大氣氮磷濕沉降特征及對沙源區水庫水環境的影響

張曉晶，盧俊平，馬太玲，賈永芹，張 昊

內蒙古農業大學水利與土木建筑工程學院，內蒙古 呼和浩特 010018

大氣氮磷濕沉降特征及對沙源區水庫水環境的影響

張曉晶，盧俊平*，馬太玲，賈永芹，張 昊

內蒙古農業大學水利與土木建筑工程學院，內蒙古 呼和浩特 010018

研究典型沙源區水庫大氣氮、磷濕沉降時空分布特征及水環境污染效應對水生態環境的治理與修復具有重要意義。以往的研究多集中在沿海地區、長江流域及南方地區，而對于干旱少雨、多大風天氣、蒸發量遠遠大于降水量的沙源區水庫則鮮有報道。以京蒙沙源區大河口水庫為研究對象，于2014年3月—2016年2月在水庫周圍5個不同區域濕沉降采樣點收集樣品80個，測定TN、各形態氮和TP濃度，分析濕沉降中N、P營養鹽的沉降特征，估算大氣氮、磷濕沉降率及濕沉降對水庫富營養化的貢獻，探討氮、磷濕沉降對水庫水環境所產生的影響。結果表明，大河口水庫濕沉降中N沉降所占比例最大，總氮質量濃度年均值為0.50 mg?L-1，其中NH4+-N高于NO3--N，兩者共占約70%；P沉降較少，總磷質量濃度年均值為0.08 mg?L-1。濕沉降中氮、磷營養鹽主要來源于畜禽養殖，農業化肥施用及秸稈和牛糞焚燒等。大氣氮、磷濕沉降率呈明顯的季節性變化特征，表現為夏季最大，夏、秋兩季TN、TP的濕沉降率分別占全年的75%和80%。水庫周圍各區域濕沉降呈現西北庫區各季節沉降率較東南庫區高的特征。通過大氣濕沉降進入大河口水庫的TN年負荷量為1.89 t?a-1，TP年負荷量為0.10 t?a-1，分別為同期河流入庫負荷的5.27%和7.14%，這主要與北方沙源區多風少雨的典型氣候特征和當地環境條件有關。盡管大河口水庫大氣氮、磷沉降仍以干沉降為主，但濕沉降對地處生態環境極其脆弱的沙源區水庫水環境的影響及可能帶來的水生態環境問題不容小視。

沙源區；大河口水庫；濕沉降；沉降通量；氮；磷

隨著農業氮肥、磷肥施用量和能源消耗量的激增及人類活動向大氣排放的污染物的增加，導致包括氮磷（楊龍元等，2007；李太謙等，2010）、重金屬（楊忠平等，2009）、持久性有機污染物（劉耕耘等，2007）等的大氣沉降量增大，從而加劇了對水域生態系統的影響。大氣濕沉降中氮、磷等營養鹽濃度和組成比例過高會使受納水體表層營養鹽結構和pH值發生改變，導致水體富營養化加重，進而影響整個湖泊（水庫）生態系統的物質循環和能量流動（張峰，2011；付敏等，2008）。因此，大氣濕沉降對水體富營養化具有潛在的促進作用，是陸源污染物和營養物質向水體輸送的重要途徑（Park et al.，2002；胡洋等，2014）。開展大氣氮、磷沉降研究對于控制水體污染，保護水生態環境具有重要的現實意義。

北美和歐洲等經濟發達地區對大氣降塵的研究已較多，并已建立了完善的大氣降塵監測體系，如美國的國家大氣沉降計劃（NADP）、加拿大的空氣與降水監測網（CAPMON）以及歐洲的氮沉降監測網絡（EMEP）等。中國關于大氣氮、磷沉降的研究起步較晚，自20世紀中期開始陸續對水域生態系統（陳能汪等，2006；陳能汪等，2008；石金輝等，2006）、農田生態系統（沈建林等，2008；王體健等，2008；Anderson et al.，2006）、草原生態系統（張燕等，2007；張菊等，2013）和森林生態系統（樊建凌等，2007；周旺明等，2015）的大氣降塵（包括化學組成和氮、磷沉降通量等）展開研究。目前，已有大量研究（周立峰，2012；楊凡等，2014；翟水晶等，2009；Luo et al.，2007；Zhang et al.，2010；Liu et al.，2010）表明，大氣濕沉降中富含N、P營養鹽，對湖庫富營養化的影響不容忽視，同時對水環境藻類水華的爆發也構成一定威脅。但是，這些研究大都集中在沿海地區、長江流域及南方地區，而對于干旱少雨、多大風天氣、蒸發量遠遠大于降水量的沙源區水庫的研究則鮮有報道。

水庫水資源不僅在維系地區水生態平衡以及預防洪水及凌汛等方面發揮著重要作用，而且可對當地生活、工業、農牧漁業、水資源利用等方面產生重要影響。為此，本文以沙源區大河口水庫為研究對象，于2014年3月—2016年2月對庫區周邊5個濕沉降采樣點進行為期2年的監測，分析了濕沉降中總氮、不同形態氮和總磷的時空變異特征，估算大氣氮、磷濕沉降對水體富營養化的貢獻率。因此，全面了解大河口水庫大氣氮、磷濕沉降的季節和區域變化特征及入庫沉降通量，對水庫水環境污染的綜合治理具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況與采樣點布設

大河口水庫位于內蒙古渾善達克沙地南部多倫縣境內灤河干流上，水域面積為17.26 km2，主要受吐力根河和灤河入庫地表徑流補給，是一座以供水發電為主，兼具農業灌溉和水產養殖等功能的中型水庫。多倫縣屬溫帶大陸性季風氣候區，春季干旱少雨，多大風天氣；夏季短促溫熱，降水集中；秋季氣溫劇降，秋霜來得早；冬季漫長嚴寒，多寒潮天氣。多倫縣近 30多年年平均氣溫為 2.1 ℃，極端最高氣溫為37.8 ℃，極端最低氣溫為-40.7 ℃；年平均相對濕度為58%；年降水量為321.4 mm，年極端最高降水量為564.5 mm；年蒸發量為1713.6 mm；年平均風速為3.3 m?s-1，年主導風向為西南風和西風。

根據大河口水庫污染源分布及水庫面積，將大河口水庫采樣斷面劃分為5個常規監測斷面（JC1、JC2、JC3、JC4、JC5），每個斷面垂線處設水質監測點。綜合考慮空間分布和采樣便利等因素沿水庫水質采樣斷面在岸邊相應位置設置5個濕沉降采樣點，具體位置如圖1和表1所示。

圖1 大河口水庫監測點布設Fig.1 Monitoring sites of the Dahekou Reservoir

表1 大河口水庫大氣濕降塵監測站點位置Table1 The wet deposition sampling sites of the Dahekou Reservoir

1.2 樣品收集與測試

降水樣品的收集參照《大氣降水樣品的采集與保存標準》（GB/T13580.2—1992）中規定的方法，采用自行研制的沙源區干濕沉降自動采樣器進行采樣。該裝置由太陽能電池板提供電源，兩個干濕沉降采樣桶共用一個蓋板，采樣桶由內徑為 ?150 mm的聚乙烯塑料桶制成，且充分考慮蓋板在旋轉過程中可能受到的強風力的干擾，保證將干、濕沉降分開采集，設備的各部分均可自行拆卸組裝，野外攜帶方便。

濕沉降樣品采集于2014年3月—2016年2月，每月每次降雨開始5～10 min后進行，在5個濕沉降監測點均設置大氣降塵采集器，并加入乙二醇防止微生物引起的氮素轉化，降雨結束后收集全過程混合樣，然后用去離子水清洗大氣降塵采集器，以備下一次降塵采集使用。

樣品收集時首先量取降水體積，現場測定降水pH值，帶回實驗室分析檢測總氮（TN）、銨態氮（）、硝態氮（）、亞硝態氮（）和總磷（TP）的濃度，具體分析方法參照《水和廢水監測分析方法》（第四版）（魏復盛，2002）。

1.3 研究方法

根據大氣濕沉降樣品TN、TP含量，結合采集器面積、采樣次數和降水量確定各季節大河口水庫大氣TN、和TP濕沉降通量。濕沉降通量計算公式如下：

式中，Fw為大氣污染物（TN、-N、-N或 TP）月濕沉降通量，kg?km-2?month-1；kw為單位換算系數，無量綱，kw=10-3；Ci為雨或雪水中污染物質量濃度，mg?L-1；Vi為采集雨、雪水的體積，L；S為采集器面積，0.018 m2；h為月降水量，mm；n為月降水（雪）次數。

2 結果與討論

2.1 降水量和pH值的變化

2014年3月—2016年2月連續兩年內按月收集濕沉降共16次，其中2014年的3月、11月和12月，2015年的1月、2月和3月及2016年的1月和2月較干旱，降水量和降水頻率較少，未收集到足夠降水。根據多倫縣大河口管理站所設置雨量筒每月實際監測的降水量數據，繪制降水量的年季節變化圖，如圖2所示。各濕沉降采樣點pH值的季節變化，如圖3所示。

圖2 2014年3月—2016年2月多倫縣降水量季節變化Fig.2 The Seasonal variation of precipitation in Duolun county from Mar. 2014 to Feb. 2016

圖3 各采樣點濕沉降pH值的變化Fig.3 The change of pH value in each wet deposition at sampling sites

圖4 各采樣點濕沉降中TN和不同形態N含量的變化Fig.4 Mass concentration variation ranges of nitrogen in each wet deposition at sampling sites The horizontal lines from top to bottom represent maximum, 3/4, average, 1/4, minimum

由圖2可知，2014年3月—2015年2月收集總降水量345.2 mm，春季（3—5月）為80.2 mm、夏季（6—8月）為200.2 mm、秋季（9—11月）為55.9 mm、冬季（12—次年2月）為8.9 mm。2015年收集的總降水量比2014年多112.6 mm，且秋季和冬季的降水量明顯增多，是2014年的3～4倍，兩個年度夏季降水量相差較小，2015年春季降水量略有減少。春、夏、秋、冬四季降水量分別占全年降水量的16.5%、52.2%、25.7%和5.6%，降水主要集中在夏、秋兩季，約占總降水量的78%，而冬季的降水量最少；降水頻率也有相類似的變化。

由圖3可知，大河口水庫降水pH在6.4～7之間，變化范圍很小。若以 pH=5.6作為判斷酸雨的標準，則研究期間未出現酸雨。因為庫區周圍人類活動較少，對大氣濕沉降沒有明顯影響，主要影響因素為庫區周圍空氣中常年有大量的沙塵顆粒，其中的 CaCO3等堿性顆粒可以中和大氣中的酸性成分。此外，pH值的變化趨勢與降水量沒有明顯關系。

2.2 不同區域大氣濕沉降氮、磷含量變化特征

根據連續兩年對16次大氣濕沉降樣品N、P濃度的檢測結果，統計分析了5個濕沉降采樣點總氮、不同形態氮、總磷的變化情況，結果如圖 4、圖 5所示。

由圖4可知，大河口水庫周邊5個濕沉降采樣點中 TN 年均值范圍為 0.36～0.61 mg?L-1，平均為0.50 mg?L-1；年均值范圍為 0.15～0.24 mg?L-1，平均為 0.20 mg?L-1；年均值范圍為0.11～0.18 mg?L-1，平均為 0.15 mg?L-1；年均值范圍為 0.018～0.030 mg?L-1，平均為 0.025 mg?L-1。濕沉降采樣點中TN主要由和組成，二者共占總氮約70%，其中以為主，占40%以上，這與相關研究結果一致（張修峰等，2008；王江飛等，2015）。濕沉降中的銨態氮主要來源于畜禽養殖、化肥施用和生物質燃燒等，硝態氮主要來源于燃料燃燒、汽車尾氣和雷擊（Jenkinson et al.，1990；Prospero et al.，1996）。近年來，多倫縣農業和規模化的畜禽養殖業迅速發展，截至 2015年底，全縣大小畜存欄 32.8萬頭，農業化肥施用量2861 t（折純），農藥使用量105 t，呈逐年增長態勢。此外，牧區居民居住較為分散，經常對大量的秸稈和牛糞進行焚燒，這都成為大河口水庫大氣濕降塵中氮、磷的主要潛在污染來源。

由圖 5可知，濕沉降中 TP年均值范圍為0.05～0.11 mg?L-1，各采樣點平均值為 0.08 mg?L-1，從年均值上看，TN約是TP的7倍。濕沉降中總氮、不同形態氮和總磷在區域上均存在一定差異，但差異較小，年均值最高值出現在JC2點，約為最低點JC1的2倍，這主要由局地人類活動頻繁所致，也說明磷的來源不穩定。

圖5 各采樣點濕沉降中TP含量的變化Fig.5 The variation ranges of total phosphorus in each wet deposition at sampling sites The horizontal lines from top to bottom represent maximum, 3/4,average, 1/4, minimum

2.3 大氣氮、磷濕沉降含量的時空變化

各區域濕沉降中TN及不同形態N和TP含量的月際變化及月降水量分別如圖6、圖7所示。由于庫區水域面積較小，庫區周圍各區域采樣點降水量差異不大，本研究認為各采樣區域的降水量均相同，降水僅隨月份發生變化。兩年內各區域降水量隨時間變化的趨勢相似，夏季7月、8月降水量最大，11月以后降水頻率減小，1月—3月幾乎沒有降水。

由圖6可知，濕沉降中TN及各形態N的月均質量濃度呈現明顯的季節性差異，各采樣區域 TN及不同形態N的月均質量濃度均表現為春季最高，總氮的平均質量濃度為 0.62 mg?L-1，氨氮為 0.25 mg?L-1，硝態氮為 0.19 mg?L-1，亞硝態氮為 0.03 mg?L-1；秋季次之，總氮的平均質量濃度為 0.57 mg?L-1；夏季較低，總氮的平均質量濃度為 0.38 mg?L-1；冬季最低，總氮的平均質量濃度僅為 0.19 mg?L-1。這與以往的研究結果略有不同（倪婉敏等，2012；余輝等，2011），主要與西北地區氣候干旱，降雨稀少且多風沙的特殊氣候條件有關。一般春季多風沙，降水頻率低且降水量小，氣溶膠等粒子在空氣中的存留時間相對較長，所以在降水中容易出現較高的濃度值；夏季由于降水量大且集中，氣溶膠在空氣中的存留時間短，在一次降水之前得不到足夠的來源補充，因而降水中TN濃度偏低；冬季水庫進入冰封期，大氣沉降受水庫冰面覆蓋阻隔的影響，不會對水庫的氮、磷營養鹽含量產生直接影響。

從大氣濕沉降的區域變化特征來看，5個區域濕沉降中 TN及不同形態 N質量濃度存在一定差異，但各季節變化規律基本相同。JC1點總氮及不同形態氮質量濃度均最低，JC3點質量濃度最高，其他區域質量濃度相近。JC3點大氣濕沉降氮質量濃度偏高的主要原因是其附近分布有大唐煤化工企業，燃煤產生氮氧化物氣體，隨降水溶解，造成濕沉降中氮質量濃度較其他區域略高；而JC1點位于水庫出口，受人類活動影響小，且周圍無污染源輸入。

各區域大氣濕沉降 TP質量濃度的變化趨勢不盡相同，由圖7可知，除JC2點外，其他區域均以夏季TP質量濃度最低，平均約0.03 mg?L-1，春、秋季TP質量濃度相對較高，平均約為0.09 mg?L-1。總之，大河口水庫各區域TN及不同形態N和TP的月均質量濃度隨時間變化的規律十分相似，均隨降水量的增加呈顯著下降趨勢。

2.4 大氣氮、磷濕沉降率的變化

大河口水庫各區域濕沉降中TN及不同形態N和TP沉降率的季節變化情況如圖8、圖9所示。由圖8、圖9可知，各區域濕沉降中TN、各形態N和TP的沉降率均呈明顯的季節性變化，且不同形態氮的季節變化趨勢基本一致，均表現為夏季最大，夏季各區域 TN的平均濕沉降率為 78.8 kg?km-2，TP 的平均濕沉降率為 15.8 kg?km-2，的平均濕沉降率為31.52 kg?km-2，占總氮輸入的 40%，兩種硝態氮共占總氮輸入的 38%；秋季次之，TN的平均濕沉降率為56.79 kg?km-2，TP的平均濕沉降率為10.92 kg?km-2，夏秋兩季TN的濕沉降率占全年的75%，TP的濕沉降率占全年的 80%。氮、磷濕沉降率的季節變化與降水量呈顯著正相關，但沙源區總體降水稀少，大氣氮、磷濕沉降輸入水庫總量也較少。就各區域而言，西北庫區各季節的沉降率較東南庫區高。JC1點各季節的濕沉降率均較低，年總沉降率為 126.65 kg?km-2?a-1，JC2 和 JC3 點各季節沉降率較接近，且濕沉降率相對較高，達 213.51 kg?km-2?a-1，其他兩個區域的濕沉降率居中，約為 178 kg?km-2?a-1。這主要與氣象因素和當地的環境條件有關，大河口庫區大氣氣團主要來自西北方向。

圖6 大河口水庫各區域濕沉降中TN及不同形態N含量及降水量月際變化Fig.6 Relationship between monthly concentration of nitrogen and rainfall at five regions of Dahekou Reservoir

圖7 大河口水庫各區域濕沉降中TP含量及降水量月際變化Fig.7 Relationship between monthly concentration of phosphorus and rainfall at five regions of Dahekou Reservoir

2.5 大氣濕沉降的入庫貢獻率

采用2014年3月—2016年2月監測的濕沉降TN和TP沉降率平均值估算其通過大氣濕沉降輸入大河口水庫的總負荷量。根據同期入庫河流灤河和吐力根河以及干沉降點的監測結果（盧俊平等，2015；盧俊平等，2017），計算河流徑流入庫和大氣干沉降TN、TP污染負荷，結果如表2所示。

由表2可知，TN濕沉降負荷為1.89 t?a-1，占河流徑流入庫負荷的 5.27%，占總負荷的 4.39%，干降塵的負荷貢獻率約為濕沉降的3倍；TP的濕沉降負荷為0.1 t?a-1，占河流徑流入庫負荷的7.14%，占總負荷的 4.72%，干降塵的負荷貢獻率約為濕沉降的6倍，這與空氣中的磷主要附著在顆粒物上，以干沉降的形式進入水庫有關，該結果與國內外一些研究得出的磷沉降主要為干沉降的結論是一致的（Benitez-Nelson，2000；Yu et al.，2016；Najeem et al.，2017）。

圖8 大河口水庫各區域濕沉降中TN和形態N沉降率的季節變化Fig.8 Seasonal variations of deposition rates of nitrogen at five regions of Dahekou Reservoir

圖9 大河口水庫各區域濕沉降中TP沉降率的季節變化Fig.9 Seasonal variations of deposition rates of phosphorus at five regions of Dahekou Reservoir

3 討論

以往對大河口水庫水質的相關研究（盧俊平等，2016；盧俊平，2015）表明：大河口水庫水質總體處于中度富營養化的狀態，個別監測點，如B斷面、入庫河流灤河、吐力根河，處于重富營養化狀態。大河口水庫由于受入庫吐力根河和灤河水系上游生活、生產排污、馬鈴薯種植基地灌溉退水、地表徑流、大氣降塵等自然和人為活動的影響，水庫水質污染較為嚴重。

表2 大河口水庫濕沉降TN、TP年沉降總量與河流入庫負荷的對比Table2 Annual total wet deposition of TN and TP to Dahekou Reservoir and its comparison with loading of rivers

將大河口水庫周圍各濕沉降采樣點氮、磷質量濃度與地表水環境質量標準（GB3838—2002）進行對比，可以看出，降水中TN、TP質量濃度均較低，達到Ⅱ類水平。但是，大河口水庫濕沉降TN和TP年平均質量濃度分別為 0.43 mg?L-1和 0.09 mg?L-1，明顯超過了水體富營養化的閾值（TN為0.20 mg?L-1和TP為0.02 mg?L-1），尤其是磷的質量濃度已超過閾值約5倍。由于該地區生態環境脆弱，自凈能力差，加之近年來工農業的迅速發展，給當地的水環境帶來巨大壓力，所以庫區濕沉降向水庫水體輸入過量的氮、磷勢必會改變水體的營養鹽結構，加重其富營養化程度，成為水體富營養化不可忽略的因素。

相對于國內南方濕潤地區及其他沿海地區，大河口水庫大氣濕沉降通量相對較低，與余輝等（2011）在2009年8月—2010年7月對環太湖流域濕沉降中氮、磷沉降特征及入湖貢獻率的研究結果相比，大河口水庫氮磷濕沉降遠遠小于太湖地區，這與降雨量差異有關；與王江飛等（2015）在2013年9月—2014年8月對杭嘉湖地區大氣氮、磷沉降特征研究結果相比，杭嘉湖地區氮濕沉降約為大河口水庫的5倍，磷濕沉降約為大河口水庫的2倍。然而，西部地區大氣氮、磷沉降量普遍處于較低水平，與西藏大氣氮濕沉降相比（邵偉，2009），大河口水庫大氣氮濕沉降約為西藏的3倍；與天山烏魯木齊河源區氮沉降量相比（王圣杰等，2012），大河口水庫約為其1.4倍。所以，大河口水庫大氣氮、磷濕沉降通量明顯低于南方及沿海地區，但與西北地區相比仍處于較高的水平，受當地氣候特征和環境條件的影響，大氣氮磷營養鹽沉降尤其是干沉降成為大河口水庫富營養化的重要來源。

4 結論

（1）大河口水庫大氣濕沉降中N沉降所占比例最大，總氮質量濃度年均值為 0.50 mg?L-1，其中高于，兩者共占約70%。P沉降較少，總磷質量濃度年均值為0.08 mg?L-1。水庫大氣濕沉降中氮、磷營養鹽主要來源于畜禽養殖，農業化肥施用及秸稈和牛糞焚燒等。

（2）受季風氣候和年內降雨分配極不均勻的影響，大氣濕沉降主要集中在夏、秋季。大河口水庫5個區域TN、不同形態N及TP均表現出相似的季節變化規律，春季最高，秋季次之，夏季較低，冬季最低，且月均濃度均隨降水量的增加呈明顯的下降趨勢。濕沉降中TN、TP濃度存在一定區域差異，年均值最高位于入庫后不遠處的JC3點，這與該區域受大唐煤化工企業燃燒排放的氮氧化物氣體有關。

（3）受北方沙源區多風少雨典型氣候特征的影響，大河口水庫大氣氮、磷沉降以干沉降為主，通過濕沉降進入大河口水庫的 TN年負荷量為 1.89 t?a-1，TP 年負荷量為 0.10 t?a-1，分別為同期河流入庫負荷的 5.27%和 7.14%。從年輸入通量來看，盡管濕沉降的營養鹽輸入遠小于河流入庫負荷及其他點源或面源污染負荷，與國內南方和沿海地區相比也處于較低水平，但由于研究區處于西北干旱半干旱、生態環境極其脆弱的沙源區，大氣氮、磷濕沉降對水庫富營養化的貢獻及對水生態系統的影響應引起足夠重視。

ANDERSON K A, DOWNING J A. 2006. Dry and wet atmospheric deposition of nitrogen phosphorus and silicon in an agricultural region[J]. Water, Air and Soil Pollution, 176: 351-374.

BENITEZ-NELSON C R. 2000. The biogeochemical cycling of phosphorus in marine systems [J]. Earth-Science Reviews, 51(1): 109-135.

YU J H, ZHANG M G, LI J L. 2016. Simulated seasonal variations in nitrogen wet deposition over East Asia [J]. Atmospheric and Oceanic Science Letters, 9(2): 99-106.

JENKINSON D S. 1990. An introduction to the global nitrogen cycle [J].Soil Use and Management, 6(2): 56-61.

LIU X J, SONG L, HE C E, et al. 2010. Nitrogen deposition as an important nutrient from the environment and its impact on ecosystems in China[J]. Journal of Arid Land, 2(2): 137-143.

LUO L, QIN B, YANG L, et al. 2007. Total inputs of phosphorus and nitrogen by wet deposition into Lake Taihu, China[J]. Hydrobiologia,581: 63-70.

NAJEEM O Oladosu, AKEEM A Abayomi, KEHINDE O Olayinka, et al.2017. Wet nitrogen and phosphorus deposition in the eutrophication of the Lagos Lagoon, Nigeria [J]. Environmental Science and Pollution Research, 24(9): 8645-8657.

PARK S U, LEE Y H. 2002. Spatial distribution of wet deposition of nitrogen in South Korea[J]. Atmospheric Environment, 36(4): 619-628.

PROSPERO J M, BARRETT K, CHURCH T, et al. 1996. Atmospheric deposition of nutrients to the North Atlantic Basin[C]//Nitrogen Cycling in the North Atlantic Ocean and its Watersheds. Springer Netherlands, 27-73.

ZHANG H P, ZHU Y P，LI F P，et al. 2010.Nutrients in the wet deposition of Shanghai and ecological impacts[J]. Physics and Chemistry of the Earth, 41: 2674-2679.

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

陳能汪, 洪華生, 張珞平. 2008. 九龍江流域大氣氮濕沉降研究[J]. 環境科學, 29(1): 38- 46.

樊建凌, 胡正義, 莊舜堯, 等. 2007. 林地大氣氮沉降的觀測研究[J]. 中國環境科學, 27(1): 7-9.

付敏, 趙衛紅, 王江濤, 等. 2008. 大氣濕沉降對長江口水域營養鹽的貢獻[J]. 環境科學, 29(10): 2703-2709.

胡洋, 余輝, 李中強. 2014. 濕沉降對湖泊水質及初級生產力的影響[J].長江流域資源與環境, 23(1): 75-80.

劉耕耘, 陳左生, 史燁弘, 等. 2007. 北京大氣沉降樣品中的PCBs[J]. 環境科學學報, 27(1): 40-44.

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

盧俊平, 馬太玲, 張曉晶, 等. 2015. 典型沙源區水庫大氣氮干、濕沉降污染特征研究[J]. 農業環境科學學報, 34(12): 2357-2363.

盧俊平. 2015. 基于水-底泥-降塵三相界面下沙源區水庫氮磷污染機理研究[D]. 呼和浩特: 內蒙古農業大學.

盧俊平, 張曉晶, 馬太玲, 等. 2016. 基于可變模糊數學模型的大河口水庫富營養化評價[J]. 環境工程, 34(221): 136-140.

盧俊平, 馬太玲, 劉廷璽, 等. 2017. 京蒙沙源區水庫大氣磷干、濕沉降污染特征[J]. 湖泊科學, 29(1): 127-134.

倪婉敏, 朱蕊, 張建英. 2012. 大氣氮濕沉降對青山湖富營養化的影響[J]. 環境化學, 31(5): 631-635.

石金輝, 高會旺, 張經. 2006. 大氣有機氮沉降及其對海洋生態系統的影響[J]. 地球科學進展, 21(7): 721- 729.

沈建林, 劉學軍, 張福鎖. 2008. 北京近郊農田大氣NH3與NO2干沉降研究[J]. 土壤學報, 45(1): 165- 169.

邵偉. 2009. 大氣沉降對西藏主要作物氮營養的影響[D]. 拉薩: 西藏大學.

魏復盛. 2002. 水和廢水監測分析方法[M]. (第四版). 北京: 中國環境科學出版社.

王體健, 劉倩, 趙恒, 等. 2008. 江西紅壤地區農田生態系統大氣氮沉降通量的研究[J]. 土壤學報, 45(2): 280- 287.

王圣杰, 張明軍, 王飛騰, 等. 2012. 基于大氣沉降與徑流的烏魯木齊河源區氮素收支模擬[J]. 生態學報, 32(18): 5747-5754.

王江飛, 周柯錦, 汪小泉, 等. 2015. 杭嘉湖地區大氣氮、磷沉降特征研究[J]. 中國環境科學, 35(9): 2754-2763.

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

楊忠平, 盧文喜, 龍玉橋. 2009. 長春市城區重金屬大氣干濕沉降特征[J]. 環境科學研究, 22(1): 28-34.

余輝, 張璐璐, 李煥利. 2011. 太湖氮磷營養鹽大氣濕沉降特征及入湖貢獻率[J]. 環境科學研究, 24(11): 1210-1219.

楊凡, 余輝, 李莉. 2014. 大氣濕沉降對太湖水質及葉綠素 a 的影響[J].湖北農業科學, 53(1): 28-32.

張燕, 崔學民, 樊明壽. 2007. 大氣氮沉降及其對草地生物多樣性的影響[J]. 草業科學, 24(7): 12-17.

張修峰, 李傳紅. 2008. 大氣氮濕沉降及其對惠州西湖水體富營養化的影響[J]. 中國生態農業學報, 16(1): 16-19.

翟水晶, 楊龍元, 胡維平, 等. 2009. 太湖北部藻類生長旺盛期大氣氮、磷沉降特征[J]. 環境污染與防治, 31(4): 5-10.

張峰. 2011. 長樂江流域大氣氮、磷沉降及其在區域營養物質循環中的貢獻[D]. 杭州: 浙江大學.

周立峰. 2012. 大氣氮沉降對白溪水庫飲用水源水質影響研究[D]. 寧波:寧波大學.

張菊, 康榮華, 趙斌, 等. 2013. 內蒙古溫帶草原氮沉降的觀測研究[J].環境科學, 34(9): 3552-3556.

周旺明, 郭焱, 朱保坤, 等. 2015. 長白山森林生態系統大氣氮素濕沉降通量和組成的季節變化特征[J]. 生態學報, 35(1): 158-164.

Wet Deposition of Atmospheric Nitrogen and Phosphorus and Its Impact on Water Environment of Reservoir in Sand Source Area

ZHANG Xiaojing, LU Junping*, MA Tailing, JIA Yongqin, ZHANG Hao
Water Conservancy and Civil Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China

Spatiotemporal variations of nitrogen (N) and phosphorus (P) and its impact on water pollution are significant to water ecosystem govern and recovery in sand source area. Most previous studies are performed in coastal areas, the Yangtze River Basin and southern of China. While for reservoirs in sand source with more drought, less precipitation, more windy, and evaporation is far greater than precipitation are rarely reported. In this study, five sites around Dahekou Reservoir which located in the sand source area of Beijing and Inner Mongolian, were chosen to collect 80 precipitation samples from March 2014 to February 2016. Mass concentration of total nitrogen (TN), nitrate nitrogen (), nitrite nitrogen), ammonia nitrogen () and total phosphorus (TP) in each precipitation samples were measured to understand seasonal and spatial nutrients variations of wet deposition. The wet deposition rates of N and P were quantified, and the contribution of wet deposition to eutrophication of Dahekou Reservoir was estimated as well. The results indicated that TN deposition accounted for the largest proportion in wet deposition.Annual average mass concentration of TN was 0.50 mg?L-1, in which the content ofwas higher thanand those two components accounted for about 70%. The mass concentrations of TP deposition were relatively lower, with an annual average value of 0.08 mg?L-1. In wet deposition, N and P nutrient salt mainly came from livestock and poultry, chemical fertilizer application for agricultural, the burning of straw and manure, and so on. Seasonally, the deposition rates of nutrients in five sites were high in summer. Wet deposition rate of TN and TP in the two seasons of summer and autumn accounted for 75% and 80%. Spatially，the deposition rates were relatively higher in the northwestern than southeastern of Dahekou Reservoir. The annual wet deposition of TN and TP was 1.89 t and 0.10 t, respectively, which accounting to 5.27% and 7.14% of the annual loading of rivers into Dahekou Reservoir. This was mainly related to the typical climate characteristics of windy and less precipitation and to the local environmental conditions of the northern sand source area of Beijing and Inner Mongolia. Although dry deposition was still the main component of atmospheric nitrogen and phosphorus deposition, much attention should be paid to wet deposition which was significant to water ecosystem and environment of reservoir that located in extremely vulnerable ecological environment.

sand source areas; Dahekou Reservoir; wet deposition; flux; nitrogen; phosphorus

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.12.013

X52

A

1674-5906（2017）12-2093-09

張曉晶, 盧俊平, 馬太玲, 賈永芹, 張昊. 2017. 大氣氮磷濕沉降特征及對沙源區水庫水環境的影響[J]. 生態環境學報, 26(12): 2093-2101.

ZHANG Xiaojing, LU Junping, MA Tailing, JIA Yongqin, ZHANG Hao. 2017. Wet deposition of atmospheric nitrogen and phosphorus and its impact on water environment of reservoir in sand source area [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(12): 2093-2101.

國家自然科學基金項目（51369020）；內蒙古自然科學基金項目（2016MS0224）

張曉晶（1983年生），女，實驗師，碩士，主要從事水環境保護與水污染控制研究。E-mail: xiaojingzhang1983@aliyun.com

*通信作者。盧俊平，E-mail: ljpcau@163.com

2017-08-24