华北农田氨的净通量及其大气环境效应

氨挥发是农田氮肥损失的重要途径，长期以来人们往往关注氮肥施入农田后短期内氨的挥发损失，却忽视氨进入大气经转化后形成次生气溶胶产生所带来次生污染及以大气干湿沉降形式向地表的再次输入。而且，氨的来源除了农田氨的挥发之外还有来自畜禽养殖业的大量排放，以及汽车尾气及生物质燃烧等排放，由于氨的大气滞留期短相当部分的分子态氨将在大气中转化为离子态铵的气溶胶，二者在大气中迁移和干湿沉降将引起周边地区大气环境质量的下降和土壤、水体的酸化与富营养化。至今为止，尚无系统研究来定量我国农田生态系统周年中氨的净通量（挥发和沉降的净平衡）和氨及其次生产物对生态环境的潜在影响。本研究将综合利用国际上最新的时均梯度法，结合风洞法、颗粒物采样器和Delta-15N技术等新的研究手段开展华北农田上空氨的来源、时空分布、大气转化及净通量的深入研究，为重新评价农田氮肥氨挥发损失、揭示氨的大气环境效应提供关键证据。

本项目采用时均梯度法、DELTA系统、颗粒物采样器、被动采样器等手段，开展了华北农田氨的净通量及氨的大气环境效应研究。经过三年系统工作，完成项目预期目标，共计发表Sci论文9篇（其中1篇发表于Nature杂志），培养博士后1名、博士生2名、硕士生3名。研究发现，华北集约化农田表现为氨的净排放，氨排放主要集中在氮肥施用后1-2周内，其他时期农田上空氨的净通量表现为沉降，小麦-玉米轮作周年农田氨的总排放量为112 kg N/ha/yr，氨和颗粒物态铵盐总沉降量为34 kg N/ha/yr，沉降占排放30%左右。从农田挥发进入大气中的氨，除了部分就地沉降之外，大部分转化为颗粒物态铵盐。研究发现，施用氮肥后2-3周内大气颗粒物中铵盐浓度有明显升高，这与氮肥氨挥发进入大气之后转化密切相关；而这种转化与大气中酸性气体数量高低直接关联，比如因冬季燃煤供暖，大气中SO2和NOx等酸性气体浓度上升，造成华北冬季大气中NH3与还原态N（NH3+pNH4+）比例显著下降。研究还发现，从1980年代至2000年代，我国华北等地区氮素沉降显著升高，年均增幅达0.4 kg N/ha,其中主要来自农业源(包括氮肥和有机肥氨挥发)的铵态氮是氮沉降主体，约占总沉降的2/3。区域性污染减排措施显著降低了奥运期间北京及周边地区大气污染，但这一效应未能延续至奥运结束之后；就其原因，可能与未考虑农田和养殖业中氨减排有关，发现采用脲酶抑制剂是一种非常有效的降低华北农田氨挥发损失的关键技术。