
我国太湖水体富营养化中 , N 是关键因素之
一[6 ] ,因而太湖地区的 N 循环已引起广泛关注. 大
气湿沉降是补偿农田生态系统 N 损失的重要途径
之一 ,对水体中 N 富集也有一定贡献[9 ] . 近年来 ,我
国对森林、海洋和草地等生态系统的 N 沉降已有报
道[7 ,14 ,17～20 ] ,而对农田生态系统和湖泊水体富营养
化 ,尚缺少 N 沉降的研究. 为此 ,于 2001 年 6 月起
连续两年收集湿沉降 ,检测太湖地区 N 湿沉降动
应 用 生 态 学 报 　2004 年 9 月 　第 15 卷 　第 9 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Sep. 2004 ,15 (9)∶1616～1620
态 ,以便系统、深入地揭示湿沉降向农田生态系统输
入 N 的数量、形态及年际变化规律 ,评价湿沉降对
太湖水体富营养化的贡献.
2 　材料与方法
211 　湿沉降收集点
在中国科学院常熟生态站 (31°32′45″N ,120°41′57″E)进
行湿沉降的收集. 站区所在地属亚热带中部湿润季风气候 ,
年平均气温 1515 ℃, ≥10 ℃的有效积温 4 93317 ℃,年降雨
量 1 038 mm ,年日照 2 203 h ,年平均太阳总辐射量 4194 ×
105 J·cm - 2 ,无霜期 242 d. 站区地形属阳澄湖低洼湖荡平
原 ,海拔 113 m.
212 　采样方法
降雨接收装置为内径 15 cm 高 1 m 的雨量计 2 台 ,相距
20 m. 雨量计不定期用稀盐酸、蒸馏水清洗 ,以除去内部细小
灰尘. 收集两年中所有降雨 ,雨后从雨量计中记录雨量并取
雨水样 ,雨样装入聚乙烯瓶于 4 ℃冷藏贮存 ,并在一周内完
成测定 (结果为两雨量计的平均值) .
213 　测定方法
水样 NO -3 2N 用紫外分光光度法测定 ; NH +4 2N 用靛酚
蓝比色法测定 ;水样用过硫酸钾氧化后 ,紫外分光光度法测
总氮 ( TN , Total Nitrogen) ;溶解有机氮 (DON ,Dissolved Or2
ganic Nitrogen) 为总氮与硝态氮和铵态氮之和的差值 ,即
DON = TN - (NO -3 2N + NH+4 2N) .
3 　结果与讨论
311 　湿沉降中氮浓度
2001 年 6 月～2003 年 5 月共有 123 次降雨. 不
同时间降雨中氮浓度变化显著. 由图 1 可见 , 60 %
的降雨 (74 次) 中 DON 浓度 < 015 mg·L - 1 ,而只有
20 %(24 次) 的降雨中 NO -3 2N 和 12 % (15 次) 的
N H +4 2N 浓度 < 015 mg·L - 1 1 湿沉降 N H +4 2N 浓度
> 110 mg·L - 1的降雨次数 (72 次) 占降雨总数的
5815 % ,近一半 (4515 %) 的湿沉降 NO -3 2N 浓度 >
110 mg·L - 1 .
图1 　123 次降雨中各形态氮浓度频率分布 ( 200116 ～
200315)
Fig. 1 Frequency of N concentration in rainfall in 2001. 6～2003. 5.
a :NO -3 2N ;b :NH +4 2N ;c :DON.
表 1 　湿沉降中各形态氮浓度
Table 1 Concentration of nitrogen in wet deposition
时间
Time
降雨次数
Rainfall
times
氮浓度 N concentration (mg·L - 1)
NO -3 2N NH +4 2N DON TN
200116
～200215 57 110 ±018(011～418) 3 113 ±019(011～419) 014 ±014(010～217) 218 ±117(013～914)
200216
～200315 66 117 ±116(011～818) 119 ±210(012～1015) 019 ±111(010～512) 415 ±414(014～2011)
200116
～200315 123 114 ±114(011～818) 117 ±116(011～1015) 017 ±019(010～512) 317 ±315(013～2011)3 平均值 ±标准差 (变幅) Average ±SD(range) .
　　由表 1 可见 ,两年降雨中 NO -3 2N、N H +4 2N 和
DON 的平均浓度分别为 114、117 和 017 mg·L - 1 ,
最大浓度分别为 818、1015 和 512 mg·L - 112002 年
6 月～2003 年 5 月降雨中各形态氮浓度均大于
2001 年 6 月～2002 年 5 月 ,表现出明显的年际差
异.降雨中氮浓度主要受空气氮浓度和降雨量两方
面的影响. 因此 ,2002 年 6 月～2003 年 5 月降雨中
氮浓度的升高主要是其中某一方面或两方面共同作
用的结果[8 ] .
　　随降雨量的增大 ,湿沉降中氮浓度有所降低. 两
年内 123 次降雨中 TN、NO -3 2N 和 N H +4 2N 的浓度
与降雨量的关系可用方程 y = a·x b 拟合 (图 2) ,其
相关系数 ( R2)分别为 014027、014205 和 012838 ,且
均达到极显著水平 ( P = 01001) . 其中以 NO -3 2N 浓
度与降雨量的相关系数最高 ,表明NO -3 2N浓度
图 2 　湿沉降中各形态氮浓度与降雨量的关系
Fig. 2 Relationship of N concentration in rainfall with amount of rainfall.
71619 期 　　　　　　　　　王小治等 :太湖地区氮素湿沉降动态及生态学意义 :以常熟生态站为例 　　　　　　　　　　　
受降雨量的支配的程度最大 ,而 N H +4 2N 浓度受降
雨量的影响相对较小 ,受其他因素影响较大.
312 　湿沉降氮输入量的动态变化
根据每次降雨中氮浓度和降雨体积 ,计算月湿
沉降氮输入量. N 输入量 ( kg·hm - 2 ) = 6 Ci ·V i/
1001 式中 , Ci 为一个月中每次降雨氮浓度 ( mg·
L - 1) , V i 为一个月中每次降雨量 ( mm) , 6 V i 为月
累积降雨量 (mm) .
由图 3 可见 ,降雨量季节差异明显 ,两年均为夏
季 (6～8 月)最大 ,春季 (3～5 月) 次之 ,而秋冬季节
较低. 月降雨输入的 TN 在 0～616 kg·hm - 2之间 ,
NO -3 2N、N H +4 2N 和 DON 分别在 0～116、0～414 和
0～112 kg·hm - 2之间. 降雨各形态氮输入量均表现
出夏季高、秋冬季较低、春季又增加的特点. 2001 年
夏季平均降雨 TN输入量为4 1 6 kg·hm - 2 (其中
图 3 　降雨量和各形态氮输入量的季节动态
Fig. 3 Seasonal patterns of amount of rainfall and nitrogen inputted by
rainfall.
1) 2001～2002 ;2) 2002～2003 ;3) 2001～2002 (季节平均 Seasonal av2
erage) ;4) 2002～2003 (季节平均 Seasonal average) .
7 月最大 ,达 616 kg·hm - 2) ,是秋、冬季节 (分别为
111 和 019 kg·hm - 2)的 4 倍以上. 在 2001 年 6 月～
2002 年 5 月间 ,NO -3 2N、N H +4 2N 和 DON 输入量的
季节变化趋势与 TN 接近 ,但 NO -3 2N 与其他形态
氮相比 ,春季的输入量较多.
313 　湿沉降中铵、硝态氮的差异
湿沉降中铵、硝态氮输入量的季节变化不同 ,如
2001 年夏季 N H +4 2N 平均月输入量显著高于 2002
年 ,且高于春季 ,而 NO -3 2N 刚好相反 (图 3) .
由图 4 可见 ,湿沉降 NO -3 2N 月输入量与月降
雨量的相关系数很低 ( R2 = 011985 3 ) ,而与月降雨
次数的相关性高 ( R2 = 016757 3 3 3 ) ,表明降雨量增
大并未显著增加 NO -3 2N 月输入量 ,而月降雨次数
的增加将显著提高 NO -3 2N 月输入量. N H +4 2N 和
NO -3 2N 相反 ,与月降雨量的相关性较高 ,而与月降
雨次数的相关性低. 湿沉降中铵、硝态氮输入量变化
的差异 ,与其产生、迁移的特点有关.
空气中 NO -3 2N 主要来自石油和生物体的燃烧
及雷击过程[16 ] ,且迁移距离很大 ,可达几千公里以
上[1 ] ,故当地施肥等农业措施对其浓度影响不大.
因而在某一时间段内 (如一个月) ,空气中 NO -3 2N
浓度可能相对较稳定. 且较小的降雨量即可能将大
部分 NO -3 2N 沉降下来 ,随降雨量增大 ,湿沉降中
NO -3 2N 浓度被稀释变低 (其浓度与降雨量之间呈显
著负相关 , R2 = 014205 3 3 3 ,图 2) ,降雨使空气中
NO -3 2N 浓度降低 ,但由于 NO -3 2N 的易迁移性 ,可
在雨停后较短时间内得到补充 ,使其浓度保持相对
稳定 ,故降雨次数增加会显著提高 NO -3 2N 输入量.
而空气中 N H +4 2N 主要来自土壤、肥料和家畜
粪便中氨态氮的挥发[3 ] . 同时 ,N H3 在空中迁移距
离较小 ( < 100 km) [2 ] . 太湖地区农田氨挥发的季节
变化特征明显. 6 月份是当地水稻插秧施用基肥时
期 ,7、8 月份是追施氮肥时期. 一般在 6～8 月 (夏
季)施入整个稻季所需氮肥 ,加之温度高 ,可发生较
强的氨挥发 ;当地在秋季一般不再追施氮肥 ,加上水
稻对 N 吸收较多 ,氨挥发较少 ;冬季因气温低 ,氨挥
发也较小 ;而春季由于给小麦追施氮肥 ,加之气温回
升 ,氨挥发量加大. 降雨中 N H +4 2N 输入量的季节变
化与氨挥发的季节变化吻合 ,表明当地农田氨挥发
是湿沉降中 N H +4 2N 的主要来源. 与 NO -3 2N 相比 ,
空气中 N H +4 2N 浓度受当地施肥等措施的影响更易
变动 ,故湿沉降 N H +4 2N 浓度与降雨量的相关系数
较低 (图 2) ,且湿沉降 N H +4 2N 月输入量与月降雨次
8161　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
图 4 　月降雨输入量与月降雨量、月降雨次数的关系
Fig. 4 Relationship of N wet deposition with amount of rainfall and monthly frequency of rainfall.
表 2 　湿沉降各形态氮输入量的年际变异
Table 2 Annual variation of nitrogen inputted by wet deposition
降雨量
Rainfall (mm)
氮输入量 Amount of N (kg·hm - 2)
NO -3 2N NH +4 2N DON TN 占总氮比例 Percent . of TN ( %)NO -3 2N NH +4 2N DON
200116～200215 139417 816 1416 510 2812 3016 5116 1717
200216～200315 98015 1013 1111 414 2517 3919 4311 1710
平均 Mean 118716 914 1218 417 2710 3511 4716 1714
数的相关性也低 (图 4) .
314 　湿沉降 N 输入量的年际差异
每年湿沉降输入 N 有较大变异性. 2002 年 6 月
～2003 年 5 月湿沉降 N H +4 2N、DON 和 TN 的输入
量低于上一年 ,这与两年降雨量的差异一致 (表 2) .
由于 2002 年 6 月～2003 年 5 月年降雨次数 (66) 大
于上一年 ( 57) (表 1) ,尽管降雨量小于上一年 ,
NO -3 2N 年度输入量 (1013 kg·hm - 2) 仍高于上一年
(816 kg·hm - 2) (表 2) . 表明湿沉降 NO -3 2N 输入量
与降雨次数有较高的相关性 ,而 N H +4 2N、DON 和
TN 输入量与降雨量的关系更为密切.
315 　N 湿沉降的生态学意义
湿沉降 TN 年均输入量为 2710 kg·hm - 2 (表
2) ,相当于 5816 kg 尿素 ,高于福建南坪 ( 1114～ 1811 kg·hm - 2) 、陕西关中 (1613 kg·hm - 2) 等地的结果 (均未包括 DON 输入量) [7 ,13 ] . 两年湿沉降输入 N 中均以 N H +4 2N 为主 (占总 N 的 4716 %) ,其次为 NO -3 2N (3511 %) ,而常被国内研究学者忽略的DON 也占有相当比例 ,达 1714 %. 国外研究表明 ,不同区域湿沉降中 DON 占总溶解氮 (total dissolvednit rogen) 的比例为 11 %～56 %[3 ] . 可见 ,如仅考虑N H +4 2N 和 NO -3 2N 的输入 ,将低估 N 湿沉降输入量. 由于不同时间、区域从各圈层进入大气的铵、硝态氮和有机氮不同 ,N 湿沉降具有一定的时空变异性. 湿沉降输入 N 一方面在农田生态系统起到补给N 供应和补偿 N 损失的作用 ;另一方面 ,两年间所有降雨中氮浓度均已超过水体富营养化阈值 012mg·L - 1 [11 ,16 ] (表 1) . 除减少工业废水、生活污水及
91619 期 　　　　　　　　　王小治等 :太湖地区氮素湿沉降动态及生态学意义 :以常熟生态站为例 　　　　　　　　　　　
农田径流等向水体的直接排放外 ,还应针对大气中
N 的来源 ,采取措施降低大气中 N 的浓度 (如采取
措施降低农田、家畜粪便中氨态氮的挥发) ,以减少
湿沉降 N 输入 ,才能从根本上解决水体富营养化问
题.
4 　结 　　论
两年的测定结果表明 ,湿沉降 N 输入量的季节
变化显著 ,夏、春季高 ,秋、冬季低. 湿沉降输入 N 中
N H +4 2N、NO -3 2N 和 DON 的比例分别为 4716 %、
3511 %和 1714 % ,应当重视 DON 的输入.
湿沉降中 N H +4 2N 主要来自当地农田的氨挥
发. 在常规施肥条件下 ,该地区湿沉降 N H +4 2N 输入
量的年际差异主要与降雨量有关. 该地区空气中
NO -3 2N 浓度相对较稳定 ,与当季施肥无明显相关 ;
湿沉降中 NO -3 2N 浓度与降雨量呈负相关 ( R2 =
014205 3 3 3 ) . 月 NO -3 2N 输入量与月降雨次数呈直
线正相关 ( R2 = 016757 3 3 3 ) ,而与月降雨量相关性
较差 ( R2 = 011985 3 ) .
湿沉降 TN 年输入量为 2710 kg·hm - 2 ,在补给
农田生态系统 N 供应方面有一定作用 ;同时 ,所有
降雨中氮浓度均已超过水体富营养化阈值. 由于 N
湿沉降具有时空变异特征 ,应对 N 湿沉降进行多点
连续定位观测 ,以便全面了解其在农田生态系统中
的作用和对水体富营养化的贡献.
致谢 　周红凤在样品采集、测定上给予帮助.
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作者简介 　王小治 ,男 ,1975 年出生 ,硕士 ,讲师 ,在职博士 ,
主要从事农田生态系统中氮素循环研究 ,发表论文 10 余篇.
Tel :025286881137 ; E2mail :xiaozhiwang @hotmail. com
0261　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷