大气中的氮元素以NHx(包括NH3、RNH2 和NH4+)和NOx的形式,降落到陆地和水体的过程称为氮沉降。随着矿物燃料燃烧、化学氮肥的生产和使用以及畜牧业的迅猛发展等,人类活动向大气中排放的活性氮化合物激增,大气氮素沉降也呈迅猛增加的趋势,成为影响陆地和水生态的重要人为因素,导致酸雨、水体富营养化等全球环境问题。我国是氮沉降情况最严重的区域,根据2008《自然》发表的Dave Reay等的文章,到2030年,我国东部和东南部地区氮沉降将增加50~100%。 氮沉降在线观测系统由陆地氮沉降及酸雨在线观测单元、水体原位氮观测单元、气象单元及数据采集与无线传输单元组成,可同步在线观测大气氮沉降及酸沉降、水体营养盐状况及氮沉降对水体氮素浓度的相关关系等。系统测量原理为:原位(in-situ)大气干湿沉降采集筒采集到的样品,通过蠕动泵抽样过滤,按程序设置的测量间隔进入氮沉降在线分析仪,采用实验室标准的湿化学法循环顺序分析总氮、氨氮及硝态氮等浓度,并根据采集筒面积等求出氮沉降通量,包括总湿沉降、干沉降,总无机氮沉降和有机氮沉降,总氨氮沉降、硝态氮沉降、亚硝态氮沉降等参数。通过安装到水体中的原位营养盐监测探头,可同步监测分析水体(河流湖泊)的总氮、氨氮、硝态氮等含量,以研究分析水体营养盐与大气氮沉降的关系。分析数据在线显示和储存下载,也可通过无线通讯模块远程下载显示数据。 Ecotron氮沉降在线观测系统主要功能特点如下:1. 可连续监测大气氮湿沉降和干沉降,包括总氮、有机氮、总无机氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮2. 可连续监测大气酸沉降(湿沉降和部分干沉降),包括硫酸根、硝酸根对酸雨的贡献率3. 可精密连续记录大气沉降重量(选配)4. 同步原位监测河流湖泊氮素和营养盐包括氨氮、硝态氮、亚硝态氮、磷酸盐5. 数据可通过GPRS无线传输,或通过U盘直接下载数据性能指标:1. 湿化学法在线观测大气氮沉降,分析参数包括总氮、氨氮、硝态氮+亚硝态氮、亚硝态氮2. 可选配SO42-在线观测模块,在线观测分析大气氮沉降中硫酸根沉降,从而全面了解酸雨沉降情况3. 精密连续观测记录大气沉降量及降水,精确度分别为0.01g和0.1mm4. 原位营养盐监测探头可同步原位监测水体氨氮、硝态氮、亚硝态氮、磷酸盐及总磷等5. 内置时钟和显示屏,在线显示和存储数据包括日期、时间及测量值等6. 无人值守自动在线监测,建议每隔2周左右维护一次7. 交流电或太阳能供电,太阳能供电模块:12V、20W8. EnviData数据采集与无线传输模块,包括EnviData软件、数据采集器、GPRS无线通讯模块等国内外应用状况:作为全球变化的重要议题、与气候变化同步引起日益关注的氮沉降问题(在全球变化中与climate change相对应,又称chemical change),与气候变化一样已日益成为全球变化研究的热点问题。我国氮沉降研究一般采取离子交换树脂法和降水采集法(盛文萍等,2010;王德宜等,2010;张国森等,2003),然后拿到实验室进行分析,如张国森等(2003)在野外采集雨水后带到实验室分析硝态氮、亚硝态氮及氨氮浓度。相对于我国零散的大气氮沉降研究,国际上对氮沉降的监测研究更加重视和系统化,如欧洲RECOVER:2010 项目(designed to assess the impact of current and future anthropogenic pressures on sensitive European freshwater ecosystems)对30个酸雨敏感区监测点的分析结果,氮沉降如果超过10kgNha-1yr-1的阈值,将导致河流氮饱和趋势和硝态氮浓度的增高。欧洲WARMER(Water Risk Management in Europe)项目研究设计了微环流分析技术(Micro Loop Flow Analysis)以就地或原位持续监测陆地及水体氮素营养盐的动态变化(Moscetta etc. 2009)。参考文献:1. 盛文萍、玉贵瑞、方华军、姜春明,大气氮沉降通量观测方法。生态学杂志,29(8):1671-1678,20102. 王德宜、赵普生、张玉霞、张丽华,北京市区大气氮沉降研究。环境科学,31(9):1989-1992,20103. 张国森、陈洪涛、张经、刘素美,长江口地区大气湿沉降中营养盐的初步研究,14(7):1107-1111,20034. Moscetta, P., L. Sanfilippo, E. Savino, etc. Instrumentation for continuous monitoring in marine environment. IEEE Oceans&rsquo 09 conference. Biloxi(USA), 20095. Wright R. F., C. Alewell, J. Cullen, etc. Trends in nitrogen deposition and leaching in acid-sensitive streams in Europe. Recover:2010 project report, 2010
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