城市大氣硝態氮穩定同位素特征及其源解析研究獲進展

　　大氣硝酸鹽是大氣氮氧化物的匯，可通過沉降的方式進入陸地和海洋生態系統并成為生態系統重要的氮來源。氮沉降量增加過度會產生一系列生態環境問題，如土壤酸化、水體富營養化等。我國由于經濟高速發展，硝酸鹽的前體物質NOx排放不斷增加，是氮沉降量增加的重要因素。因此了解不同排放源對大氣無機氮的貢獻，有助于政府制定控制NOx排放的政策與措施。目前研究表明，氮穩定同位素自然豐度技術是快速、及時解析不同源對大氣氮氧化物貢獻的有效手段。然而由于硝酸鹽形成過程中存在同位素分餾作用的影響，精確量化不同排放源對大氣NO3-的貢獻仍存在困難。

　　中國科學院沈陽應用生態研究所穩定性同位素研究團隊，以東北區域典型氮污染城市沈陽為例，通過測定降水中硝酸鹽含量和δ15N的季節性變化進而探究影響大氣硝酸鹽δ15N的主要因素，并重點探討了源解析過程中是否要考慮NO和NO2轉化過程(NOx循環)中的同位素分餾作用。研究結果表明：從2016-2017年，沈陽總無機氮沉降量為19.8 kg N ha-1 a-1，其中硝態氮為10.5 kg N ha-1 a-1，銨態氮為 9.3 kg N ha-1 a-1，夏季沉降量明顯高于冬季；δ15N-NO3-的均值為0.9±4.0‰，且冬季高夏季低，變化范圍為-4.9‰到8.3‰（圖1）。比對結果表明大氣硝酸鹽形成過程中NOx循環導致的分餾作用對δ15N-NO3-的影響可以忽略，煤燃燒和土壤排放的季節性差異是導致δ15N-NO3-冬季高夏季低的主要原因（圖2）。煤燃燒和汽車尾氣對大氣NOx貢獻占54-67%（圖2b）。

　　 該研究得到國家重點研發計劃、中科院前沿重點研究項目、國家自然科學基金委員會面上項目、王寬誠率先人才計劃盧嘉錫國際團隊項目以及大氣重污染成因與治理攻關項目的支持。研究成果“Nitrate isotopic composition in precipitation at a Chinese megacity: Seasonal variations, atmospheric processes and implications for sources”發表于Earth and Space Science。通訊作者為研究員方運霆，第一作者為其博士生李鄭杰。

圖1. 沈陽降水δ15N-NO3-、量化分餾 δ15N-NO2(shift) 以及排除分餾后計算得到的δ15N-NOx的季節性變化規律。紅、灰、藍、綠陰影表示參考已有研究得到的不同排放源釋放的δ15N-NOx的值

圖2. 不同源在考慮（a）和不考慮（b）NOx循環過程中分餾效應的情況下不同季節對沈陽降水NO3-的貢獻