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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 3 期摇 摇 2012 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
夏季可可西里雌性藏原羚行为时间分配及活动节律 连新明,李晓晓,颜培实,等 (663)………………………
热带印度洋黄鳍金枪鱼渔场时空分布与温跃层的关系 杨胜龙,张摇 禹,张摇 衡,等 (671)……………………
洪湖水体藻类藻相特征及其对生境的响应 卢碧林,严平川,田小海,等 (680)…………………………………
广西西端海岸四种红树植物天然种群生境高程 刘摇 亮,范航清,李春干 (690)…………………………………
高浓度 CO2引起的海水酸化对小珊瑚藻光合作用和钙化作用的影响 徐智广,李美真,霍传林,等 (699)……
盖度与冠层水深对沉水植物水盾草光谱特性的影响 邹维娜,袁摇 琳,张利权,等 (706)………………………
基于 C鄄Plan规划软件的生物多样性就地保护优先区规划———以中国东北地区为例
栾晓峰,孙工棋,曲摇 艺,等 (715)
…………………………
………………………………………………………………………………
城市化对本土植物多样性的影响———以廊坊市为例 彭摇 羽,刘雪华,薛达元,等 (723)………………………
利用红外相机调查北京松山国家级自然保护区的野生动物物种 刘摇 芳,李迪强, 吴记贵 (730)……………
基于树木起源、立地分级和龄组的单木生物量模型 李海奎,宁金魁 (740)………………………………………
千岛湖社鼠种群遗传现状及与生境面积的关系 刘摇 军,鲍毅新,张摇 旭,等 (758)……………………………
气候变化对内蒙古草原典型植物物候的影响 顾润源,周伟灿,白美兰,等 (767)………………………………
中国西北典型冰川区大气氮素沉降量的估算———以天山乌鲁木齐河源 1 号冰川为例
王圣杰,张明军,王飞腾,等 (777)
…………………………
………………………………………………………………………………
植被类型对盐沼湿地空气生境节肢动物功能群的影响 童春富 (786)……………………………………………
黔西北铅锌矿区植物群落分布及其对重金属的迁移特征 邢摇 丹,刘鸿雁,于萍萍,等 (796)…………………
云南中南部季风常绿阔叶林恢复生态系统萌生特征 苏建荣,刘万德,张志钧,等 (805)………………………
筑坝扩容下高原湿地拉市海植物群落分布格局及其变化 肖德荣,袁摇 华,田摇 昆,等 (815)…………………
三峡库区马尾松根系生物量的空间分布 程瑞梅,王瑞丽,肖文发,等 (823)……………………………………
兴安落叶松林生物量、地表枯落物量及土壤有机碳储量随林分生长的变化差异
王洪岩,王文杰,邱摇 岭,等 (833)
………………………………
………………………………………………………………………………
内蒙古放牧草地土壤碳固持速率和潜力 何念鹏,韩兴国,于贵瑞 (844)…………………………………………
不同林龄马尾松凋落物基质质量与土壤养分的关系 葛晓改,肖文发,曾立雄,等 (852)………………………
不同丛枝菌根真菌侵染对土壤结构的影响 彭思利,申摇 鸿,张宇亭,等 (863)…………………………………
不同初始含水率下粘质土壤的入渗过程 刘目兴,聂摇 艳,于摇 婧 (871)…………………………………………
不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间 田慎重,宁堂原,迟淑筠,等 (879)……………………
外源铅、铜胁迫对不同基因型谷子幼苗生理生态特性的影响 肖志华,张义贤,张喜文,等 (889)………………
温度和盐度对吉富品系尼罗罗非鱼幼鱼鳃 Na+ 鄄K+ 鄄ATPase活力的联合效应
王海贞,王摇 辉,强摇 俊,等 (898)
……………………………………
………………………………………………………………………………
基于元胞自动机的喀斯特石漠化格局模拟研究 王晓学,李叙勇,吴秀芹 (907)…………………………………
边缘细胞对荞麦根尖铝毒的防护效应和对细胞壁多糖的影响 蔡妙珍,王摇 宁,王志颖,等 (915)……………
川中丘陵区人工柏木防护林适宜林分结构及水文效应 龚固堂,黎燕琼,朱志芳,等 (923)……………………
基于 AHP与 Rough Set的农业节水技术综合评价 翟治芬,王兰英,孙敏章,等 (931)…………………………
基于 DMSP / OLS影像的我国主要城市群空间扩张特征分析 王翠平,王豪伟,李春明,等 (942)………………
生态旅游资源非使用价值评估———以达赉湖自然保护区为例 王朋薇,贾竞波 (955)…………………………
专论与综述
基于有害干扰的森林生态系统健康评价指标体系的构建 袁摇 菲,张星耀,梁摇 军 (964)………………………
硅对植物抗虫性的影响及其机制 韩永强,魏春光,侯茂林 (974)…………………………………………………
研究简报
光照条件、植株冠层结构和枝条寿命的关系———以桂花和水杉为例 占摇 峰,杨冬梅 (984)……………………
Bt玉米秸秆还田对小麦幼苗生长发育的影响 陈小文,祁摇 鑫,王海永,等 (993)………………………………
汶川大地震灾后不同滑坡体上柏木体内非结构性碳水化合物的特性 陈摇 博,李志华,何摇 茜,等 (999)……
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*344*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄02
封面图说:难得的湿地乔木———池杉池杉为落叶乔木,高达 25 米,主干挺直,树冠尖塔。 树干基部膨大,常有屈 膝状吐吸根,池
杉为速生树,强阳性,耐寒性较强,耐干旱,更极耐水淹,多植于湖泊周围及河流两岸,是能在水里生长的极少数的大
乔木之一,故有湿地乔木之称 。 池杉原产美国弗吉尼亚沼泽地,中国于本世纪初引种到江苏等地,之后大量引种南
方各省,尤其是长江南北 水网地区作为重要造树和园林树种而大量栽种。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 3 期
2012 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 3
Feb. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(41161012,40701035);教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-10-0019);国家重点基础研究发展计划
(973)项目(2010CB951003);中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-EW-311)
收稿日期:2011-06-29; 　 　 修订日期:2011-11-14
*通讯作者 Corresponding author. E-mail: mjzhang2004@ 163. com
DOI: 10. 5846 / stxb201106290975
王圣杰, 张明军, 王飞腾, 李忠勤. 中国西北典型冰川区大气氮素沉降量的估算———以天山乌鲁木齐河源 1 号冰川为例. 生态学报,2012,32
(3):777-785.
Wang S J, Zhang M J, Wang F T, Li Z Q. Atmospheric nitrogen deposition in the glacier regions of Northwest China: a case study of Glacier No. 1 at the
headwaters of Urumqi River, Tianshan Mountains. Acta Ecologica Sinica,2012,32(3):777-785.
中国西北典型冰川区大气氮素沉降量的估算
———以天山乌鲁木齐河源 1 号冰川为例
王圣杰1, 张明军1,2,*, 王飞腾2, 李忠勤1,2
(1. 西北师范大学地理与环境科学学院,兰州　 730070;
2. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室 /天山冰川站,兰州　 730000)
摘要:高寒冰川区氮素沉降量的变化会对区域生态系统产生显著影响,定量评估冰川区的氮沉降状况可以为修正相关模型提供
重要的原始数据。 通过 2004 年 1 月至 2006 年 12 月在天山乌鲁木齐河源 1 号冰川连续采样,分析了中国西北典型冰川区大气
氮素的沉降特征,并估算了该区域的年均氮素沉降量。 研究结果表明,1 号冰川湿沉降中的硝态氮 (NO-3 -N)、铵态氮 (NH+4 -N)
与总无机氮 (TIN) 存在着明显的季节变化特征:夏季沉降量最大,冬季最少,且与降水量表现出较好的对应关系。 1 号冰川氮
素湿沉降的硝铵比 (NO-3 -N / NH+4 -N) 月平均值在 0. 3—1 间波动。 1 号冰川 TIN湿沉降量年平均值为 1. 51 kg / hm2(其中 NH+4 -
N沉降量占总量的 69% ,而NO-3 -N沉降量仅占 31% ),干湿沉降总量年均值为 1. 56 kg / hm2,总氮 (TN) 的干湿沉降总量年均值
为 3. 85 kg / hm2。 得到的冰川区氮素沉降量符合中国西部高寒区的一般水平,代表了该区域的本底值。
关键词:冰川区;乌鲁木齐河源 1 号冰川;氮沉降;无机氮;湿沉降
Atmospheric nitrogen deposition in the glacier regions of Northwest China: a case
study of Glacier No. 1 at the headwaters of Urumqi River, Tianshan Mountains
WANG Shengjie1, ZHANG Mingjun1,2,*, WANG Feiteng2, LI Zhongqin1,2
1 College of Geography and Environment Sciences, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China
2 State Key Laboratory of Cryospheric Sciences / Tianshan Glaciological Station, Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,
Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
Abstract: The atmospheric nitrogen deposition in the cold region ( especially in the glacier region) of Northwest China,
which takes a vital role during the nitrogen cycle, may influence the regional ecology and environment. And the long-term
systemic observation on nitrogen deposition in the glacier region is helpful for quantitative modelling of typical drainage
basins in the High Asia. According to the continues sampling of wet deposition ( fresh snow) on the eastern branch of
Glacier No. 1 (43°06′N, 86°49′E, 4130 m above sea level) at the headwaters of Urumqi River in the eastern Tianshan
Mountains from January 2004 to December 2006, the characteristics of atmospheric nitrogen wet deposition in the glacier
region of Northwest China were discussed, and the annual nitrogen wet / dry deposition of both inorganic and organic types
was estimated. The results indicated: (1 ) The nitrate nitrogen ( NO-3 -N), ammonium nitrogen ( NH
+
4 -N) and total
inorganic nitrogen (TIN) in the wet deposition varied seasonally. The nitrogen wet deposition from January to April was
relatively low, and it increased significantly from April to May. With a little fluctuation, the nitrogen wet deposition was
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high from May to September, and the minimum of monthly deposition was 0. 17 kg / hm2, 0. 04 kg / hm2, 0. 13 kg / hm2, for
TIN, NO-3 -N and NH
+
4 -N, respectively. The nitrogen wet deposition decreased markedly after October, and kept at a low
level from October to December. In the seasonal classification, the nitrogen wet deposition was highest in summer ( June,
July and August), and lowest in winter (November, December and January) . The percentage of nitrogen wet deposition in
summer was 54% , 52% and 55% , for TIN, NO-3 -N and NH
+
4 -N, respectively. The nitrogen wet deposition correlated with
precipitation amount significantly, and more than 93% of which occurred during the wet season ( from April to October,
with abundant precipitation in this period) . (2) The NO-3 -N / NH
+
4 -N ratio of wet deposition ranged from 0. 3 to 1, which
was influenced by both the regional emission and atmospheric transportation. The spatial transportation was calculated by
the HYSPLIT ( Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory, which was developed by the Air Resources
Laboratory, National Oceanic and Atmospheric Administration of USA) model 4. 9 at 8:00 and 20:00 in Beijing Time
(0:00 and 12:00 in Coordinated Universal Time) during all the precipitation days from 2004 to 2006 in different starting
heights. (3) The inter-annual variation was not obvious during the study period of three years, so the mean annual
deposition was representative at the sampling site. The mean annual wet deposition of TIN was 1. 51 kg / hm2 with 69% of
NH+4 -N and 31% of NO
-
3 -N. Considering the dry / wet deposition in total, the mean annual deposition of TIN was 1. 56 kg /
hm2, with 1. 07 kg / hm2 of NH+4 -N and 0. 49 kg / hm
2 of NO-3 -N. In addition, the estimated annual dry / wet deposition of
total nitrogen (TN), including TIN and TON (total organic nitrogen), was 3. 85 kg / hm2 . The simulant value in this study
corresponded well with the reported data of nitrogen deposition around the cold region in the West China.
Key Words: glacier regions; glacier No. 1 at the headwaters of Urumqi River; nitrogen deposition; inorganic nitrogen;
wet deposition
氮的生物地球化学循环对生态环境具有重要的意义[1-3]。 基于定位观测的氮素沉降量估算可以用于验
证大气化学传输模型、定量评价氮输入引发的生态效应、推行调控措施以改善环境状况等[4-5]。 随着工农业
的发展,包括中国在内的亚洲氮排放量呈现出增长的趋势[6]。 然而,目前对氮沉降的研究多集中于中东部地
区[7-8],加强西部地区氮沉降监测,特别是区域本底值监测成为中国氮沉降研究的共识之一[4]。 中国西部高
寒区氮素沉降量在全国范围内相对较低,因此这一区域氮沉降的变化可能会对生态系统产生更为显著的
影响[9-11]。
相较于其他国家[12-14]而言,中国西部高寒区的氮沉降研究仍十分有限,特别是对其冰川区氮沉降本底值
的认识更是匮乏。 1994 年中国大气本底基准观象台(瓦里关山本底台)的建立,首次在青藏高原实现了降水
化学的长期定位监测[15-16],此后在西部高寒区其他城镇相继开展了一些研究[17-19]。 贾钧彦等[20-21]在西藏中
东部的林芝、山南、昌都、那曲等四地进行了氮素湿沉降的多年连续监测,发现氮沉降对于西藏这一生态脆弱
的区域可能是一笔非常丰厚的外援氮输入。 邵伟等[22]研究了西藏林芝地区降雨中有机氮浓度与沉降量的变
化特征,发现有机氮也是大气氮沉降的重要组分。 肖桐等[5]估算了青藏高原的长江源区氮素沉降量,认为该
流域由于降水、径流和输沙作用表现为一个氮源。 然而,长期的定位观测一直未真正涉及冰川区,已有的冰川
区降水化学观测时段多不足以覆盖全年。 在玉龙雪山冰川区开展过全年降水化学研究,但仅注意到了硝态氮
的变化特征,对铵态氮并没有报道[23]。 高寒冰川区氮素“沉降-消融-径流-参与生态系统”外延的“沉降-迁移-
吸收-排放”过程可能对下游生态平衡产生一定的影响,而氮沉降正是这一循环过程中的重要环节,具有潜在
的研究价值。 此外,对高寒区氮素沉降量的定量评估还可以为典型小流域的高分辨率模拟提供参考依据。 天
山乌鲁木齐河源 1 号冰川是中国西北典型的大陆性冰川,具备高寒冰川区氮循环研究的良好条件[24-28]。 本
文在前期研究的基础上,通过连续 3a的定点采样,结合 HYSPLIT气团轨迹模型,进一步丰富对冰川区氮素沉
降特征的认识,从而为下游生态平衡评估与未来高寒冰川区高分辨率的模拟研究提供验证。
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1　 数据与方法
1. 1　 降水样品采集
　 图 1　 乌鲁木齐河源 1 号冰川在中国西部高寒区的位置示意图
Fig. 1　 Location of Glacier No. 1 at the headwaters of Urumqi
River in West China
本研究选择天山乌鲁木齐河源 1 号冰川东支积累
区海拔 4130 m处 (43°06′N,86°49′E) 作为采样点 (图
1)。 该采样点的降水以固态为主,因此以冰川表面未
受后沉积作用影响的新雪样品代表降水。 自 2004 年 1
月至 2006 年 12 月,每周在采样点进行一次定位考察,
若有新降雪出现则采集样品,共得到 66 个新雪样品。
雪样在采集和运输过程中均采取严格的操作规范,样品
密封后,在冰冻状态下从野外运回中国科学院寒区旱区
环境与工程研究所天山冰川观测试验站实验室后低温
保存直至实验分析。
1. 2　 化学分析
离子色谱法已被广泛运用于水体中氮素的测
试[29-31]。 本研究采用 Dionex-320 型离子色谱仪测定样
品中 NO-3 与 NH+4 的浓度[32],从而得到硝态氮 (NO-3 -N)
与铵态氮 (NH+4 -N)。 与NO-3 -N和 NH+4 -N 相比,雪样中
NO-2 -N含量极小[33],故本研究未对 NO-2 -N 进行分析。
因此,湿沉降中的总无机氮 (TIN) 沉降量为NO-3 -N和 NH+4 -N沉降量之和,即 TIN = NO-3 -N + NH+4 -N。 此外,
参考相关文献中有关西部高寒区氮素干沉降 /湿沉降的比例[19]和无机氮 /有机氮 (TIN / TON) [21]的比例,对
干湿沉降的总氮 (TN = TIN + TON) 进行了估算。
1. 3　 气象观测资料
采样点的降水量根据大西沟气象站 (43°06′N,86°50′E,距 1 号冰川末端 3 km) 实测数据进行误差修正
后按照降水量的垂直递变率推算得到。 详细的修正与推算方法参见杨大庆等[34]在乌鲁木齐河源区的研究。
2　 结果与讨论
2. 1　 氮素湿沉降量的季节变化特征
根据 2004—2006 年连续采样的实验分析结果,乌鲁木齐河源 1 号冰川积累区湿沉降中的NO-3 -N、NH+4 -N
与 TIN均存在着明显的季节变化特征 (图 2)。 1—4 月氮素的湿沉降量平均值相对较低,直到 5 月才开始迅
速增加。 4 月的 TIN湿沉降量多年平均值仅为 0. 05 kg / hm2,而 5 月的已升至 0. 24 kg / hm2,是 4 月的 4. 5 倍;
从 4 月到 5 月,NO-3 -N与 NH+4 -N湿沉降量多年平均值相应地分别增大了 6. 4 与 3. 9 倍。 5—9 月氮素的湿沉降
量虽然存在着一定程度的波动,但是一直维持在相对较高的水平 (NO-3 -N的月沉降量多年平均值不小于 0. 04
kg / hm2,NH+4 -N的月沉降量平均值不小于 0. 13 kg / hm2,TIN 的月沉降量平均值不小于 0. 17 kg / hm2)。 从 10
月开始,氮素沉降量突然下降。 TIN 平均值从 9 月的 0. 23 kg / hm2降至 10 月的 0. 07 kg / hm2,降幅为 69% ;
NO-3 -N与 NH+4 -N分别减小了 0. 05 kg / hm2与 0. 11 kg / hm2,降幅分别为 68% 、69% 。 10—12 月,氮素沉降量维
持在较低的水平,数量水平与 1—4 月类似。 通过表 1 可以发现绝大部分氮素的湿沉降都发生在夏季。 以
TIN为例,有 54%的湿沉降发生在夏季,其次是秋季 (22% ) 与春季 (21% ),冬季最少 (2% )。 NO-3 -N、NH+4 -
N沉降的季节分布格局与之相似,夏季的湿沉降量分别占到全年湿沉降量的 52%与 55% 。 夏季降水最多,其
冲刷作用较强,尽管降水量最多的时段往往氮素浓度较小,但氮素的湿沉降量依然较大;春秋季节降水量相差
不大,但是湿沉降中氮素浓度较高,氮素沉降量低于夏季的;冬季降水量很少,与其他季节有数量级的差异,大
气中的氮素无法被淋洗因此沉降量最低[21]。
977　 3 期 　 　 　 王圣杰　 等:中国西北典型冰川区大气氮素沉降量的估算———以天山乌鲁木齐河源 1 号冰川为例 　
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0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0
50
100
150
200
250
2003-12 2004-06 2004-12 2005-06 2005-12 2006-06 2006-12
时间 Time
湿沉
降量
Wet
depo
sition
/
(kg/
hm2 )
浓度
Con
centr
ation
/
(mg/
L)
降水
量 Pr
ecipi
tation
/
mm
NO3--N沉降量NH4+-N沉降量TIN沉降量
月平均N浓度
月累积降水量
图 2　 2004—2006 年NO-3 -N、NH+4 -N与 TIN湿沉降量以及月平均 N浓度、月累积降水量
Fig. 2 　 Monthly wet deposition of NO-3 -N, NH+4 -N and TIN, mean nitrogen concentration, and accumulated precipitation during
2004—2006
表 1　 2004—2006 年降水量与NO-3 -N、NH+4 -N与 TIN湿沉降量的四季分布
Table 1　 Seasonal distribution of precipitation and wet deposition of NO-3 -N, NH+4 -N and TIN during 2004—2006
季节
Season
降水量 / mm
Precipitation
湿沉降量 Wet deposition / (kg / hm2)
NO-3 -N NH+4 -N TIN
春季 Spring 124 0. 10 0. 22 0. 32
夏季 Summer 496 0. 24 0. 58 0. 82
秋季 Autumn 112 0. 11 0. 23 0. 34
冬季 Winter 19 0. 01 0. 02 0. 03
对比降水量发现,氮素的湿沉降量与降水量存在着较好的对应关系。 5 月之后氮素沉降量的增加,是在
降水量同期增加下产生的。 当降水量较为充沛,氮素沉降量也较为丰富,反之亦然。 根据采样点降水量的变
化情况,可以将研究时段划分为湿季与干季:湿季为 4—10 月,干季为 11 月—翌年 3 月[35]。 对干湿季的氮素
湿沉降量差异进行比较,可以更为清楚地发现这一对应关系 (图 3)。 根据 2004—2006 年间的气象记录,湿季
降水量占 92% ,干季降水量很少,仅为 8% 。 而湿季氮素的湿沉降量显著高于干季,各形态氮 (NO-3 -N、
NH+4 -N) 及 TIN沉降量均为全年湿沉降总量的 93%以上。 相关性分析的结果也表明,月尺度下降水量与
NO-3 -N、NH+4 -N、TIN沉降量的相关系数分别为 0. 77、0. 88 与 0. 86,均通过了显著性水平为 0. 01 的检验。
图 3　 2004—2006 年降水量、NO-3 -N、NH+4 -N与 TIN湿沉降量的干湿季分布
Fig. 3　 Comparisons of precipitation, wet deposition of NO-3 -N, NH+4 -N and TIN in the dry / wet season during 2004—2006
2. 2　 湿沉降中氮素的方向来源分析
不同形态氮沉降量相对比例的变化可以反映出氮素的不同来源[21,36]。 根据连续的 3a记录 (图 4),大多
数月份的硝铵比 (即NO-3 -N / NH+4 -N) 都在 0. 3—0． 7 间波动,仅干季 2、11 月的略高,分别为 0. 85 和 0. 92。
这一季节变化一方面受到局地排放的影响,另一方面也受到大气输送的影响。 虽然本研究缺乏局地排放量的
087 　 生　 态　 学　 报　 　 　 32 卷　
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图 4　 2004—2006 年湿沉降中硝铵比的月变化
　 Fig. 4　 Monthly variation of NO-3 -N / NH+4 -N in wet deposition
during 2004—2006
月数据,但是氮素排放量的季节变化已经多有报道,气
温较低的时段一般 NH3排放量较小[37]。
轨迹3
轨迹3
轨迹4(12%)
轨迹3(26%)
轨迹2(18%)
轨迹2(43%) 轨迹3(15%)
轨迹1(69%)
轨迹2(16%)
轨迹1
轨迹3 轨迹4轨迹2
轨迹1
轨迹3 轨迹4轨迹2
轨迹1 轨迹2
轨迹1 轨迹2
图 5　 2004—2006 年降水日高空云团 (a、c、e) 与云下气团 (b、d、f) 后向轨迹聚类平均图、运动高度与月份分布
Fig. 5　 Cluster mean backward trajectory and its modeled movement height and monthly distribution of superior air mass (a, c, e) and
air mass under clouds (b, d, f) in precipitation days during 2004—2006
研究表明空气轨迹模式可以反映出不同尺度上
(高空云团与云下气团) 氮素的传输过程[27,30-31],因此
本研究利用美国国家海洋与大气管理局 (NOAA) 空气
资源实验室 (ARL) 开发的混合单粒子拉格朗日积分
轨迹模式 HYSPLIT 4. 9 来回溯其气团源地。 该模式使
用的气象资料根据美国国家环境预报中心 /美国国家大
气研究中心 (NCEP / NCAR) 的全球再分析资料 (global
reanalysis) 处理获得,空间分辨率为 2. 5° × 2. 5°,由
NOAA提供。 本研究分别使用 3000 m与 500 m作为起
算高度,代表高空云团与云下气团[30-31],计算 2004—
2006 年间所有降水日 (日降水量≥0. 1 mm) 逐日 8:00
与 20:00 的 120 h后向轨迹,并进行聚类平均分析。 气
团后向轨迹模拟结果 (图 5) 显示,高空云团与云下气团的传输路径仍是相似的,差异主要表现在传输距离
187　 3 期 　 　 　 王圣杰　 等:中国西北典型冰川区大气氮素沉降量的估算———以天山乌鲁木齐河源 1 号冰川为例 　
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上,这与中国东南沿海地区[30-31]存在着很大的不同。 根据气团后向轨迹的聚类平均值,采样点气团均主要来
自西北向与西向。 其中,高空云团 (图 5a、c、e) 轨迹 1 与轨迹 3 在湿季更为显著,轨迹 2 与轨迹 4 的季节差
异相对较小,从硝铵比相对较高的干季来看,轨迹 1 与轨迹 2 可能是其主要气团来源;云下气团 (图 5b、d、f)
轨迹 1 在湿季更为显著,轨迹 2 与轨迹 3 的季节差异相对较小,干季轨迹 1 可能仍是其主要气团来源。 考虑
到含氮物质在大气中的存在时间,大气传输对氮素沉降量应存在着一定程度的影响。
2. 3　 氮素沉降量年均值的估算
根据对不同年度氮素湿沉降量的对比,发现 2004—2006 年间湿沉降中氮素的年际间变化幅度相对较小
(图 6)。 没有明显的年际变化也表明该冰川区的降水气团来源较为稳定。 TIN在 2004、2005、2006 年的湿沉
降量分别为 1. 42、1. 47、1. 63 kg / hm2;NO-3 -N与 NH+4 -N的年际间沉降量变化趋势与 TIN的类似。 因此,采样期
3 年的平均值可以代表氮素沉降量的一般水平,采样点 TIN 湿沉降量多年平均值为 1. 51 kg / hm2。 湿沉降中
NH+4 -N占绝对优势,其沉降量占总量的 69% (1. 04 kg / hm2),而NO-3 -N沉降量仅占 31% (0. 46 kg / hm2)。
　 图 6　 2004—2006 年NO-3 -N、NH+4 -N 与 TIN 湿沉降量的年际间
变化
Fig. 6 　 Interannual variability of NO-3 -N, NH+4 -N and TIN
deposition during 2004—2006
本研究虽然仅统计了氮素的湿沉降量,但其干沉降
量仍是不容忽视的。 在缺乏实测资料的基础上,不少研
究通过干湿沉降的比例来估算干沉降量。 然而不同区
域氮素的干湿沉降比例往往存在很大的差别,这与气象
气候条件、采样方法、计算依据等因素都有关系。 根据
之前对乌鲁木齐河源高山区 (43°06′N,86°50′E) 降水
的研究,该区域含氮离子以湿沉降为主,NO-3 的干沉降
量占其干湿沉降总量的 6% ,而 NH+4 的干沉降量占总沉
降量的 3% [19]。 按照这一比例估算出 TIN 的干沉降量
年均值为 0. 06 kg / hm2,其中NO-3 -N与 NH+4 -N 沉降量各
占一半。 也就是说,TIN的干湿沉降总量年均值为 1. 56
kg / hm2,其中, NO-3 -N与 NH+4 -N 沉降量分别占 31%
(0． 49 kg / hm2) 与 69% (1. 07 kg / hm2)。 如果要进一
步估算该区域的总氮 (TN) 沉降量,则需要考虑总有机
氮 (TON)。 参考在西藏中东部的研究[21](即 TON对 TN的贡献率为 59% ) 可得,TON 的干湿沉降总量年均
值为 2. 29 kg / hm2,TN的干湿沉降总量年均值为 3. 85 kg / hm2。
在没有人类活动影响的情况下,生态系统中氮素沉降量年均值仅约为 0. 5 kg / hm2甚至更小[1,38]。 然而,
受到人类活动的强烈影响,我国中东部的氮素湿沉降量一般都远大于上述数值,甚至有 2 个数量级的差异。
西部高寒区人口分布较少,受工农业影响也比中东部小得多,可以代表该区域大气湿沉降的本底值。 模拟结
果显示西部高寒区氮素沉降量在全国范围内应处于较低的水平[11],但对于这一区域氮素湿沉降量的长期实
测数据仍很有限[21](图 1,表 2)。 综合考虑西部高寒区的空间范围与降水量的差异,本研究估算的乌鲁木齐
河源 1 号冰川氮素沉降量是基本合理的,符合中国西部高寒区的一般水平。
3　 结论
本研究通过对天山乌鲁木齐河源 1 号冰川连续 3a采样,分析了西北典型冰川区大气氮素沉降特征,估算
了该区域年均氮素沉降量。
(1) 乌鲁木齐河源 1 号冰川湿沉降中的NO-3 -N、NH+4 -N与 TIN均存在着明显的季节变化特征。 1—4 月氮
素沉降量相对较低,5 月以后开始迅速增加,5—9 月间虽然有波动但维持在相对较高的水平,10 月以后突然
下降,10—12 月沉降量较低。 若按照四季划分,则夏季氮沉降量最大,冬季最少,乌鲁木齐河源 1 号冰川氮素
沉降量与降水量存在着较好的对应关系。
287 　 生　 态　 学　 报　 　 　 32 卷　
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表 2　 中国西部高寒区 TIN与 TN大气沉降量的对比
Table 2　 Comparisons of TIN and TN deposition in the cold regions over West China
研究区域
Study area
观测时段
Observation period
年均湿沉降量 / (kg / hm2)
Annual wet deposition
TIN TN
年均干湿沉降量 / (kg / hm2)
Annual dry / wet deposition
TIN TN
数据来源
Data source
林芝、山南、昌都与那曲 (西藏) 2005 年 6 月—2007 年 12 月 2. 27 5. 54 3. 75—7. 04 [21]
拉萨 (西藏) 1998—2000 年 1. 31 [17]
当雄、安多与定日 (西藏) 1998—2000 年 0. 87 [18]
格尔木与西宁 (青海) 1990—2000 年 5. 84 [18]
西藏 Tibet 2007 年 0. 86 [11]
玉龙雪山山麓 (云南) 1986—1993 年 1. 78—2. 04 [39]
瓦里关本底台 (青海) 1997 年 2. 92 [16]
乌鲁木齐河谷 (3551 m) 2003 年 4 月—2004 年 2 月 1. 53 1. 59 [19]
乌鲁木齐河谷 (2119 m) 2003 年 4 月—2004 年 2 月 1. 94 [19]
乌鲁木齐河源 1 号冰川 2004 年 1 月—2006 年 12 月 1. 51 3. 72 1. 56 3. 85 本研究
(2) 乌鲁木齐河源 1 号冰川的硝铵比 (即NO-3 -N / NH+4 -N) 月平均值都在 0. 3—1 间波动,氮素来源受不
同尺度气团输送的影响。
(3) 乌鲁木齐河源 1 号冰川氮素湿沉降量的年际间变化幅度相对较小,采样点 TIN 湿沉降量年均值为
1. 51 kg / hm2。 其中,NH+4 -N占绝对优势,其沉降量占总量的 69% ,而NO-3 -N沉降量仅占 31% 。 TON的干湿沉
降总量年均值为 2. 29 kg / hm2,TN的干湿沉降总量年均值为 3. 85 kg / hm2。 本研究估算的乌鲁木齐河源 1 号
冰川氮素沉降量符合中国西部高寒区的一般水平,代表了该区域的本底值。
致谢:感谢中国科学院天山冰川站的所有野外观测人员对本工作的帮助。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 3 February,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Behavioural time budgets and diurnal rhythms of the female Tibetan gazelles in the Kekexili National Nature Reserve
LIAN Xinming, LI Xiaoxiao, YAN Peishi, et al (663)
………………
……………………………………………………………………………
The relationship between the temporal鄄spatial distribution of fishing ground of yellowfin tuna (Thunnus albacares) and themocline
characteristics in the tropic Indian Ocean YANG Shenglong, ZHANG Yu, ZHANG Heng, et al (671)…………………………
Characteristics of algous facies of planktonic algae in lake honghu and its response to habitat
LU Bilin, YAN Pingchuan, TIAN Xiaohai, et al (680)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Tide elevations for four mangrove species along western coast of Guangxi, China LIU Liang, FAN Hangqing, LI Chungan (690)……
Effects of CO2 鄄induced seawater acidification on photosynthesis and calcification in the coralline alga Corallina pilulifera
XU Zhiguang, LI Meizhen, HUO Chuanlin,et al (699)
……………
……………………………………………………………………………
Impacts of coverage and canopy water depth on the spectral characteristics for a submerged plant Cabomba caroliniana
ZOU Weina, YUAN Lin, ZHANG Liquan, et al (706)
………………
……………………………………………………………………………
Prioritizing biodiversity in conservation planning based on C鄄Plan:a case study from northeast China
LUAN Xiaofeng,SUN Gongqi,QU Yi,et al (715)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
Effects of urbanization on indigenous plant diversity: a case study of Langfang City, China
PENG Yu, LIU Xuehua, XUE Dayuan, et al (723)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Using infra鄄red cameras to survey wildlife in Beijing Songshan National Nature Reserve LIU Fang, LI Diqiang, WU Jigui (730)……
Individual tree biomass model by tree origin, site classes and age groups LI Haikui, NING Jinkui (740)……………………………
Population genetics of Niviventer confucianus and its relationships with habitat area in Thousand Island Lake region
LIU Jun, BAO Yixin, ZHANG Xu, et al (758)
…………………
……………………………………………………………………………………
Impacts of climate change on phenological phase of herb in the main grassland in Inner Mongolia
GU RunYuan,ZHOU Weican, BAI Meilan, et al (767)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Atmospheric nitrogen deposition in the glacier regions of Northwest China: a case study of Glacier No. 1 at the headwaters of Urumqi
River, Tianshan Mountains WANG Shengjie, ZHANG Mingjun, WANG Feiteng, et al (777)……………………………………
Effects of vegetation type on arthropod functional groups in the aerial habitat of salt marsh TONG Chunfu (786)……………………
The plant community distribution and migration characteristics of heavy metals in tolerance dominant species in lead / zinc mine
areas in Northwestern Guizhou Province XING Dan,LIU Hongyan,YU Pingping,et al (796)……………………………………
Sprouting characteristic in restoration ecosystems of monsoon evergreen broad鄄leaved forest in south鄄central of Yunnan Province
SU Jianrong,LIU Wande,ZHANG Zhijun,et al (805)
……
………………………………………………………………………………
Distribution patterns and changes of aquatic communities in Lashihai Plateau Wetland after impoundment by damming
XIAO Derong, YUAN Hua, TIAN Kun, et al (815)
………………
………………………………………………………………………………
Spatial distribution of root biomass of Pinus massoniana plantation in Three Gorges Reservoir area, China
CHENG Ruimei, WANG Ruili, XIAO Wenfa, et al (823)
……………………………
…………………………………………………………………………
Differences in biomass, litter layer mass and SOC storage changing with tree growth in Larix gmelinii plantations in Northeast
China WANG Hongyan, WANG Wenjie, QIU Ling, et al (833)…………………………………………………………………
Soil carbon sequestration rates and potential in the grazing grasslands of Inner Mongolia
HE Nianpeng, HAN Xingguo, YU Guirui (844)
………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Relationships between litter substrate quality and soil nutrients in different鄄aged Pinus massoniana stands
GE Xiaogai, XIAO Wenfa, ZENG Lixiong, et al (852)
……………………………
……………………………………………………………………………
Compare different effect of arbuscular mycorrhizal colonization on soil structure
PENG Sili, SHEN Hong, ZHANG Yuting, et al (863)
………………………………………………………
……………………………………………………………………………
The infiltration process of clay soil under different initial soil water contents LIU Muxing, NIE Yan, YU Jing (871)…………………
Diurnal variations of the greenhouse gases emission and their optimal observation duration under different tillage systems
TIAN Shenzhong, NING Tangyuan, CHI Shuyun, et al (879)
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Effects of exogenous pb and cu stress on eco鄄physiological characteristics on foxtail millet seedlings of different genotypes
XIAO Zhihua,ZHANG Yixian,ZHANG Xiwen,et al (889)
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Combined effect of temperature and salinity on the Na+ 鄄K+ 鄄ATPase activity from the gill of GIFT tilapia juveniles (Oreochromis
niloticus) WANG Haizhen, WANG Hui, QIANG Jun, et al (898)………………………………………………………………
Pattern simulation of karst rocky desertification based on cellular automata WANG Xiaoxue, LI Xuyong, WU Xiuqin (907)…………
The role of root border cells in protecting buckwheat root apices from aluminum toxicity and their effect on polysaccharide contents
of root tip cell walls CAI Miaozhen, WANG Ning, WANG Zhiying, et al (915)…………………………………………………
The suitable stand structure and hydrological effects of the cypress protection forests in the central Sichuan hilly region
GONG Gutang, LI Yanqiong, ZHU Zhifang, et al (923)
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Comprehensive evaluation of agricultural water鄄saving technology based on AHP and Rough Set method
ZHAI Zhifen,WANG Lanying, SUN Minzhang, et al (931)
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Analysis of the spatial expansion characteristics of major urban agglomerations in China using DMSP / OLS images
WANG Cuiping, WANG Haowei, LI Chunming, et al (942)
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Evaluation of non鄄use value of ecotourism resources: a case study in Dalai Lake protected area of China
WANG Pengwei, JIA Jingbo (955)
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Review and Monograph
Assessment indicators system of forest ecosystem health based on the harmful disturbance
YUAN Fei, ZHANG Xinyao, LIANG Jun (964)
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Role of silicon in regulating plant resistance to insect herbivores HAN Yongqiang, WEI Chunguang, HOU Maolin (974)……………
Scientific Note
Relationships among light conditions, crown structure and branch longevity: a case study in Osmanthus fragrans and Metasequoia
glyptostroboides ZHAN Feng,YANG Dongmei (984)………………………………………………………………………………
Effects of maize straw with Bt gene return to field on growth of wheat seedlings
CHEN Xiaowen, QI Xin, WANG Haiyong, et al (993)
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Studies of non鄄structural carbohydrates of Cupressus funebris in cifferent landslides after Wenchuan Earthquake
CHEN Bo, LI Zhihua, HE Qian,et al (999)
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《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 3 期摇 (2012 年 2 月)
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