氮循環(huán)過程及機(jī)理

1、生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)-氮循環(huán)過程及機(jī)理、氣候變化氮循環(huán)過程及機(jī)理、氣候變化全球氮循環(huán)全球氮循環(huán)通量單位：通量單位：101012 12 g N/yearg N/year；儲量單位；儲量單位10101212 g N g Nevapotranspirationrainfall/soil moisture人類活動(dòng)固氮量已超過自然過程固氮量人類活動(dòng)固氮量已超過自然過程固氮量氮循環(huán)過程改變的后果氮循環(huán)過程改變的后果 富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化 浮游生物的大量繁浮游生物的大量繁殖，往往使水體呈殖，往往使水體呈現(xiàn)藍(lán)色、紅色、棕現(xiàn)藍(lán)色、紅色、棕色、乳白色等。由色、乳白色等。由于海洋富營養(yǎng)化時(shí)，于海洋富營養(yǎng)化時(shí)，水

2、體常呈現(xiàn)紅色，水體常呈現(xiàn)紅色，故海洋富營養(yǎng)化被故海洋富營養(yǎng)化被稱為赤潮。而江河稱為赤潮。而江河湖泊中的富營養(yǎng)化湖泊中的富營養(yǎng)化被稱為水華。被稱為水華。氮循環(huán)過程改變的后果氮循環(huán)過程改變的后果 物種變化或消失物種變化或消失Tilman，1987N N肥肥 增產(chǎn)增產(chǎn)N N 肥肥 增加優(yōu)勢增加優(yōu)勢度，減少多樣性度，減少多樣性氮循環(huán)過程改變的后果氮循環(huán)過程改變的后果大氣活性溫室氣體大氣活性溫室氣體 NO + NO2 (NOx): 化石燃料燃燒化石燃料燃燒 NO (高活性高活性) 煙霧，對流層煙霧，對流層O3形成形成 酸雨酸雨 (NO2 + OH- HNO3) N2O: 肥料施用量增加肥料施用量增加 反

3、硝化反硝化 增溫潛勢大增溫潛勢大 (約為約為CO2 的的200倍倍, 占大氣增溫總貢獻(xiàn)的占大氣增溫總貢獻(xiàn)的6%) 在對流層是化學(xué)惰性的，但在平流層會破壞臭氧在對流層是化學(xué)惰性的，但在平流層會破壞臭氧氮循環(huán)過程改變的后果氮循環(huán)過程改變的后果大氣活性溫室氣體大氣活性溫室氣體 NHNH3 3: : 家畜家畜, , 農(nóng)田肥料施用農(nóng)田肥料施用, ,生物質(zhì)燃燒生物質(zhì)燃燒 大氣活性大氣活性 氣溶膠氣溶膠, ,空氣污染空氣污染, ,沉降沉降, ,下風(fēng)向下風(fēng)向N N可利用性可利用性氮循環(huán)過程改變的后果氮循環(huán)過程改變的后果 N N沉降沉降 加速植物生長加速植物生長(C(C吸收吸收) )到達(dá)某個(gè)臨界值到達(dá)某個(gè)臨界值

4、. . N N飽和飽和: : 可利用性超出需求可利用性超出需求與森林生產(chǎn)力下降相關(guān)聯(lián)與森林生產(chǎn)力下降相關(guān)聯(lián)( (酸化產(chǎn)生的非直接的影響酸化產(chǎn)生的非直接的影響, ,如改如改變了對寒冷的耐受性變了對寒冷的耐受性 N N飽和飽和 N N 損失損失 “openingopening” of the N cycle of the N cycle濕地生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)濕地生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)海洋氮收支海洋氮收支Codispoti and Christensen, 1985 Heine et al. Matthieu Heine人類對全球氮循環(huán)過程的擾動(dòng)人類對全球氮循環(huán)過程的擾動(dòng)Th

5、e NERC GANE programme 人類對全球氮循環(huán)過程的擾動(dòng)人類對全球氮循環(huán)過程的擾動(dòng)The NERC GANE programme 大氣中的轉(zhuǎn)化：以光化學(xué)氧化、催化氧化反應(yīng)為主大氣中的轉(zhuǎn)化：以光化學(xué)氧化、催化氧化反應(yīng)為主例一：光化學(xué)煙霧（例一：光化學(xué)煙霧（Photochemical SmogPhotochemical Smog） 光化學(xué)煙霧是大氣中氮氧化物和碳?xì)浠衔镌谧贤饩€照射下光化學(xué)煙霧是大氣中氮氧化物和碳?xì)浠衔镌谧贤饩€照射下反應(yīng)生成的多種污染物的混合物。反應(yīng)生成的多種污染物的混合物。 光化學(xué)煙霧最具危害的兩種物質(zhì)是臭氧光化學(xué)煙霧最具危害的兩種物質(zhì)是臭氧(O(O3 3) )和

6、過氧乙酰硝酸和過氧乙酰硝酸酯酯(peroxyacetylnitrates , PAN)(peroxyacetylnitrates , PAN)。例二：酸雨（例二：酸雨（Acid RainAcid Rain）大氣中的轉(zhuǎn)化大氣中的轉(zhuǎn)化光化學(xué)煙霧形成過程光化學(xué)煙霧形成過程 NO2（微量） NO2 + UV NO2 NO2 NO + O O + O2 O3 O3 + NO NO2 + O2 O3 O3 + HC 醛類及其它氧化物 醛類 復(fù)雜的有機(jī)化合物 刺激眼睛 NO 汽車排氣 HC NO2 太陽 紫外光 紫外光 HC + O2 + NO2 + UV O3 + 甲醛 + PAN + 氧化產(chǎn)物 O3 PAN 甲醛、 丙稀醛等 傷害植物 傷害植物 刺激眼睛 刺激眼睛 氧化產(chǎn)物 聚合與核長大 氣溶膠 光霧 *NO過氧?；跛狨ヮ惏ㄟ^氧乙酰硝酸酯過氧?；跛狨ヮ惏ㄟ^氧乙酰硝酸酯(PAN)、過氧丙酰硝酸酯過氧丙酰硝酸酯(PPN)、過氧丁基硝酸酯過氧丁基硝酸酯(PBN)及過氧異丁基硝酸酯及過氧異丁基硝酸酯(PisoBN)。其中含量最高、毒性最強(qiáng)的為其中含量最高、毒性最強(qiáng)的為PAN。自然源、電廠以及內(nèi)燃機(jī)等排放出的污染物在大氣中發(fā)自然源、電廠以及內(nèi)燃機(jī)等排放出的污染物在大氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生導(dǎo)致酸沉降的化學(xué)物質(zhì)。生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生導(dǎo)致酸沉降的化學(xué)物質(zhì)。酸沉降形成過程酸沉降形成過程人類對全球氮循環(huán)過程