全 文 ：　 　 倡 �博士启动基金资助
　 　 倡倡 �通讯作者
收稿日期 ：２００５唱１０唱１８ 　 改回日期 ：２００６唱０１唱１５
上海地区氮素湿沉降及其对农业生态系统的影响 倡
梅雪英１ 　张修峰２ 倡倡
（１畅华东师范大学地理系 ，教育部地理信息重点实验室 　上海 　 ２０００６２ ；
２畅暨南大学水生生物研究所 　广州 　 ５１０６３２）
摘 　要 　试验研究上海地区 N素湿沉降及其对农业生态系统的影响结果表明 ，上海地区湿沉降中 N 营养盐含量
较高 ，其中 NO －３ 为 ２畅５８７mg／L ，NH ＋４ 达 ２畅１５５mg／L ，TIN的含量均在 ４畅０００mg／L以上 。湿沉降输入到上海地区农
业生态系统 N营养盐的年通量较高 ，其中 NH ＋４ 平均为 ２６畅５８０kg／hm２ ，１９９９ 年达到 ３８畅９３０kg／hm２ ；NO －３ 平均为
３１畅５４５kg／hm２ ；TIN 平均为 ５８畅１２３kg／hm２ ，相当于 １２４畅５４９kg／hm２ 尿素或 ３２７畅９８０kg／hm２ 碳酸氢铵 ，１９９９ 年 TIN
输入量为 ７７畅７５０kg／hm２ ，相当于 １６６畅６０７kg／hm２ 尿素或 ４３８畅７３２kg／hm２ 碳酸氢铵 ，占 １９９８年全国化肥（N）平均施
用量的 ３５％ 。湿沉降中 N的输入对农业生产有重要影响 。
关键词 　湿沉降 　 N素 　营养盐 　农业生态系统
Nitrogen in wet deposition in Shanghai area and its effects on agriculture ecosystem ．MEI Xue唱Ying１ ，ZHANG Xiu唱Feng２
（１畅Key Laboratory of Geo唱Information of Ministry of Education ，Department of Geography ，East China Normal Univer唱
sity ，Shanghai ２０００６２ ，China ；２畅Institute of Hydrobiology ， Jinan University ，Guangzhou ５１０６３２ ，China） ，CJEA ，
２００７ ，１５（１） ：１６ ～ １８
Abstract　 N is the necessary nutrition for plant grow th and NH ＋４ ，NO －３ are two major forms when N is absorbed by
plants ．NH＋４ and NO －３ in wet deposition are two very important factors to compensate the N loss of agricultural ecosys 唱
tem ．In order to learn the situation of N in the wet deposition of Shanghai District and its effects on agricultural ecosystem
in this area ，the amount ，forms and ecological effects of N in the wet deposition were studied ．Results show that in recent
years ，the content of N nutrition in the precipitation is fairly high in the region ，among which NO －３ is ２畅５８７mg／L ，NH ＋４
２畅１５５mg／L and TIN more than ４畅０００mg／L ．The N imported to the agriculture ecosystem of the area by wet deposition
is abundant ，with ２６畅５８０kg／hm２·a NH ＋４ ．In １９９９ ，NH＋４ was ３８畅９３０kg／hm２ ，NO －３ was ３１畅５４５kg／hm２ ．The average an唱
nual TIN imported from wet deposition is ５８畅１２３kg／hm２ ·a equal to １２４畅５４９kg／hm２ ·a CO （NH２ ）２ or ３２７畅９８０kg／hm２·a
NH４HCO３ and in １９９９ the quantity of TIN was ７７畅７５０kg／hm２ equal to １６６畅６０７kg／hm２ CO（NH２ ）２ or ４３８畅７３２kg／hm２
NH４HCO３ ，accouting for ３５％ of the national average application amount of fertilizer （N） in １９９８ ．
Key words 　 Wet deposition ，Nitrogen ，Nutritive salt ，Agriculture ecosystem
（Received Oct ．１８ ，２００５ ；revised Jan ．１５ ，２００６）
湿沉降输入的 NO －３ 和 NH ＋４ 是补偿农业生态系统 N营养盐损失的重要途径之一［７］ 。 NO －３ 主要来自石
油和生物体的燃烧及 N 的自然氧化（如雷击）［８］ ；NH ＋４ 主要来自于农业活动 ，如土壤肥料和家畜粪便中
NH ＋４ 的挥发和含 N 有机物的燃烧等［９］ 。 全球范围内湿沉降输入地球表面的 N 营养盐为 ５０ 万 ～
１４０万 t／a ；１９８６年湿沉降输入英国的 N 营养盐为 ７畅５kg／hm２ ，欧洲中部和海拔低的国家为 １８ ～ ２２kg／hm２ ，
西班牙和地中海东部国家为 ５ ～ ６kg／hm２ ，斯堪的纳维亚半岛（除丹麦外）为 ２ ～ ４kg／hm２ ［１０］ 。北美西部从半
干旱到半湿润地区湿沉降对 N 的年输入量在 １畅５ ～ ７畅５kg／hm２之间［１１］ 。近年来 ，我国对森林 、海洋 、草地和
农田等生态系统的 N沉降已有大量研究［１ ～ ３］ ，而对上海地区农业生态系统 N营养盐湿沉降的研究尚未见报
道 。鉴于大气湿沉降为农业生态系统 N补充的重要途径［８］ ，本文重点研究上海地区湿沉降向农业生态系统
输入 N的数量 、形态及其生态学意义 ，为该地区农业生产提供参考 。
1 　试验材料与方法
湿沉降中 N 形态及其浓度来自枟上海市环境质量报告书枠（１９９８ ～ ２００３） ，其中上海市环境空气质量的监
第 １５ 儍卷第 １期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 换　 No ．１
２ ０ ０ ７ 乔年 １ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture Jan ．，　 ２００７ 後
测范围包括上海市城区 、郊区 、郊县和浦东新区 ，覆盖面积 ６２００ 多 km２ ；共布设监测点 ４４ 个 ，监测降水中
NO －３ 和 NH ＋４ 等离子 。年降水量资料来自上海市枟水资源公报枠（１９９８ ～ ２００３） 。 通过湿沉降输入到上海地
区农业生态系统中 N的年通量采用下式计算 ：
N 沉降量（kg／hm２ ） ＝ Ci × V i／１００ （１）
式中 ，Ci为 N浓度（mg／L） ；V i为降水量（mm） 。
2 　结果与分析
2畅1 　湿沉降中 N的含量
　 　由表 １可知 ，近年来湿沉降中 N营养盐含量较高 ，其中 NO －３ 含量均
在２畅０００mg／L以上 ，平均 ２畅５８７mg／L ，NH＋４ 含量均在 １畅５００mg／L以上 ，平
均 ２畅１５５mg／L ，TIN的含量均在 ４畅０００mg／L以上 ，平均 ４畅７４１mg／L ，湿沉降
中 N营养盐的输入对上海地区的生态环境 ，特别是农业生产产生重要影
响 。湿沉降中的 N主要有 ３种形态 ，即 NH＋４ 、NO －３ 和有机氮 。 NH＋４ 是由
土壤中 NH３ 的挥发所致 ；NO －３ 由雷击形成或由工业和民用燃料燃烧及汽
车尾气等产生 ；有机氮存在于空中的尘埃等物质中 ，这些 N随降水进入农
业生态系统中 。空气中 NO －３ 迁移距离大 ，可达几千 km［１２］ 。我国的华东
地区 ，雨水中 NO －３ 浓度全国最高 ，这与华东地区人口密集 、工业交通发达
有密切关系［４］ ，而附近施肥等农业生产对其浓度影响不大 。空气中 NH＋４
主要来自土壤 、肥料和家畜粪便中 NH３ 的挥发 ，而 NH３ 在空中迁移距离较
小（＜ １００km）［１３］ ，附近施肥等农事活动对其浓度影响较大 。
表 1 　降水中各形态 N含量 倡
Tab畅１ 　 Contents of different forms of
nitrogen in the rainfall
年份
Years
输入地表的 N ／mg·L － １ ,
Nitrogen input to the earth摧s surface
NO －３ :NH ＋４ 照T IN 倡倡
１９９８ 膊２ 技畅３１１ ２ V畅２０９ ４ 痧畅５２０
１９９９ 膊２ 技畅４４６ ２ V畅４５３ ４ 痧畅８９９
２０００ 膊２ 技畅２４１ ２ V畅０４９ ４ 痧畅２９０
２００１ 膊２ 技畅５１２ １ V畅８６６ ４ 痧畅３７８
２００２ 膊２ 技畅５９０ １ V畅８２０ ４ 痧畅４１０
２００３ 膊３ 技畅４２０ ２ V畅５３０ ５ 痧畅９５０
平均 ２ 技畅５８７ ２ V畅１５５ ４ 痧畅７４１
　 　 倡 NO －２ 浓度较低 ，可以忽略不计 ［２］ ；
倡倡 TIN为 NO －３ 和 NH ＋４ 之和 ，下同 。
表 2 　湿沉降输入到上海地区农业生态
系统各形态 N的年通量
Tab畅２ 　 Amount of different forms of nitrogen
input to the agriculture ecosystem in Shanghai
by wet deposition every year
年份
Years
输入地表的 N ／kg·hm － ２ (
Nitrogen input to the earth摧s surface
NO －３ &NH ＋４ 亮TIN
１９９８ 灋２６ 浇畅８６０ ２５ W畅６８０ ５２ 耨畅５４０
１９９９ 灋３８ 浇畅８２０ ３８ W畅９３０ ７７ 耨畅７５０
２０００ 灋２６ 浇畅７５０ ２４ W畅４６０ ５１ 耨畅２１０
２００１ 灋３４ 浇畅３４０ ２５ W畅５１０ ５９ 耨畅８５０
２００２ 灋３５ 浇畅９５４ ２５ W畅２６５ ６１ 耨畅２１９
２００３ 灋２６ 浇畅５４３ １９ W畅６３５ ４６ 耨畅１７８
平均 ３１ 浇畅５４５ ２６ W畅５８０ ５８ 耨畅１２３
2畅2 　湿沉降对 N的输入通量及其年际变异
根据表 １以及本区相应年份的降水量可以得出湿沉降输入到上
海地区农业生态系统各形态 N 的年通量 。由表 ２ 可知 ，近几年通过
湿沉降输入到上海地区农业生态系统的 N 营养盐年通量较高 ，且年
际变化较大 ，如 NO －３ 平均为 ３１畅５４５kg／hm２ ，１９９９ 年最大达到
３８畅８２０kg／hm２ ，NH ＋４ 平均 ２６畅５８０kg／hm２ ，最大的 １９９９ 年达到
３８畅９３０kg／hm２ ；TIN ５８畅１２３kg／hm２ ，最大年通量是最小年通量的 １畅７
倍 。上海地区农业生态系统湿沉降输入的 TIN 年均量相当于
１２４畅５４９kg／hm２ 尿素或 ３２７畅９８０kg／hm２ 碳酸氢铵 ；１９９９ 年的输入量
７７畅７５kg／hm２ ，相当于 １６６畅６０７kg／hm２ 尿素或 ４３８畅７３２kg／hm２ 碳酸
氢铵 ，而 １９９８年我国化肥（N）平均施用量为 ２２５kg／hm２ ，因此近几年
上海地区农业生态系统湿沉降年均输入的 N 较多 ，其中 １９９９年输入
的量是 １９９８年全国化肥（N）平均施用量的 ３５％ 。我国农业生产中主
要粮食作物的 N 肥利用率只有 ２８％ ～ ４１％ ，平均仅 ３５％ ［５］ 。 因
此湿沉降 N 营养盐的输入是农业生态系统最主要的 N源之一 。
由于不同区域湿沉降中 DON 占总溶解 N 的 １１％ ～ ５６％ ［１４］ ，
仅考虑 NH ＋４ 和 NO －３ 等 TIN 的输入 ，将低估湿沉降对总 N 的输
入量 。可见近几年上海地区农业生态系统湿沉降中总 N 的输入
量要大于本研究的计算值 ５８畅１２３kg／hm２ ，即每年通过湿沉降输入
到农业生态系统的总 N 量要比 １２４畅５４９kg／hm２ 尿素还多 。农作
物生长过程中所吸收的 N 素主要是 NH ＋４ 和 NO －３ ，故上海地区湿
沉降中的 N 营养盐对于农业生产的提高具有重要作用 。另外 ，通
过湿沉降输入到上海地区农业生态系统 N 营养盐的年际差异取
决于湿沉降中 N 的浓度和降水量 ，但主要取决于降水量 。对湿沉
降与降雨相关性分析表明 ，降水量高 ，输入的 N 素多（图 １） 。
图 1 　上海地区湿沉降 N输入量与降
雨量之间的关系
Fig畅１ 　 Relationship between rainfall and the
amount of nitrogen in wet deposition of
Shanghai region
第 １ 媼期 梅雪英等 ：上海地区氮素湿沉降及其对农业生态系统的影响 １７　
表 3 　湿沉降中各形态 N所占 TIN比例
Tab畅３ 　 Proportion of different
nitrogen in wet deposition
年份 Years NO －３ C／T IN NH ＋４ 1／T IN
１９９８ 乔０ 8畅５１ ０ $畅４９
１９９９ 乔０ 8畅５０ ０ $畅５０
２０００ 乔０ 8畅５２ ０ $畅４８
２００１ 乔０ 8畅５７ ０ $畅４３
２００２ 乔０ 8畅５７ ０ $畅４３
２００３ 乔０ 8畅５４ ０ $畅４６
平均 ０ 8畅５４ ０ $畅４７
2畅3 　湿沉降中 NH＋4 、NO－3 的差异
从近几年湿沉降中各形态 N 所占 TIN的比例分析（表 ３）可以看出 ，
上海地区湿沉降 TIN 中 NO －３ 所占比例稍高 ，变化范围在 ５０％ ～ ５７％ 之
间 ，平均为 ５３畅５％ ，并且有逐年升高的趋势 ；而 NH ＋４ 所占比例略低 ，变化
范围为 ４３％ ～ ５０％ ，平均 ４６畅５％ 。 但上海地区湿沉降中 NH ＋４ 和 NO －３
含量相差较小 。
3 　小结与讨论
近年来 ，上海地区湿沉降中 NO －３ 为 ２畅５８７mg／L ，NH＋４ 达２畅１５５mg／L ，
TIN 在 ４畅０mg／L以上 。通过湿沉降输入到上海地区农业生态系统的 N
营养盐的年通量较高 ，且年际间变化较大 ，其中 NO －３ 为 ３１畅５４５kg／hm２ ，
NH ＋４ 为 ２６畅５８０kg／hm２ 并在 １９９９年达到最高值 ３８畅９３kg／hm２ ，是 ２００３
年的 ２畅０ 倍 ；TIN 均在 ５０kg ／hm２ 以上 ，平均 ５８畅１２３kg ／hm２ ，相当于 １２４畅５４９kg ／hm２ 尿素或
３２７畅９８０kg ／hm２ 碳酸氢铵 ，而 １９９９ 年的输入量达到 ７７畅７５０kg ／hm２ ，相当于 １６６畅６０７kg ／hm２ 尿素或
４３８畅７３２kg ／hm２ 碳酸氢铵 ，占 １９９８年全国化肥（N ）平均施用量的 ３５％ 。 总 N 沉降 （包括干沉降和湿
沉降）的临界负荷为 ５ ～ １０kg／hm２·a 时对于脆弱的陆地生态系统是非常有利的 ；而当临界负荷为 １０ ～
２０kg ／hm２ ·a时对于森林生态系统是非常有利的［１５］ ；我国主要湖泊的营养 N 沉降临界负荷比较低［６］ ；
对近几年上海地区湿沉降的研究表明 ，输入到农业生态系统仅 TIN 就达 ４６畅１７８ ～ ７７畅７５kg ／hm２ ·a ，远
大于陆地生态系统和森林生态系统的临界负荷 。 因此 ，上海地区湿沉降中 N 营养盐的输入会对农业
生态系统产生重要影响 。
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１８　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷