植物体氮同位素指示大气氮沉降

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1、植物体氮同位素指示大气氮沉降 摘要：过量活性氮可能破坏氮动态和对环境及人类健康造成负面影响，仪器监测法对条件要求较高、需要大量人力劳动，而植物监测大气氮沉降实验简单、费用少，且能进行大范围监测并不受时空限制，开展植物监测氮沉降研究势在必行。本文简要总结了国内局部植物指示大气氮沉降研究，并探讨了该领域今后需努力的方向。中国作为全球氮沉降三大热点地区之一，开展氮沉降及其生态环境效应研究势在必行，中国约15%土地经历了超临界负荷，证实了控制氮排放的必要性【1】。以往大气氮沉降研究主要涉及不同区域大气沉降中氮物种化学组成、形成机制和过程、在大气中滞留时间、化学转化、沉降通量和源解析等方面。随着氮沉降对

2、地表不同生态系统负面效应的出现，人们开始关注并进行了一些植物指示氮沉降的研究，有学者证明了利用植物监测大气氮沉降的可靠性2-8，且在氮同位素示踪植被对大气环境变化响应与反响应用方面已初见成效。我国植被类型多样，具有氮沉降植物监测研究的良好平台，本文对国内局部植物指示大气氮沉降研究进行初步总结，以期为利用植物监测指示大气氮污染，深入开展植物指示大气氮沉降研究提供参考，为合理制定政策措施及保护生态系统可持续开展具有重要意义。1植物组织指示大气氮沉降原理因植物固着于环境中无法凭移动以逃避氮沉降影响，而叶片为直接接收氮沉降直接受体，故其具有指示氮沉降来源和影响功能。凭叶片形态、生理特征和元素含量变化指

3、示氮沉降水平和评价其对植物个体或生态系统的影响是传统的研究手段【3】。但叶片氮含量研究只能反映总氮沉降情况，不能解决氮沉降来源和大气氮污染物类型等问题。近年氮同位素15N别离技术不断完善使其逐渐成为示踪氮去向和评价生态系统氮素状态的新方法。稳定同位素技术在全球变化研究中得到广泛应用，因植物和土壤15N组成记录了氮循环影响因子的综合作用，且具有测量简单及不受取樣时间和空间限制的优点，故15N自然丰度法被用于氮循环研究中9。叶片对氮沉降主要吸收形式为可溶性无机氮。叶片雨水附着能力或可湿性对吸收湿沉降中离子形态氮很关键，附着叶表离子通过叶面角质层孔道到达表皮细胞外侧壁，经过外壁胞质连丝体到达表皮细胞

4、的质膜，再被转运到细胞内部，最后到达叶脉韧皮部，随后的吸收机理同根部离子吸收过程【3】。不同叶片对氮沉降吸收选择性不同，苔藓类植物因叶片的单层细胞结构使其对大气氮输入具有累积效应。叶片性质与不同化学形态氮沉降源间存在相互选择性，氮沉降易于被可湿性强和外表积大的叶片吸收，很多植物偏向于优先吸收的氮源是铵态氮【3】。2研究现状受不同氮源影响，苔藓15N也各不相同。罗笠等【6】得出在庐山，随着海拔高度增加，庐山大气中氮沉降量逐渐降低。吴亮红等【7】利用维管束植物叶片内部氮含量变化分析交通污染源对植物的影响，得出利用维管束植物组织监测城市大气氮污染的可行性。徐宇等【2】得出维管束植物樟树与马尾松叶组织

5、氮、硫含量变化特征能同时很好地指示贵阳区域大气氮、硫沉降空间变化。刘学炎等【4】利用石生苔藓氮含量和氮同位素指示贵阳地区大气氮沉降空间变化和来源。王燕丽等【5】用法国梧桐叶片氮含量及氮同位素组成探讨了维管束植物叶片响应大气湿沉降氮可能性。谢志英等10-11基于苔藓氮含量及15N，估算了农村地区大气氮沉降水平，为此地区大气氮沉降生态环境效应评估提供信息和生物监测资料，探讨了江西省大气氮沉降量和来源等，为大气氮沉降生态环境效应提供根底资料。肖化云等12利用石生苔藓组织氮含量和氮同位素研究了贵阳市大气氮沉降来源、沉降与迁移，说明该地区苔藓氮含量变化特征很好地指示了区内大气氮沉降空间变化。He等13采

6、用定量氮沉降总量综合定氮系统，利用15N稀释原理和生物监测技术，定量研究了华北平原大气氮沉降农田输入总量及其在推荐施肥中的作用。3展望目前对氮沉降监测主要为仪器监测法，此法虽数据相对准确可靠，但费用较高，且因大气中氮化合物存在形式多样，导致仪器监测受限，仅能集中在有一定经济根底和条件的地区使用。要通过直接采样分析或利用仪器监测方法获得时空分辨率较高的大气氮沉降数据很困难，本钱较高，这也是致使很多地区缺乏详细和准确大气氮沉降监测资料的主要原因。国内将15N自然丰度法应用于自然生态系统氮素循环的研究较少，因同位素分析仪器和样品分析价格相对较高，限制了同位素法更广泛的应用9。目前国内进行有关长期叶片

7、和树轮氮同位素自然丰度分析的研究还存在一些局限和诸多问题9。地衣、苔藓和维管束植物等均可作为大气氮沉降指示生物，故今后研究不同种类植物对大气氮沉降的响应，并寻找各种生长适应性强且能可靠指示氮沉降的植物来作示踪剂，不断借鉴国内外相关经验和技术，具有现实意义。相关研究应尽快开展，更好地配合仪器监测法，以便对大气区域复合污染、生态环境保护等发挥更大作用。参考文献【1】ZhaoYH，ZhangL，ChenYF，etal.AtmosphericnitrogendepositiontoChina：Amodelanalysisonnitrogenbudgetandcriticalloadexceedance

8、J.AtmosphericEnvironment，2021，153：32-40.【2】徐宇，肖化云，郑能建，等.维管束植物樟树和马尾松叶组织氮、硫含量指示贵阳地区大气氮、硫沉降的空间变化J.环境科学，2021，376：2376-2382.【3】刘学炎，肖化云，刘丛强.植物叶片氮同位素15N指示大气氮沉降的探讨J.矿物岩石地球化学通报，2021，264：405-409.【4】刘学炎，肖化云，刘丛强，等.石生苔藓氮含量和氮同位素指示贵阳地区大气氮沉降的空间变化和来源J.环境科学，2021，297：1785-1790.【5】王燕丽，肖化云，肖红伟.法国梧桐叶片氮含量及氮同位素对城市大气湿沉降氮的响应

9、研究J.环境科学，2021，334：1080-1085.【6】罗笠，肖化云.用苔藓氮含量和氮同位素值指示庐山大气氮沉降J.环境科学研究，2021，245：512-515.【7】吴亮红，肖化云，胡大芬，等.樟树叶片示踪高速路附近大气氮沉降J.安徽农业科学，2021，3824：13315-13317.8PitcairnC，FowlerD，LeithI，etal.DiagnosticindicatorsofelevatednitrogendepositionJ.EnvironmentalPollution，2021，1443：941-950.9姚凡云，朱彪，杜恩在.15N自然豐度法在陆地生态系统氮循

10、环研究中的应用J.植物生态学报，2021，364：346-352.10谢志英，肖化云，罗笠，等.基于苔藓氮含量及15N分析探讨农村大气氮沉降状况J.中国环境科学，2021，317：1128-1133.11谢志英，肖化云，朱仁果，等.利用石生苔藓氮含量与氮同位素探讨江西省大气氮沉降量和来源J.环境科学，2021，324：943-948.12肖化云，刘学炎，刘丛强.石生苔藓组织氮含量和氮同位素指示贵阳地区大气氮沉降与迁移的研究J.矿物岩石地球化学通报，2021，301：18-25.13HeCE，LiuXJ，ZhangFS.DeterminingTotalNDepositionusing15NDilutionTechniqueintheNorthChinaPlainJ.JournalofResourcesandEcology，2021，11：75-82.