图文摘要
Graphicalabstract
导读
Introduction
大气氮、磷沉降是生态系统中重要的养分供给源，但其过量输入也带来了日益严重的生态环境风险。目前人们对氮沉降的定量评估大多基于无机氮的测量，而对国家尺度上有机氮（DON）监测相关报道仍非常有限。同时，在受人类活动影响较少的高寒湖泊、天然湿地和热带雨林等偏远地区，大气磷沉降的养分输入也不应被忽视。考虑到生态系统对氮、磷输入的响应差异及其交互作用，因此开展氮、磷沉降的同步观测研究至关重要。本研究基于全国性氮沉降监测网（NNDMN），系统定量了我国不同区域、不同土地利用类型的大气氮、磷混合沉降特征。
一、降水中氮磷浓度和沉降通量
Nutrientconcentrationsinprecipitationanddepositionfluxes
本研究期间所选41个监测点测得降水中的硝态氮（NO3-）、铵态氮（NH4+）、总氮（TN）和总磷（TP）年沉降通量分别为8.73、8.73、27.5和0.92千克/公顷。本研究表明有机氮（DON）沉降通量平均为9.98千克/公顷，对TN沉降的贡献约为36%，明显超出了以往传统认识。从空间分布来看，北方地区NO3-、NH4+和DON浓度几乎是南方地区的两倍，但由于受到丰沛降雨的综合影响，两个区域各营养物沉降通量基本相当。类似地，北方地区TP浓度略高于南方地区，但沉降量的表现却刚好相反。
表1北方地区、南方地区和青藏高原降水中NH4+、NO3-、DON、TP浓度和沉降通量
二、降水中营养物质的来源
Sourcesofnutrientsinprecipitation
在不同土地利用类型下所收集的降水中NO3-、NH4+、DON和TP浓度存在差异。NO3-年均浓度呈现城市郊区农村背景的递减趋势，表明城市大气环境主要受到工业和交通业NOX排放的影响。城郊的NH4+浓度较高，可能是综合了农村农业源和城市/城郊非农业源NH3共同排放的作用。相比NO3-和NH4+，DON和TP的来源更为复杂和多样。DON浓度和NH4+、NO3-浓度均存在较高相关性，因此集约化农业活动、燃烧和汽车尾气预计分别是还原态有机氮（如尿素）、氧化态有机氮（如有机硝酸盐）的重要来源。较高的TP浓度出现在北方地区、郊区和农村地区、森林采样点和沿海采样点，意味着湿沉降中的磷主要来自北方土壤和旱地灰尘、化石燃料燃烧、农业肥料、生物源、海洋源等。
图1不同土地利用类型中降水NH4+、NO3-、DON和TP浓度差异
三、氮磷沉降的生态效应
Ecologicaleffectsofnutrientinputfromdeposition
大气氮、磷沉降可促进地上部和地下部的净初级生产力。本研究结果表明，通过大气沉降到达地表的氮素和磷素，分别约为农田氮、磷肥料输入量的10%和2.5%。本研究中TN/TP平均比值为29.9，远高于临界N/P（16:1）值。较高的TN/TP值表明短期强降雨会致使水体氮素养分输入过量，使得水生生态系统易出现磷诱导的富营养化现象。相对于北方地区，营养物质的沉降可能会增加南方水体有害藻华发生的风险，这是因为TN/TP值在南方地区较低（平均值为20.9，接近16:1的临界比值），更有利于浮游生物的生长。
图2降水中各氮、磷营养物质浓度相关关系
a）NH4+/NO3-比值，（b）DON与NH4+浓度，（c）DON与NO3-浓度，（d）TN与TP浓度
总结
Conclusions
TN和TP年均沉降通量分别为27.5和0.92千克/公顷。DON对TN沉降的贡献在15-56%之间，DON是大气氮沉降的重要贡献源。NO3--N和NH4+-N混合沉降分布模式主要受典型人为排放源的影响，而DON和TP沉降受到自然源和人为源的综合影响。本研究中大气沉降高N/P比值意味着磷仍是当前水生生态系统富营养化的限制因子。因此，在环境管理和经济发展中，应积极寻求针对不同区域差异化的氮、磷排放控制手段，以期减少自然和半自然生态系统中由沉降带来的不利环境影响。
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