中國科大揭示大氣活性氮沉降對巢湖氮負荷的重要貢獻

包括氨氣、氮氧化物、顆粒態(tài)硝酸鹽和銨鹽等物質(zhì)在內(nèi)的大氣活性氮循環(huán)，是氮生物地球化學(xué)的重要部分。過量的氮沉降會引起一系列生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，嚴(yán)重影響陸地及水生生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和生物多樣性。自工業(yè)革命以來，人為活動使得大氣活性氮含量顯著上升，與其相關(guān)的大氣沉降對生態(tài)系統(tǒng)的影響也受到越來越多的關(guān)注。巢湖作為中國第五大淡水湖，是長江下游重要的生態(tài)濕地，自上世紀(jì)九十年代以來持續(xù)面臨富營養(yǎng)化和藻華頻發(fā)的問題。近年來，聚焦巢湖綜合治理，相關(guān)部門先后出臺多部政策法規(guī)，制定并實施了一系列綜合治理措施，巢湖水質(zhì)得到明顯改善。但目前在污染物定量溯源和轉(zhuǎn)化機制等方面還存在嚴(yán)重不足，影響了巢湖流域精細化治理和水質(zhì)的進一步提升。

N、P等營養(yǎng)元素的來源和轉(zhuǎn)化利用機制是影響湖體水質(zhì)和藻華爆發(fā)的重要因素。長期以來，巢湖N來源的監(jiān)測一直關(guān)注在徑流輸送上。傳統(tǒng)觀點認為，地表河流輸送是主要來源，忽略了對大氣沉降貢獻的評估，這主要受限于大氣沉降監(jiān)測技術(shù)和沉降通量量化評估手段的不足。為了定量評估大氣沉降對巢湖N收支的影響，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院耿雷、劉曉東教授團隊與廣州地化所王新明研究員團隊以及安徽省巢湖管理局合作，利用大氣化學(xué)傳輸模式結(jié)合大氣N沉降觀測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)評估了巢湖氮負荷的多來源貢獻。結(jié)果顯示，在2022年，大氣總氮沉降量約占巢湖年總氮輸入量的18%，而對于能直接被生物吸收利用的活性氮成分，大氣沉降的年總貢獻可達約25%，而在旱季與某些月份該貢獻甚至超過了50%。

此外，對所有入湖河流氮輸入的分析結(jié)果表明，河流氨氮輸入量近五年來顯著降低，但總氮輸入量無明顯變化，顯示有機氮的排放在逐漸增加。由于有機氮也有可能會被生物轉(zhuǎn)化利用，因此在對含氮污染物治理時，也需要關(guān)注有機氮組分。相關(guān)研究成果近日以 “On the contribution ofatmospheric reactive nitrogen deposition to nitrogen burden in a eutrophic Lake in eastern China”為題發(fā)表于環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域知名期刊《Water Research》(IF = 11.4)。

耿雷和劉曉東教授課題組長期從事活性氮循環(huán)的研究工作，在利用同位素技術(shù)示蹤活性N來源和循環(huán)機制方面有長期的經(jīng)驗，實驗室建設(shè)有完善的N同位素和多氧同位素分析平臺，分析精度達到國際領(lǐng)先水平。研究團隊近期關(guān)注巢湖氮磷來源和循環(huán)機制，已經(jīng)對巢湖大氣、水體和沉積物等開展了多輪綜合采樣，接下將利用同位素技術(shù)，針對巢湖氮磷的來源和轉(zhuǎn)化機制進行量化研究，綜合評估其對巢湖水質(zhì)和藻華爆發(fā)的影響，助力更好地精準(zhǔn)治巢和科技治巢。

巢湖氮來源示意圖