西沙永兴岛大气沉降硝酸盐来源的氮氧同位素示踪研究

Most of studies about amtospheric nitrate deposition is concentrated in the inland aereas or offshore aeras. So, different atmospheric nitrate sources and atmospheric nitrogen depostiton flux in Yongxing Island of Xisha, South China Sea will be investigated in long term in this program, combined with the basic principles and research methods of isotope geochemistry and atmospheric chemistry, by anlysis the main ions and nitrogen, oxygen isotopic composition of atmospheric deposition. And then, it will reveal the contribution of atmospheric nitrogen of inland human activities input on the South China Sea, as well as the seasonal variation of sources. At the same time, it will reveal the oxidation path of NOx to NO3- combined with the O3 and OH concentration in the atmosphere. By ananlysis rainfall and its intensity, combined with nitrate concentration and nitrogen and oxygen isotopic composition in precipitation, we will explore the wash out efficiency and nitrogen isotope fractionation mechanisms. These results in this program, are expected to assess the fluxes of atmospheric nitrogen in the South China Sea and the impact of anthropogenic, will help to better reveal the seasonal variation of atmospheric nitrogen sources, which will provied new evidence of the nitrogen cycle. And the results will help to elevated the theoretical significance of the oxidation path of NOx. So, this program has important practical significance and innovative.

已有大气硝酸盐沉降研究主要集中在内陆或近海区域，本研究以远离大陆的南海西沙永兴岛为研究区域，对大气沉降硝盐酸进行长期监测。用同位素地球化学和大气化学的基本原理和研究手段，通过分析大气沉降离子组成和硝酸盐氮氧同位素组成的季节变化特征，结合气团后向轨迹模拟，估算南海大气氮沉降通量，探讨南海大气氮主要来源和人为活动对南海大气氮输入的贡献，以及来源的季节变化规律。通过分析大气沉降硝酸盐氮氧同位素组成和大气O3、OH浓度变化关系，揭示大气氮氧化物形成硝酸盐的氧化路径。分析大气降水雨量、雨强与其对应降水硝酸盐含量和氮氧同位素组成的关系，揭示冲刷过程中可能引起的氮同位素分馏机理。本研究成果将有望估算南海大气氮沉降输入的通量和人为活动对南海氮输入的影响，有助于更好的揭示南海大气氮源的季节变化规律，为南海区域氮循环的研究提供新证据，同时将助于升华大气氮氧化物氧化路径的理论意义，具有重要的现实意义和创新意义。

已有大气硝酸盐沉降研究主要集中在内陆或近海区域，本研究以远离大陆的南海西沙永兴岛为研究区域，对大气沉降硝盐酸进行长期监测。用同位素地球化学和大气化学的基本原理和研究手段，分析了大气沉降离子组成和硝酸盐氮氧同位素组成的季节变化特征。本研究于2013 年2 月至2014 年1 月，在南海西沙采集了为期一年的气溶胶样品；在南海北部夏（2012年8 月）、冬（2013 年11 月）采集了两个航次的气溶胶样品，分析了NO3-浓度和NO3-的δ15N、δ18O，以探讨南海NO3-的来源和可能的化学过程。西沙NO3-的δ15N、δ18O范围分别为-2.5‰～+4.9‰和+48.1‰～+99.0‰，年平均值分别为+1.5‰和+83.2‰。δ15N 和δ18O值均在冬季较高，反应了NOx在不同季节其来源和参与反应的氧化物存在差别。在冬季，NOx主要来源于人为释放，特别是中国南方城市燃煤释放。冬季高的δ18O值反映了NOx在远距离传输过程中，主要由O3氧化成NO3-。在夏季，自然来源如闪电固氮、生物土壤释放等比例增加，OH 的氧化效率也增加。比较西沙和南海北部同期气溶胶样品发现，南海北部气溶胶样品具有更高的NO3-浓度和δ15N值，但更低的δ18O值反映了NOx从沿岸地区到偏远海域传输过程中，大气物理化学过程（如与卤素反应生成粗颗粒NO3-盐）引起了NO3-浓度和δ15N值降低，而δ18O值的增加。假设NO3-的氧原子在冬季全部来源于O3，西沙沉降47.9%的NO3-在从沿岸地区到偏远海域传输过程中由NOx生成的，并且在传输过程中，有89%的NOx 和87%的NO3-损失。