溫州典型地區大氣氮、磷沉降的城郊差異

廖忠鷺，李 平，商 栩

（溫州醫科大學環境與公共衛生學院，浙江溫州 325035）

溫州典型地區大氣氮、磷沉降的城郊差異

廖忠鷺，李 平，商 栩?

（溫州醫科大學環境與公共衛生學院，浙江溫州 325035）

大氣氮、磷沉降對地表水氮、磷污染具有重要影響。本研究分別在溫州市區、近郊和遠郊山區采集大氣沉降樣品，分析其大氣氮、磷沉降通量特征。結果顯示，溫州市區、近郊、遠效的總氮月均沉降量分別為4.02，2.76，1.15 kg·hm－2；市區、近郊、遠郊的總磷月均沉降量分別為0.065，0.033，0.018 kg·hm－2?？傮w而言，溫州地區的大氣氮、磷沉降水平在我國屬中等水平。各指標除氨氮外（近郊＞遠郊＞市區），月均沉降量均表現為市區＞近郊＞遠郊，說明溫州地區氮、磷沉降分布特征與城市特別是人口分布密切相關。溫州市區、近郊的氨硝比均遠＜1，并且市區＜近郊，而遠郊接近于1，表明溫州市的氮沉降主要來源于工業和交通的化石礦物燃料燃燒，而農業和人、畜排泄物所占比例較少。

大氣沉降；氮；磷；城郊差異；溫州

文獻著錄格式：廖忠鷺，李平，商栩.溫州典型地區大氣氮、磷沉降的城郊差異［J］.浙江農業科學，2015，56（1）：123－126.

DOI 10.16178／j.issn.0528?9017.20150140

隨著城市化和工業化的不斷推進，人類活動將大量污染物質帶入大氣環境中［1］。Morales等［2］研究指出，大氣沉降對委內瑞拉的馬拉開波湖外源氮、磷輸入的貢獻甚至高于該湖周邊排放的污水；Duce［3］的研究則表明河水中（匯入海洋的河流）新輸入的磷大約有10%來自大氣。在我國，Zhang［4］的研究顯示有65%的溶解性無機氮（DIN）和70%的溶解性無機磷（DIP）是通過大氣濕沉降輸入黃海的。而近年來的研究進一步顯示，大氣干濕沉降每年向黃海輸入的和分別占總陸源（大氣沉降和河流）輸入量的87%，47%和53%［5］；太湖梅梁灣地區大氣氮、磷沉降分別占環湖河道年輸入總量的48.8%，46.2%［6］。大氣沉降已成為我國水環境中主要的氮、磷輸入來源之一。

大氣氮、磷沉降不僅存在時間變化，在空間尺度上也具有差異性。研究發現，美國西南部的氮總沉降量高于東北部［7］。在我國的華北平原地區，北京的大氣氮素沉降明顯高于山東和河北［8］；在太湖流域，太湖周邊的東部和北部具有最高的氮、磷沉降速率［9］；就全國范圍而言，長江三角洲地區的氮濕沉降高于華北、華南和西北地區［10］。大氣氮、磷沉降的空間變化反映了不同區域的沉降化學特性，對水陸生態系統具有重要影響［9］。深入了解不同區域間大氣氮、磷沉降的差異，既能為控制大氣污染物指明方向，也能為測算水體不同來源氮磷污染的貢獻提供依據。

溫州是浙江省人口最多的典型沿海發達城市，工業生產和城市人口的快速增長造成了當地水體的嚴重污染［11］。為了解大氣氮、磷沉降對溫州地區不同類型水體的污染貢獻，本研究將溫州市劃分為市區、近郊及遠郊山區3個區域，對大氣沉降污染狀況及其空間差異進行初步探析。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

于2013年12月至2014年2月，分別在溫州市區（一棟7層居民樓樓頂）、近郊（距市中心10 km的高教園區一棟6層教學樓樓頂）以及遠郊（距市區約80 km的珊溪水庫近岸一棟3層民房樓頂），采用參考敞口集裝箱式采集方法［12］收集干、濕總沉降。樣品用聚乙烯塑料桶（桶口直徑29.8 cm）收集，設置兩個平行樣。采樣桶放置于相對樓頂地面高度2 m的位置，四周開闊，無明顯干擾。采集桶中預先放入500 mL滴有0.1 mL氯化汞的去離子水，以防止采樣周期內水樣中氮、磷元素形態轉化。

1.2 分析方法

各指標的月均沉降通量用實際采樣樣品濃度與實際采集雨水量求得［14－15］，計算公式如下：

Fi＝Ci×Q／S／100。

式中，Ci為第i個樣品中氮、磷含量（mg· L－1），Q為收集到的月平均降雨量，Fi為月沉降通量（kg·hm－2），S為桶口的面積（m2）。

2 結果與分析

2.1 溫州地區大氣沉降分布特征

溫州市區的TN月均沉降量為4.02 kg·hm－2，近郊為2.76 kg·hm－2，遠郊為1.15 kg·hm－2；市區的TP月均沉降量為0.065 kg·hm－2，近郊為0.033 kg·hm－2，遠郊為0.018 kg·hm－2。與其他地區的研究結果相比（表1），溫州市區的TN月均沉降量處于我國的中上水平，近郊處于低下水平，遠郊山區則在最低水平。但是，溫州上述3個區域的氮沉降量均遠超亞洲和歐洲的平均水平，溫州近郊氮沉降量與美國加州南部水平相當。另外，溫州市區的TP月均沉降量處于我國的較高水平，近郊在中等水平，遠郊則處于中下水平。

表1 不同地區月均氮、磷沉降通量對比

總體而言，溫州市總沉降的TN月均沉降量約為2.64 kg·hm－2，TP月均沉降量約為0.039 kg· hm－2。溫州地區的氮、磷沉降量處于我國的中等水平，并且氮沉降與美國加州南部水平相當，但是遠超亞洲和歐洲的水平。

2.2 溫州地區大氣沉降的城郊差異性

相比于氮沉降，溫州地區的大氣磷沉降量非常?。▓D2）。TP和的月均沉降量所表現出的城郊差異性特征與TN和相似。由于大氣中磷化合物的溶解度很小，而植物對磷化合物的吸收性又較高［15］，遠郊山區植被覆蓋面廣，人口稀少，因此磷沉降量較低并且其分布特征表現為市區＞近郊＞遠郊。

綜上可知，本研究中除氨氮外（近郊＞遠郊＞市區），其他各指標的月均沉降量均表現出相同的城郊分布特征（市區＞近郊＞遠郊），表明溫州地區的氮、磷沉降分布特征與城市特別是人口分布密切相關。

2.3 大氣沉降組成

從溫州市的大氣氮、磷沉降組成上看（表2），溫州市區月均沉降中只占TN的8.3%，占據65.7%；近郊兩者所占比例分別為18.8%，38.4%；遠郊則分別為41.7%，44.3%。溫州市區的月均沉降量占TP的46.1%，近郊占據75.8%，遠郊因含量過低未達檢出限。這說明溫州3個不同類型區域的氮沉降成分均以無機氮為主；而溫州市區的磷沉降中以其他形態的磷占優勢，近郊則以正磷酸鹽為主。

圖1 溫州不同類型區域的月均氮沉降分布

在工業發達的北美，氮沉降的氨硝比＜1，而在農業發達的美國中西部和歐洲部分地區，氮沉降的氨硝比＞1［23］。溫州市區、近郊的氨硝比均遠＜1，并且市區＜近郊，而遠郊接近1（表2）。與中國西北、華北平原等地區均高于1的情況不同［8，24］，這說明溫州市的氮沉降來源于農業和人、畜排泄物所占比例較少，更多的是來源于工業和交通的化石礦物燃料燃燒［18］。

圖2 溫州不同類型區域的月均磷沉降分布

表2 溫州地區月均沉降中各組分分布

3 小結

溫州市區、近郊、遠郊的TN月均沉降量分別為4.02，2.76，1.15 kg·hm－2，市區、近郊、遠郊的TP月均沉降量分別為0.065，0.033，0.018 kg·hm－2?？傮w來看，溫州市的氮、磷沉降量在我國屬于中等水平，氮沉降量與美國加州南部水平相當，遠超亞洲和歐洲的水平。

溫州不同類型區域的TN月均沉降量均表現為市區＞近郊＞遠郊；4的月均沉降量相差不大，表現為近郊略高于遠郊＞市區；、TP和的不同區域沉降特征與TN相類似。溫州地區的氮、磷沉降分布特征與城市特別是人口分布密切相關。

溫州不同類型區域的氮沉降成分均以無機氮為主；而溫州市區的磷沉降中其他形態的磷占優勢，近郊則以正磷酸鹽為主。

［1］ 趙曉韻，李金娟，孫哲，等.貴州典型酸雨城市大氣降水化學組成特征［J］.地球與環境，2014（3）：316－321.

［2］ Morales J A，Albornoz A，Socorro E，et al.An estimation of the nitrogen and phosphorus loading by wet deposition over Lake Maracaibo，Venezuela［J］.Water，Air and Soil Pollution，2001，128（3）：207－221.

［3］ Duce R A.The impact of atmospheric nitrogen，phosphorus，and iron species on marine biological productivity［M］／／The role of air?sea exchange in geochemical cycling.Netherlands：Springer，1986：497－529.

［4］ Zhang J.Atmospheric wet deposition of nutrient elements：correlation with harmful biological blooms in northwest Pacific coastal zones［J］.Ambio，1994：464－468.

［5］ 韓麗君.東黃海大氣干濕沉降營養鹽的化學組分特征和來源解析研究［D］.青島：中國海洋大學，2013.

［6］ 楊龍元，秦伯強，胡維平，等.太湖大氣氮，磷營養元素干濕沉降率研究［J］.海洋與湖沼，2007，38（2）：104－110.

［7］ Ollinger S V，Aber J D，Lovett G M，et al.A spatial model of atmospheric deposition for the northeastern US［J］.Ecological Applications，1993，3（3）：459－472.

［8］ 張穎，劉學軍，張福鎖，等.華北平原大氣氮素沉降的時空變異［J］.生態學報，2013，26（6）：1633－1639.

［9］ Luo L，Qin B，Song Y，et al.Seasonal and regional variations in precipitation chemistry in the Lake Taihu Basin，China［J］. Atmospheric Environment，2007，41（12）：2674－2679.

［10］ Zhao X，Yan X，Xiong Z，et al.Spatial and temporal variation of inorganic nitrogen wet deposition to the Yangtze River Delta Region，China［J］.Water，Air and Soil Pollution，2009，203（1）：277－289.

［11］ 顧君.生態調水對溫瑞塘河溫州市區段水環境影響的研究［D］.上海：華東師范大學，2012.

［12］ Galloway J N，Likens G E.The collection of precipitation for chemical analysis［J］.Tellus，1978，30（1）：71－82.

［13］ 國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法［M］.4版.北京：中國環境科學出版社，2002.

［14］ 周婕成，史貴濤，陳振樓，等.上海大氣氮濕沉降的污染特征［J］.環境污染與防治，2009，31（11）：30－34.

［15］ 顧冬梅，鄧開宇，李太謙，等.杭州北里湖大氣沉降研究［J］.安全與環境工程，2013，20（1）：36－40.

［16］ 李太謙，焦鋒，鄭燚.杭州北里湖春，夏季大氣氮，磷沉降研究［J］.環境科技，2010，23（6）：66－70，75.

［17］ 鄧君俊，王體健，李樹，等.南京郊區大氣氮化物濃度和氮沉降通量的研究［J］.氣象科學，2009，29（1）：25－30.

［18］ 陳能汪，洪華生，肖健，等.九龍江流域大氣氮干沉降［J］.生態學報，2006，26（8）：2602－2607.

［19］ Zheng X，Fu C，Xu X，et al.The Asian nitrogen cycle case study［J］.AMBIO：A Journal of the Human Environment，2002，31（2）：79－87.

［20］ van Egmond K，Bresser T，Bouwman L.The European nitrogen case［J］.AMBIO：A Journal of the Human Environment，2002，31（2）：72－78.

［21］ Goulding K W T.Nitrogen deposition to land from the atmosphere［J］.Soil Use and Management，1990，6（2）：61－63.

［22］ 袁玲，周鑫斌，辜夕容，等.重慶典型地區大氣濕沉降氮的時空變化［J］.生態學報，2009，29（11）：6095－6101.

［23］ Fahey T J，Williams C J，Rooney?Varga J N，et al.Nitrogen deposition in and around an intensive agricultural district in central New York［J］.Journal of Environmental Quality，1999，28（5）：1585－1600.

［24］ 李世清，李生秀.陜西關中濕沉降輸入農田生態系統中的氮素［J］.農業環境保護，1999，18（3）：97－101.

（責任編輯：高 峻）

圖5 菜田土壤有效磷分布頻率變化

3 小結與討論

東陽市耕作土壤有效磷含量處于偏上水平，甚至有部分作物土壤磷素表現為過量累積，如蔬菜田。土壤磷盈余是我國土壤有效磷變化的主要特征，從1980年到2003年我國農田土壤有效磷增長約為19 mg·kg－1。東陽市耕層土壤磷素累積的原因一方面是磷肥過量施用［1］；另一方面是環境磷素來源多，數量大。隨著東陽市經濟快速增長、畜牧業的發展以及磷肥施用量的增加，通過大氣干濕沉降、灌溉水等途徑進入農田生態系統的磷素數量越來越大，在實際生產中卻很少有人注意這部分磷素資源對土壤供磷和作物營養的貢獻。因此，根據不同作物對磷元素的需求不同，在施肥中應結合土壤和作物類型合理施用磷肥。

參考文獻：

［1］ 孫羲.農業化學［M］.上海：上?？茖W技術出版社，1980.

［2］ 高秀美，汪吉東，劉兆普，等.集約化蔬菜地土壤磷素累積特征及流失風險［J］.生態與農村環境學報，2010，26（1）：82－86.

［3］ 徐明崗，孫本華.土壤磷擴散規律及其能量特征的研究：II施肥量及水肥濕相互作用對磷擴散的影響［J］.土壤學報，1998，3（1）：55－65.

［4］ 李慶召，王定勇，朱波，等.川中紫色土早坡地磷素的輸出特征研究［J］.水土保持學報，2004，18（6）：97－99.

［5］ 劉方，黃昌勇，何騰兵，等.不同類型黃壤早地的磷素流失及其影響因素分析［J］.水土保持學報，2006，15（2）：37－40.

［6］ 魯如坤.土壤農業化學分析方法［M］.北京：中國農業科技出版社，1999.

（責任編輯：吳益偉）

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0528?9017（2015）01?0123?04

2014?09?30

浙江省自然科學基金項目（Y5110069）；溫州市科技計劃項目（H20100052，S20100036）

廖忠鷺（1989－），女，在讀碩士研究生，從事環境污染化學及生態學方面研究工作。E?mail：zhongluliao＠126.com。

商 栩，副教授，博士后，從事環境污染化學及生態學方面研究工作。E?mail：copepod＠sina.com。