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2008–2013年川中丘陵区典型农田生态系统大气氮沉降数据集
Atmospheric nitrogen deposition in a typical agricultural-ecosystem of the central Sichuan Basin of China (2008–2013)
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: 2019 - 02 - 19
: 2019 - 02 - 21
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摘要&关键词
摘要:大气氮沉降主要以干湿(降雨)沉降将有机和无机氮带入生态系统,是氮素生物地球化学循环的重要环节之一。在一定区域范围或典型生态系统内的大气氮干湿沉降观测,是揭示大气氮干湿沉降组分、时空格局及其影响因素最为直接有效的方法。盐亭站是中国生态系统研究网络(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)和国家生态系统观测研究网络(National Ecosystem Research Network of China,CNERN)布局的以中亚热带四川盆地紫色土丘陵区为核心研究对象的基础性、公益性的农田生态系统试验与观测平台,其大气氮沉降的观测于2008年开始持续至今。本文重点整理了盐亭站综合观测场获取的2008–2013年大气氮湿沉降的月均浓度及月沉降量,以及2011–2013年大气氮干沉降的月均沉降速率、浓度及月沉降量观测数据,以期为该区域大气活性氮污染状况诠释,氮沉降的环境养分输入以及生态环境效应评估提供科学数据支撑。
关键词:大气氮;干沉降;湿沉降;川中丘陵区
Abstract & Keywords
Abstract: As a crucial process of the nitrogen biogeochemical cycle, atmospheric nitrogen (N) deposition brings organic and inorganic nitrogen into the ecosystem in the form of dry and wet (rainfall) depositions. A most straightforward and effective way to reveal components and spatiotemporal pattern of the atmospheric nitrogen deposition and its influencing factors is to monitor the depositions in a region or typical ecosystem. As part of CERN and CNERN, Yanting Station is a fundamental, public-welfare platform for agricultural ecosystem experimentation and observation oriented towards the subtropical purple soil area of Sichuan Basin. The station has started its observation of dry and wet atmospheric deposition since 2008. This dataset includes the monthly average concentration and volume of wet nitrogen deposition in 2008-2013, and the monthly average rate, concentration, volume and rate of dry nitrogen deposition in 2011-2013. This dataset not only helps understand air pollution by reactive nitrogen, but also provides statistical support for assessing local input of environmental nutrients by nitrogen deposition and its impact on ecological environment.
Keywords: atmospheric nitrogen; dry deposition; wet deposition; central Sichuan Basin
数据库(集)基本信息简介
数据库(集)名称2008–2013年川中丘陵区典型农田生态系统大气干湿沉降数据集
数据作者高美荣、况福虹、朱波
数据通信作者况福虹(kuangfuh@imde.ac.cn)
数据时间范围2008–2013年
地理区域四川省绵阳地区盐亭县林山乡(105º27′E,31º16′N),川中丘陵区典型农田生态系统。
数据量34.2 KB
数据格式*.xlsx
数据服务系统网址http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/692
基金项目中国科学院关键技术人才项目(2017),长江上游典型支流流域水质与水量数据整理与集成;国家科学自然基金(40901144),川中丘陵区局地大气氮沉降对农田生态系统氨挥发的响应。
数据库(集)组成本数据集包括了两个部分:(1)2008–2013年大气氮湿沉降数据,指标有月降雨量,总氮、可溶性总氮、硝态氮、铵态氮和可溶性有机氮的沉降月均浓度及月总量。(2)2011–2013年大气干沉降数据,指标有硝态氮、铵态氮、颗粒硝态氮、颗粒铵态氮、二氧化氮的月均沉降速率、浓度及月总量。
Dataset Profile
TitleAtmospheric nitrogen deposition in a typical agricultural ecosystem of the central Sichuan Basin of China (2008–2013)
Data corresponding authorKuang Fuhong (kuangfuh@imde.ac.cn)
Data authorsGao Meirong; Kuang Fuhong; Zhu Bo
Time range2008–2013
Geographical scopeA typical agricultural ecosystem in the central Sichuan Basin, Linshan township, Yanting county, Sichuan province, China (105º27’E, 31º16’N)
Data volume34.2 KB
Data format.xlsx
Data service system<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/692>
Sources of fundingCAS Key Technology Talent Program (2017); Natural Sciences Foundation of China (No. 40901144)
Dataset compositionThis dataset is composed of two parts of data stored in two respective Excel files. They are:
1. Atmospheric nitrogen wet deposition (2008-2013);
2. Atmospheric nitrogen dry deposition (20011-2013).
引 言
大气氮沉降是指活性氮通过干湿沉降的形式进入地表的过程,是氮生物地球化学循环中的重要过程之一。由于人类活动加剧,大气氮沉降已逐渐成为重要的环境养分不断输入陆地生态系统。由于主要排放源差异(种植业、养殖业、工业、交通等),区域大气氮沉降具有特定的区域特征,会直接影响区域生态系统的氮输入输出过程及生态系统响应[1]。因此,在一定区域范围内或典型生态系统,进行原位连续的大气氮干湿沉降的观测,是揭示大气氮干湿沉降组分、通量及其时空格局和影响因素最为直接有效且可靠的方法。
盐亭站是CERN和CNERN布局的以中亚热带四川盆地紫色土丘陵区为核心研究对象的唯一基础性、公益性的农田生态系统长期试验与观测平台,也是系统性的大气干湿沉降观测网络(ChinaWD)之一,观测从2008年开始一直持续至今。本文重点整理了在盐亭站综合观测场获取的2008–2013年大气氮湿沉降和2011–2013年大气氮干沉降观测数据,填补区域观测空白,以期为该区域大气氮污染状况,氮沉降的环境养分输入以及氮沉降的生态环境效应评估提供科学数据支撑。
1   数据采集和处理方法
1.1   样品采集与分析方法
采集样品地点为中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站综合观测场内(105º27′ E,31º16′ N ),位于四川省盐亭县林山乡截流村小流域,原位定点监测。
1.1.1   大气湿沉降样品的采集及分析
使用德国Eigenbrodt (UNS130/E)湿沉降采集系统采集降雨。当次降雨事件发生时,雨水通过湿沉降采集系统的集水漏斗进入采集器,由PE管导入塑料瓶储存,次降雨事件结束后两小时内,取出样品收集瓶,将雨水转移至样品瓶,并用蒸溜水清洗漏斗、PE管和样品收集瓶,以备下次采样使用[2]。降雨事件结束后,降雨盖受传感器控制,会自动遮蔽湿沉降采集系统的雨水收集口,避免降尘进入雨水收集口[3]


图2   英国生态水文中心Delta干沉降采集系统(左)和德国Eigenbrodt湿沉降采集系统(右)
1.1.2   大气干沉降的采集及分析
使用英国生态水文中心开发的DELTA(Denuder for Long-term Atmospheric sampling)系统采集直径<10 μm的颗粒物和气体沉降物[2],采样高度为1.6 m。该采样器为主动吸收,利用空气泵和添加过吸附剂及滤膜的采样链连接采样,通过采集气体的扩散管和收集颗粒物的滤膜容器及特氟龙管龙管连接组成[3]。采集氨气的扩散管长10 cm,以5%柠檬酸甲醇作为吸附溶剂,采集硝酸的扩散管长15 cm,以1%KOH+1%甘油甲醇溶液作为吸附剂。采样滤膜组上层吸收颗粒物pNO3- ,添加5%KOH+10%甘油甲醇作为吸附剂,下层滤膜吸收PNH4+ ,以13%柠檬酸甲醇作为吸附溶剂。NO2采样英国环境监测网的被动采样器采集扩散管采集[4],采样高度为2 m。
1.1.3   样品分析指标及分析方法
将收集到的湿沉降样品带回实验室,充分摇匀后取未过滤样品测定总量,其余样品使用孔径0.45 μm微孔滤膜后均保存在4℃冰箱里,并在48小时内分析完毕。样品分析指标及方法见表1。
表1   分析指标及方法
分析项目分析方法
TN,TDN碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法
NH4+ -N, NO3- -NAA3连续流动分析仪测定
NH3, HNO3, pNO3- , pNH4+AA3连续流动分析仪测定
NO2磺胺、磷酸、NEDA混合溶液比色法
1.2   数据处理的一些计算公式
1.2.1   月均湿沉降浓度和量的计算
是大气氮沉降的某组分月均浓度和月沉降量的计算方法如下:
\({C}_{r}=\sum {C}_{i}×{H}_{i}/\sum {H}_{i}\) (1)
\({F}_{w}={C}_{r}×{R}_{r}/100\) (2)
式中,Cr 是氮的某组分的月均浓度(mg N L-1);Ci 是指第i次雨水样品中雨水氮的某组分的浓度(mg N L-1);Hi 是第i次雨水样品中的降雨量(mm);Fw 是某组分氮的月湿沉降量(kg ha-1);Rr 是月降雨量(mm)。
1.2.2   月均干沉降速率和月沉降量计算
(1)根据监测点实测气象数据和大叶阻力模型计算研究区域内不同形态干沉降氮的沉降速率Vd
Vd =(Ra +Rb +Rc )-1 (3)
式中,Ra 为空气动力学阻力,Rb 为准层流边界层阻力,Rc 表示下垫面冠层阻力。
(2)实测不同形态干沉降氮的浓度,各组分干沉降量计算公式为:
\({F}_{d}={C}_{z}×{V}_{d}\) (4)
式中,Fd 为大气氮干沉降月沉降量,Cz 为特定高度下大气氮干沉降不同形态氮组分的浓度(μg N m-3),Vd 为一定采样时段沉降物质的沉降速率。
2   数据样本描述
大气氮干湿沉降数据集中包括不同氮组分的月均沉降速率、月均浓度和月沉降量字段。具体的内容及各字段涵义如表2和表3。
表2   大气湿沉降数据表字段涵义
字段代码数据类型及小数位数量纲字段说明
Year整数型观测年份
Year整数型观测年份
Month整数型观测月
R浮点型,2mm对应的降雨量
C-WTN浮点型,2mg N L-1湿沉降中总氮月平均浓度
F-WTN浮点型,2kg ha-1湿沉降中总氮月沉降量
C-WTDN浮点型,2mg N L-1湿沉降中可溶性总氮月平均浓度
F-WTDN浮点型,2kg ha-1湿沉降中可溶性总氮月沉降量
C-WNN浮点型,2mg N L-1湿沉降中硝态氮月平均浓度
F-WNN浮点型,2kg ha-1湿沉降中硝态氮月沉降量
C-WAN浮点型,2mg N L-1湿沉降中铵态氮月平均浓度
F-WAN浮点型,2kg ha-1湿沉降中铵态氮月沉降量
C-WDON浮点型,2mg N L-1湿沉降中可溶性有机氮月平均浓度
F-WDON浮点型,2kg ha-1湿沉降中可溶性有机氮月沉降量
表3   大气干沉降数据表字段涵义
字段代码数据类型及小数位数量纲说明
Year整数型观测年份
Month整数型观测月
Vd-NH3浮点型,2cm s-1干沉降中氨氮月均沉降速率
C-NH3浮点型,2μg N m-3干沉降中氨氮月均浓度
F-NH3浮点型,2kg ha-1干沉降中氨氮月沉降量
Vd-HNO3浮点型,2cm s-1干沉降中硝酸月均沉降速率
C- HNO3浮点型,2μg N m-3干沉降中硝酸月均浓度
F- HNO3浮点型,2kg ha-1干沉降中硝酸月沉降量
Vd-pNH4+浮点型,2cm s-1干沉降中颗粒态铵月均沉降速率
C-pNH4+浮点型,2μg N m-3干沉降中颗粒态铵态氮月均浓度
F-pNH4+浮点型,2kg ha-1干沉降中颗粒态铵态氮月沉降量
Vd-pNO3-浮点型,2cm s-1干沉降中颗粒态硝沉降速率
C-pNO3-浮点型,2μg N m-3干沉降中颗粒态硝月均浓度
F-pNO3-浮点型,2kg ha-1干沉降中颗粒态硝月沉降量
Vd-NO2浮点型,2cm s-1干沉降中二氧化氮月均沉降速率
C- NO2浮点型,2μg N m-3干沉降中二氧化氮月均浓度
F- NO2浮点型,2kg ha-1干沉降中二氧化氮月沉降量
3   数据质量控制和评估
数据从观测到样品分析均质量控制严格,观测数据从前期采样、样品保存、室内分析到后期数据检查和录入,均经过台站专业科研人员和实验室分析人员进行质控体系和流程检验[2]
采样主要依靠经验丰富的固定监测人员完成,采用统一定制的样品编号标记,所采集样品及时冷藏保证样品质量。室内分析时,所用仪器均定期校准,并由操作经验丰富的实验室分析人员按照标准操作规程进行分析,使用液体标准物质和空白样品进行质控。样品测试使用的方法首选国家标准方法,以氮为例,采用的是紫外分光光度法(GB 11894-89)。氮沉降中湿沉降分析方法参考水样分析方法(中国生态系统研究网络观测与分析标准方法-水环境要素观测与分析, 刘光崧,1998),干沉降各项指标分析方法参考英国生态水文中心推荐方法[3-4](骆晓声,2013;Tang et al., 2009)。
此外,数据整理时,我们根据3倍的标准偏差进行特异值的数据剔除,同时遇到某个月的降水样品缺失或该月有降水但<5 mm的数据也剔除掉[3],以保证数据的可靠性。
4   数据价值和使用方法
中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站是系统性湿沉降观测网络站点(ChinaWD)之一,其连续监测数据有助于分析我国西南丘陵区陆地生态系统大气氮沉降变化,增加监测方面的连续性。该数据可以作为川中丘陵区典型农田生态系统大气氮沉降监测可靠背景,以期为查明该区域大气活性氮现状及变化、环境氮输入及对生态环境影响提供科学数据支撑。
项目组基于本数据集已发表SCI论文2篇[2,5];基于该研究完成培养1名博士研究生的学位论文。现在经过整理将存储在Science Data Bank(http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/692)上,以期为类似领域研究提供区域数据。读者如需进一步了解本数据集观测数据的研究方法或研究结论,可与本文的通信作者联系。
致 谢
感谢野外监测人员在样品采集和分析时付出的辛勤和努力。
[1]
刘学军, 张福锁. 环境养分及其在生态系统养分资源管理中的作用—以大气氮沉降为例[J].干旱区研究, 2009, 26(3): 306-311.
[2]
KUANG F H, LIU X J, ZHU B, et al. Wet and dry nitrogen deposition in the central Sichuan Basin of China[J]. Atmospheric Environment, 2016, 143: 39-50.
[3]
TANG Y, SIMMONS I, VAN D N, et al. European scale application of atmospheric reactive nitrogen measurements in alow-cost approach to infer dry deposition fluxes[J]. Agriculture, Ecosystems &Environment, 2009, 133: 183-195.
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LUO X S, LIU P, TANG A H, et al. An evaluation of atmospheric Nr pollution and deposition in North China after the Beijing Olympics[J]. Atmospheric Environment, 2013, 74: 209-216.
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SONG L, KUANG F H, SKIBA U, et al. Bulk deposition of organic and inorganic nitrogen in southwest China from 2008 to 2013[J]. Environmental Pollution, 2017, 227: 157-166.
数据引用格式
高美荣, 况福虹, 朱波. 2008–2013年川中丘陵区典型农田生态系统大气氮沉降数据集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-02-19). DOI: 10.11922/sciencedb.732.
稿件与作者信息
论文引用格式
高美荣, 况福虹, 朱波. 2008–2013年川中丘陵区典型农田生态系统大气氮沉降数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2019. (2019-02-19). DOI: 10.11922/csdata.2019.0004.zh.
高美荣
Gao Meirong
主要承担工作:数据整理、元数据编写和数据论文撰写。
(1969—),女,陕西佳县人,硕士,高级工程师,研究方向为土壤学,信息管理。
况福虹
Kuang Fuhong
主要承担工作:提供原数据和数据质量控制。
kuangfuh@imde.ac.cn
(1981—),女,重庆人,博士,助理研究员,研究方向为农田生态系统氮利用及损失。
朱波
Zhu Bo
主要工作:大气氮沉降试验设计及数据质量总控制。
(1966—),男,四川人,博士,研究员,研究方向为水土界面氮迁移过程及氮循环。
出版历史
I区发布时间:2019年2月21日 ( 版本ZH1
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中国科学数据
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