源自農業排放熱點區域的高山氨沉降研究

逐年升高的活性氮（Nr）沉降可能會(hui) 為(wei) 高山生態係統帶來問題，其中氨的幹沉降是一個(ge) 關(guan) 鍵因素。過去的許多研究表明，農(nong) 業(ye) 活動引起的氨排放占全球氨排放總量很大的一部分。美國的許多國家公園雖然位於(yu) 偏僻的郊區，卻不可避免的受到農(nong) 業(ye) 氨排放的影響。了解氨排放熱點如何通過氨的幹沉降影響下風處的生態係統為(wei) 有效緩解提供了機會(hui) 。來自普林斯頓大學的研究團隊使用了自主研製的開路式激光氨氣米兰app下载苹果手机版官网測量了美國洛基山國家公園高山草原生態係統的氨通量，並分析了來自科羅拉多州東(dong) 北部農(nong) 業(ye) 和城市來源的氨排放造成的影響。此項工作的成果發表於(yu) 《Environmental Science & Technology》。

圖一 普林斯頓大學團隊利用開路氨米兰app下载苹果手机版官网進行EC法氨通量測量

過去幾年中，麵對微氣象法測量氨通量的需求，普林斯頓大學的Mark Zondlo教授團隊自主研製了基於(yu) 量子級聯激光光譜分析技術的開路大氣氨濃度米兰app下载苹果手机版官网，滿足渦動協方差（EC）方法中對儀(yi) 器快速響應 (≥10 Hz) 和高精度的要求，克服閉路傳(chuan) 感器中因為(wei) 氨的吸附和粘滯性導致的高頻信號衰減問題。過去，研究組曾將該米兰app下载苹果手机版官网應用於(yu) 畜牧業(ye) 氨排放測量和交通汙染測量。本文描述的研究工作是研究團隊將氨米兰app下载苹果手机版官网應用於(yu) 氨濃度特別低的場景中。作者通過模型的建立和原位測量，分析了來自氨排放熱點的區域傳(chuan) 輸背景下的EC通量。

2015和2016年夏季，研究團隊選擇在美國洛基山國家公園的一處相對平坦的草原區，將開路式氨米兰app下载苹果手机版官网安裝在通量塔上，觀察到了清晨和傍晚至夜間淨氨通量表現為(wei) 沉降，日間表現為(wei) 氨排放，總體(ti) 淨氨通量為(wei) 負。而觀測數據中，早上在溫度沒有明顯升高時出現的氨排放，作者認為(wei) 這或許與(yu) 露水蒸發有關(guan) ，實際原因則需要更多的研究來證明。

圖二 研究團隊獲得的典型氨通量日變化數據

在科羅拉多州東(dong) 北部，丹佛大都會(hui) 區（圖三中灰色框區域）的汽車尾氣和南普拉特河穀農(nong) 業(ye) 區中的集中動物飼養(yang) 場（Concentrated animal feeding operations, CAFO）（圖三中紅色框區域）是可能影響國家公園氨沉降的潛在源區。論文中描述研究人員將儀(yi) 器安裝在車頂1.5m處進行了移動氨濃度監測，結果表明顯示農(nong) 業(ye) 氨排放被輸送至高山地區。圖三c、d則顯示了機載氣體(ti) 米兰app下载苹果手机版官网測得的高山區域三濃度垂直分布，可以看出高海拔區域在下午時比上午的氨濃度要高，這就是本次實驗中觀測到的氨上行事件：當天氣影響較弱時，白天地形加熱導致反向上坡流動，氨從(cong) 草地和農(nong) 田排放熱點區域被運送到地勢較高的地區進而沉降。

圖三 科羅拉多州東(dong) 北部氨濃度空間和垂直分布圖

此項研究中通過2015和2016年的氨通量測量，展示了研究團隊開發的開路氨米兰app下载苹果手机版官网在偏遠的野外地區測量氨通量的能力。研究人員將觀測到的氨通量按風向分組，發現氨沉降通常與(yu) 白天的東(dong) 風有關(guan) ，表明氨排放熱點的影響很大。以2016年夏季為(wei) 例，經過農(nong) 業(ye) 區熱點排放的氣團導致的累積沉降占氨的幹沉降總量40%以上。

作者在論文結論中表示，本次試驗結果以洛基山國家公園為(wei) 例，顯示高山生態係統如何受到氨排放熱點的影響。此項工作能為(wei) 其他國家公園或自然保護區中的氨通量和潛在源觀測起到示範作用，並同時了說明控製農(nong) 業(ye) 和城市氨排放可從(cong) 源頭上減緩自然生態係統的氨沉降問題。

參考文獻：Da Pan, Katherine B. Benedict, Levi M. Golston, Rui Wang, Jeffrey L. Collett, Lei Tao, Kang Sun, Xuehui Guo, Jay Ham, Anthony J. Prenni, Bret A. Schichtel, Tomas Mikoviny, Markus Müller, Armin Wisthaler, and Mark A. Zondlo

Environmental Science & Technology 2021 55 (12), 7776-7785

DOI: 10.1021/acs.est.0c05749