解析城市群地區大氣水溶性有機氮來源與沉降

  中科院廣州地球化學研究所研究員王新明課題組在城市群地區大氣水溶性有機氮來源與沉降研究方面取得新進展。相關研究近日發表于《地球物理學研究雜志—大氣》。

大氣活性氮對氣候變化、生態系統演化、區域空氣質量及人體健康有重要影響。大氣有機氮對新粒子形成、棕碳氣溶膠等都有重要貢獻。大氣有機氮沉降也是生態系統重要的氮素輸入途徑之一，全球尺度上降雨中水溶性有機氮占到水溶性總氮的30%左右。因此，大氣活性氮是氮素生物地球化學循環不可忽視的重要環節。

近年來，王新明課題組在人為活動影響強烈的珠三角城市群，選取典型城區、鄉村、森林站點開展長時間的干濕沉降和氣溶膠觀測，揭示了大氣水溶性有機氮的來源與沉降特征。該課題組先后有3篇論文發表于《地球物理學研究雜志—大氣》。

最新研究表明，不同站點細顆粒（PM2.5）中水溶性有機氮可占到水溶性總氮的12%~34%；利用有機和無機分子標志物，并結合PMF受體模型，定量解析了不同站點PM2.5中水溶性有機氮的來源，結果表明，機動車排放（29.3%）、生物質燃燒（22.8%）和二次形成（20.2%）是城市地區PM2.5中水溶性有機氮的三個主要來源，而鄉村站點生物質燃燒（42.6%）和二次生成（24.2%）則是PM2.5中水溶性有機氮的兩個最重要來源。

基于三個典型城區、鄉村和森林站點的長期干濕沉降觀測表明，珠三角地區水溶性有機氮總沉降速率平均可達12.2 kg N ha-1 yr-1，占水溶性總氮的29%，處于世界上發達地區已有報道的最高水平之列；其中水溶性有機氮濕沉降速率平均值為8.2 kg N ha-1 yr-1，是干沉降速率平均值（4.0 kg N ha-1 yr-1）的兩倍左右。

研究人員進一步對干濕沉降的分析表明，無機氮和水溶性有機氮干沉降速率的季節變化不一致，生物排放和土壤揚塵可能是干沉降中水溶性有機氮的重要來源，而生物質燃燒對水溶性有機氮濕沉降有重要貢獻。在生物質燃燒頻繁的收獲季節，濕沉降中水溶性有機氮濃度大幅上升，而氣溶膠中水溶性有機氮濃度并未顯著上升，且該時段濕沉降中水溶性有機氮/水溶性總氮比值是氣溶膠中的2-3倍。

另外，不同于無機氮，收獲季節濕沉降中水溶性有機氮濃度未隨著降雨量的升高而降低。這些現象表明生物質燃燒對云霧中水溶性有機氮有重要影響，且云霧清除過程相對于云下沖刷對濕沉降水溶性有機氮有決定性的貢獻。

該研究結果可為深入認識大氣有機氮的源匯過程和生態環境效應提供基礎數據和科學支撐。