摘要
氮和磷是生物生长的重要元素，可以通过径流输入和大气沉降输入到海洋等生态系统。目前有关大气气溶胶中不同形态氮磷的系统研究相对有限，对气溶胶中氮磷的组成特征和来源认识不足。通过对沿海及海洋气溶胶中氮和磷的研究，对认识其在大气氮磷循环中的作用及其对海洋生态系统的影响等方面具有重要的意义。 本研究以青岛近海和黄海海域作为研究区域，于2016年6月至2017年5月在青岛近海连续采集大气气溶胶（TSP）样品，对气溶胶中溶解无机态（DIN）、溶解无机磷（DIP）、溶解总氮（DTN）、溶解总磷（DTP）、总氮（TN）以及总磷（TP）进行了系统研究，讨论其浓度和组成比例的月季变化特征，分析了霾天、环境因子及气团来源对其浓度水平和组成特征的影响，初步定量解析了青岛近海大气气溶胶中氮磷的来源。同时搭载航次，采集黄渤海气溶胶样品，分析黄渤海气溶胶氮磷的浓度水平及组成特征。初步估算了青岛近海及黄海海域DIN的干沉降通量。 对青岛地区大气气溶胶的研究结果表明，大气气溶胶中DIN、DTN和TN的浓度范围分别为1.90~47.92μg·m-3，3.12~59.54μg·m-3和4.04~70.11μg·m-3，平均值分别为10.40μg·m-3，13.46μg·m-3和21.28μg·m-3。TN浓度呈现出秋季＞冬季＞夏季＞春季的季节变化趋势。而DIN以及DTN则呈现冬季gt;秋季gt;夏季gt;春季的变化趋势。这主要与不同季节下氮的排放源源强以及气象因素和天气状况等环境条件的差异有关。DTN在气溶胶TN中的组成比例变化较大，处于21.54%~86.08%的范围，平均值为63.05%，呈现冬季gt;春季gt;夏季gt;秋季的季节变化趋势。DIN是DTN的主要组成部分，DIN占DTN的比值为54.94%~95.59%，平均值为75.45%，呈现春季gt;冬季gt;秋季gt;夏季的季节变化趋势。 青岛近海大气气溶胶中DIP、DTP和TP的浓度范围分别为3.90~69.89ng·m-3，7.74~110.49ng·m-3和15.59~302.86ng·m-3，年平均值分别为24.83ng·m-3，38.92ng·m-3和103.40ng·m-3。TP浓度呈现冬季gt;春季gt;秋季gt;夏季的季节分布规律。而DIP以及DTP的浓度则呈现春季和冬季高于夏季和秋季的季节变化特征。气溶胶中溶解态磷对总磷的贡献随月份不同变化较大，DTP/TP在18.95~82.54%之间，平均值为44.31%，呈现夏季gt;春季gt;冬季gt;秋季的分布规律。DIP是溶解态P的重要组成部分，DIP/DTP在39.32%~91.35%的范围，平均值为63.37%，呈现冬季gt;秋季gt;春季gt;夏季的季节变化特征。 为研究影响大气气溶胶中氮和磷浓度变化的环境因子，将DIN、DTN、TN、DIP、DTP、TP的浓度与相应的气象因子和空气质量因子做了相关性分析。分析结果显示，DIN、DTN、TN的浓度与相对湿度有显著正相关关系，说明相对湿度较高时有利于气溶胶中氮的形成。DIN与空气质量因子中的AQI、NO2、PM2.5和PM10均存在显著正相关关系，说明气溶胶中氮的浓度对空气质量存在显著影响，且随颗粒物浓度的增加而增加。DIP、DTP、TP的浓度均与风速存在显著正相关，与空气质量因子中的AQI、PM2.5和PM10也存在显著正相关关系，说明气溶胶中磷的浓度主要受颗粒物浓度和风致扬尘的影响。 霾天下，TSP和氮（DIN、DTN）的浓度较非霾天有明显的升高，且气溶胶中氮浓度的增长较TSP更为显著，约为非霾天的3倍。气溶胶中氮（DIN、DTN、TN）的浓度随着霾污染程度的加剧有增加的趋势，较非霾天分别增加了23%~370%，44%~320%，40%~210%。霾天气溶胶中磷（DIP、DTP、TP）的浓度较非霾天有明显的升高，磷（DIP、DTP、TP）浓度的增长比例与TSP一致，约为非霾天的2倍。轻微、轻度、中度霾天气溶胶中DIP、DTP和TP的浓度较非霾天的增长比例没有明显差别，分别为16%~20%，36%~55%，43%~53%。重度霾天气溶胶中DIP、DTP和TP的浓度较非霾天分别增加了162%，163%和132%。 黄海海域气溶胶中DIN、DTN和TN的浓度范围分别为0.4~16.78，0.94~19.82和1.79~25.44μg·m-3，平均值分别为4.99，6.37和9.66μg·m-3，且秋季明显高于夏季。黄海海域气溶胶总氮中溶解态为主要部分，无机态为溶解态氮的主要贡献者，夏季和秋季没有明显差异。黄海海域气溶胶中磷（DIP、DTP、TP）的浓度范围分别为1.07~20.92，2.59~31.17和3.71~54.46ng·m-3，平均值分别为8.33，15.93和28.29ng·m-3，且秋季明显高于夏季。黄海海域（夏季和秋季）气溶胶溶解态磷中，无机磷和有机磷对溶解态磷的贡献相近，且夏季高于秋季。气溶胶总磷中溶解态磷的贡献略高于不可溶态磷，且没有明显的季节变化。 PMF源解析结果表明，青岛大气气溶胶中氮和磷主要有4个来源，分别为海洋源、土壤源、混合源以及二次人为源。其中，二次人为源是大气气溶胶氮的主要来源，对气溶胶中氮（DTN以及TN）的贡献达到60%~78%。而土壤源则为大气气溶胶磷（DIP、DOP、DTP以及TP）的主要来源，对气溶胶磷的贡献达到46%~71%。 气团来源对青岛近海气溶胶中氮（DIN、DTN、TN）和磷（DIP、DTP、TP）的浓度以及组成比例影响明显。南方陆源气溶胶中氮（DIN、DTN、TN）的浓度最高，且主要以溶解氮形态存在，溶解态氮则主要以无机态存在。北方陆源气溶胶中磷（DIP、DTP、TP）的浓度最高，且主要以不可溶态存在，而溶解态磷则主要以无机态存在。 青岛近海NH4+-N和NO3--N的年干沉降通量分别3.03和6.75kg·hm-2yr-1，硝态氮的干沉降通量高于铵氮。夏季黄海海域NH4+-N和NO3--N的干沉降通量分别为3.73和30.62mg·m-2mon-1，明显低于秋季（6.95和70.14mg·m-2mon-1），黄海海域硝态氮的干沉降通量贡献显著增加。
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