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中科院沈阳生态所稳定同位素生态学团队ES&T：农田挥发氨气氮同位素特征研究

时间：2024-01-23 来源：浏览：

中科院沈阳生态所稳定同位素生态学团队ES&T：农田挥发氨气氮同位素特征研究

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氨气（NH ₃ ）是大气中具有还原性质的活性氮气体，对大气环境质量（PM _2.5 成核等）和氮素的生物地球化学循环过程起到重要作用。农田土壤挥发NH ₃ 是大气NH ₃ 的重要来源，准确量化其对大气沉降氮的贡献，对区域大气污染防治至关重要。氮稳定同位素（δ ¹⁵ N）分析测试技术结合同位素混合模型（SIAR等）的应用是示踪大气NH ₃ 来源的有效手段，但解析的准确度与源谱δ ¹⁵ N值选择密切相关。当前关于农田土壤δ ¹⁵ N-NH ₃ 值的报道聚焦于肥料施用后短期内（0~30 d）结果，缺乏对土壤挥发NH ₃ 的δ ¹⁵ N值季节性变化的原位测量及其季节性变化对大气NH ₃ 来源解析结果的影响研究。

中国科学院沈阳应用生态研究所稳定同位素生态学团队，依托沈阳农田生态系统观测站，采用动态箱采样系统对玉米生长不同阶段土壤挥发NH ₃ 和土壤样品进行同步原位收集，测定土壤挥发NH ₃ 和土壤NH ₄ ⁺ 的δ ¹⁵ N值等指标。结果表明，土壤挥发NH ₃ 的δ ¹⁵ N值具有显著的季节性变化，5—6月间的δ ¹⁵ N-NH ₃ 加权值为-30.5 ‰± 6.7‰，显著低于7-10月间的结果（-8.5‰ ± 4.3‰）；土壤挥发δ ¹⁵ N-NH ₃ 值的季节性变化与土壤挥发NH ₃ 主要产生途径（肥料施用或矿化作用）、土壤NH ₄ ⁺ 的消耗程度和土壤环境变化有关。情景分析结合同位素混合模型（SIAR）结果表明，在不考虑土壤δ ¹⁵ N-NH ₃ 值季节变化情况下，将高估7—10月间农田土壤挥发NH ₃ 源对东北地区大气NH ₃ 来源分配比例，差异最高可达38个百分点。因此，本研究进一步表明了考虑农田挥发NH ₃ 的δ ¹⁵ N值季节性差异，对解析区域大气NH ₃ 的季节性来源及其贡献的重要性。

1月3日，相关研究成果以 Large Seasonal Variation in Nitrogen Isotopic Abundances of Ammonia Volatilized from a Cropland Ecosystem and Implications for Regional NH ₃ Source Partitioning 为题，发表在《环境科学与技术》（ Environmental Science & Technology ）上。研究工作得到国家重点研发计划“大气污染成因与控制技术研究”重点专项项目、大气重污染成因与治理攻关项目等的支持。

农田挥发氨气δ ¹⁵ N值季节性变化特征

不同情景模拟下，农田土壤挥发NH ₃ 源对7—10月间东北地区大气NH ₃ 来源分配结果。Scenario1和Scenario 2分别代表选用5—6月间以及7—10月间δ ¹⁵ N-NH ₃ 加权值（-30.5‰ ± 6.7‰ 和 -8.5‰ ± 4.3‰）， f 值代表大气NH ₃ 转化为生成NH ₄ ⁺ 占NH _x （= NH ₃ + NH ₄ ⁺ ）比例。

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