大氣灰霾問題越來越受到人們的關(guān)注，不僅污染生態(tài)環(huán)境，而且嚴(yán)重威脅人類健康。硝酸鹽是灰霾的主要組成成分，其前提物一氧化氮（NO）排放的不斷增加，是加重灰霾問題的主要原因之一。NO不僅影響空氣質(zhì)量，還控制著臭氧的產(chǎn)生進(jìn)而影響大氣的氧化能力，在大氣化學(xué)中起重要作用。為了減少環(huán)境污染，解析NO的排放源和減少其排放量，成為當(dāng)今研究的重要任務(wù)。近年來，氮穩(wěn)定同位素（ 15N）技術(shù)逐漸被應(yīng)用于解析大氣含氮污染物的來源。土壤是繼化石燃料燃燒后NO排放的的第二大源，然而對于土壤產(chǎn)生的 15N-NO研究仍十分有限，這增加了NO源解析的不確定性。土壤硝化作用和反硝化作用是NO產(chǎn)生的主要途徑，但到目前為止，還沒有研究區(qū)分這兩個過程產(chǎn)生的 15N-NO。
中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定性同位素生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，采集了中國北方三種生態(tài)系統(tǒng)類型共七個站點(diǎn)的土壤樣品（兩個農(nóng)田土，兩個森林土和三個草地土壤），進(jìn)行了室內(nèi)控制培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)， 分別測定其在有氧和厭氧條件下產(chǎn)生的NO及底物硝態(tài)氮和銨態(tài)氮氮同位素組成的變化，并探討了硝化和反硝化作用產(chǎn)生NO過程中的同位素分餾作用。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有氧條件（硝化作用占主導(dǎo)）土壤產(chǎn)生的 15N-NO（-56 4‰）顯著低于厭氧條件（反硝化作用主導(dǎo)）產(chǎn)生的 15N-NO（-33 7‰，圖1）。此外，不同生態(tài)系統(tǒng)類型土壤均表現(xiàn)為有氧過程產(chǎn)生NO的分餾系數(shù)（61 3‰）顯著大于厭氧過程產(chǎn)生的分餾系數(shù)（35 6‰，圖2）。而且，不同的土壤類型之間，產(chǎn)生的NO的過程的同位素分餾作用差異不大（圖2）。因此，可以根據(jù)土壤產(chǎn)生的 15N-NO值來區(qū)分硝化和反硝化作用對土壤NO產(chǎn)生的相對貢獻(xiàn)，為建立N循環(huán)模型提供理論基礎(chǔ)。我們還發(fā)現(xiàn)，土壤產(chǎn)生的 15N-NO值（-62 ~ -23‰）顯著低于生物質(zhì)和化石燃料燃燒產(chǎn)生的 15N-NO（0 ~ + 20‰，圖1）。因此，利用氮穩(wěn)定同位素技術(shù)可以有效區(qū)分土壤和人為源對大氣NO的貢獻(xiàn)。
該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院前沿重點(diǎn)研究項(xiàng)目和中國科學(xué)院百人計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。研究成果“ 15N of nitric oxide produced under aerobic or anaerobic conditions from seven soils and their associated N isotope fractionations”發(fā)表于 文章鏈接
