包括氨气、氮氧化物、颗粒态硝酸盐和铵盐等物质在内的大气活性氮循环，是氮生物地球化学的重要部分。过量的氮沉降会引起一系列生态环境效应，严重影响陆地及水生生态系统的生产力和生物多样性。自工业革命以来，人为活动使得大气活性氮含量显著上升，与其相关的大气沉降对生态系统的影响也受到越来越多的关注。巢湖作为中国第五大淡水湖，是长江下游重要的生态湿地，自上世纪九十年代以来持续面临富营养化和藻华频发的问题。近年来，聚焦巢湖综合治理，相关部门先后出台多部政策法规，制定并实施了一系列综合治理措施，巢湖水质得到明显改善。但目前在污染物定量溯源和转化机制等方面还存在严重不足，影响了巢湖流域精细化治理和水质的进一步提升。
N、P等营养元素的来源和转化利用机制是影响湖体水质和藻华爆发的重要因素。长期以来，巢湖N来源的监测一直关注在径流输送上。传统观点认为，地表河流输送是主要来源，忽略了对大气沉降贡献的评估，这主要受限于大气沉降监测技术和沉降通量量化评估手段的不足。为了定量评估大气沉降对巢湖N收支的影响，中国科学技术大学地球和空间科学学院耿雷、刘晓东教授团队与广州地化所王新明研究员团队以及安徽省巢湖管理局合作，利用大气化学传输模式结合大气N沉降观测数据，系统评估了巢湖氮负荷的多来源贡献。结果显示，在2022年，大气总氮沉降量约占巢湖年总氮输入量的18%，而对于能直接被生物吸收利用的活性氮成分，大气沉降的年总贡献可达约25%，而在旱季与某些月份该贡献甚至超过了50%。
此外，对所有入湖河流氮输入的分析结果表明，河流氨氮输入量近五年来显著降低，但总氮输入量无明显变化，显示有机氮的排放在逐渐增加。由于有机氮也有可能会被生物转化利用，因此在对含氮污染物治理时，也需要关注有机氮组分。相关研究成果近日以 “On the contribution ofatmospheric reactive nitrogen deposition to nitrogen burden in a eutrophic Lake in eastern China”为题发表于环境科学领域知名期刊《Water Research》(IF = 11.4)。
地球和空间科学学院博士生李韦堃为该论文第一作者，耿雷教授为通讯作者，合作作者包括广州地球化学研究所王新明研究员、张艳利研究员、宋伟副研究员，中国科学技术大学刘晓东教授、张忠义副研究员，巢湖管理局王雪莹博士等。该研究得到了安徽省重点研究与开发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项以及国家重点研发计划等的资助。
耿雷和刘晓东教授课题组长期从事活性氮循环的研究工作，在利用同位素技术示踪活性N来源和循环机制方面有长期的经验，实验室建设有完善的N同位素和多氧同位素分析平台，分析精度达到国际领先水平。研究团队近期关注巢湖氮磷来源和循环机制，已经对巢湖大气、水体和沉积物等开展了多轮综合采样，接下将利用同位素技术，针对巢湖氮磷的来源和转化机制进行量化研究，综合评估其对巢湖水质和藻华爆发的影响，助力更好地精准治巢和科技治巢。
巢湖氮来源示意图
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122597
(地球和空间科学学院、科研部)
