苔藓稳定同位素定量估算贵阳城市大气N 向外扩散通量

Our previous study supported by one-year foundation (41073016) showed the linear relationship between tissue N contents and atmospheric N deposition, and preliminarily confirmed that we can estimate the transport of atmospheric N using nitrogen isotopes in mosses. This study will establish the quantitative relationship between them after determining tissue N contents and 15N values of mosses,and NHx/NOx in Guiyang city. Based on these, we will get the quantitative relationship between them and the distance from city center and therefore can estimate N contents and 15N values at any sites. Combing the endmember of urban-derived and rural-derived NHx, the NHx and NOx deposition and diffusion flux can be calculated with the established relationship. This is a new method for indirectly monitoring diffusion flux of atmospheric N with the moss stable isotope technique. This study is important for the prevention of eco-environmental deterioration, understanding urban environmental condition, and assessment of urban environmental protection measures.

通过探索性基金（41073016）的资助，确立了苔藓氮含量和大气氮沉降量之间的线性关系，初步证实了利用苔藓氮同位素方法估算大气氮传输量是切实可行的(详见正文四其他需要说明部分)。本项目拟进一步通过有限实测贵阳市苔藓组织氮同位素组成和大气中NHx和NOx比例，首先建立它们之间的定量关系。再实测主风向带上不同种属苔藓组织N含量与氮同位素组成，绘制它们与距贵阳市中心距离之间的线性关系。进一步结合城市源和农村源大气NHx端元组分，依据上述定量关系和稳定同位素特征估算不同剖面城市源大气NHx和NOx的沉降量及扩散通量。使用苔藓稳定同位素技术进行间接定量监测大气N扩散通量的新方法是一种创新应用技术。城市源大气NHx和NOx向外扩散通量的定量估算对防治城市周边生态环境恶化、认识城市环境状况，客观评价城市环保措施等具有重要现实意义。

苔藓植物因其特殊的形态结构和生理学性质被广泛应用于环境变化和大气沉降的指示与监测，可用于替代无仪器监测地区的氮沉降直接测量，并能更为真实地反映大气污染状况。.贵州省苔藓N含量均值为2.23%±0.25，证明研究区域具有较高的大气氮输入（>20 kg ha-1 yr-1）。全省大气总氮沉降均值为27.74 kg ha-1 yr-1，大部分地区沉降量超过了26 kg ha-1 yr-1。贵阳地区石生苔藓d15N值（-12.50‰ ~ -1.39‰）呈明显的双峰分布模式（-12‰ ~ -6‰和-5‰ ~ -2‰），表明该地区的氮沉降存在两个主要来源。市区明显偏负的苔藓d15N值（平均-8.87±1.65‰，<5km; -8.59±2.28‰，5 km ~ 10km）主要反映城市废水和人畜排泄物NH3的影响，而往外到农村较高的苔藓d15N值（平均-3.83±0.82‰ ~ -2.48±0.95‰，>15km）主要指示了农业NH3的贡献。根据市区苔藓和雨水d15N值计算，市区氮沉降中铵态氮的贡献约占76%，硝态氮约为23%，贵阳地区的氮沉降以铵沉降为主。.贵阳市区往外石生苔藓氮含量随离市中心的距离呈指数降低（y=1.5e-0.13x+1.26），而d15N值随距离对数升高（y=2.54Ln(x)-12.23），揭示了城市来源的铵沉降从市区往外随距离指数降低，其分布模式为点源模式，贵阳市区可被视为贵阳地区的一个点状氨源。而农村地区苔藓氮含量不随距离而变化、d15N值不存在明显差异，反映了农业氨的面源分布模式。通过极限法计算苔藓氮含量和d15N随距离变化的函数，氮沉降在离市中心17.2km以内以城市铵为主，以外以农业铵为主，城市铵的影响范围总体小于41km，城市铵随离市中心距离的变化关系为y=56.272e-0.116x-0.481。此外，贵阳市区往外不同方向的苔藓氮含量和d15N随距离的变化梯度存在差异，表明城市铵向周边不同方向的传输具有非均一性，这主要与不同方向的地形条件、地表植被状况、风向、城市化程度等差异有关。本研究首次通过苔藓监测证实以铵沉降为主的城市，城市铵沉降的分布呈点源模式，并通过苔藓氮含量和d15N的变化得出了城市铵的定量分布、沉降机制和影响因素。