EcoTron 氮沉降在线观测系统

 

 大气中的氮元素以NHx(包括NH3、RNH2 和NH4+)和NOx的形式，降落到陆地和水体的过程称为氮沉降。随着矿物燃料燃烧、化学氮肥的生产和使用以及畜牧业的迅猛发展等，人类活动向大气中排放的活性氮化合物激增，大气氮素沉降也呈迅猛增加的趋势，成为影响陆地和水生态的重要人为因素，导致酸雨、水体富营养化等全球环境问题。我国是氮沉降情况最严重的区域，根据2008《自然》发表的Dave Reay等的文章，到2030年，我国东部和东南部地区氮沉降将增加50～100%。


   氮沉降在线观测系统由陆地氮沉降及酸雨在线观测单元、水体原位氮观测单元、气象单元及数据采集与无线传输单元组成，可同步在线观测大气氮沉降及酸沉降、水体营养盐状况及氮沉降对水体氮素浓度的相关关系等。系统测量原理为：原位（in-situ）大气干湿沉降采集筒采集到的样品，通过蠕动泵抽样过滤，按程序设置的测量间隔进入氮沉降在线分析仪，采用实验室标准的湿化学法循环顺序分析总氮、氨氮及硝态氮等浓度，并根据采集筒面积等求出氮沉降通量，包括总湿沉降、干沉降，总无机氮沉降和有机氮沉降，总氨氮沉降、硝态氮沉降、亚硝态氮沉降等参数。通过安装到水体中的原位营养盐监测探头，可同步监测分析水体（河流湖泊）的总氮、氨氮、硝态氮等含量，以研究分析水体营养盐与大气氮沉降的关系。分析数据在线显示和储存下载，也可通过无线通讯模块远程下载显示数据。
 Ecotron氮沉降在线观测系统主要功能特点如下：
1. 可连续监测大气氮湿沉降和干沉降，包括总氮、有机氮、总无机氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮
2. 可连续监测大气酸沉降（湿沉降和部分干沉降），包括硫酸根、硝酸根对酸雨的贡献率
3. 可精密连续记录大气沉降重量（选配）
4. 同步原位监测河流湖泊氮素和营养盐包括氨氮、硝态氮、亚硝态氮、磷酸盐
5. 数据可通过GPRS无线传输，或通过U盘直接下载数据

性能指标：
1. 湿化学法在线观测大气氮沉降，分析参数包括总氮、氨氮、硝态氮+亚硝态氮、亚硝态氮
2. 可选配SO42-在线观测模块，在线观测分析大气氮沉降中硫酸根沉降，从而全面了解酸雨沉降情况
3. 精密连续观测记录大气沉降量及降水，精确度分别为0.01g和0.1mm
4. 原位营养盐监测探头可同步原位监测水体氨氮、硝态氮、亚硝态氮、磷酸盐及总磷等
5. 内置时钟和显示屏，在线显示和存储数据包括日期、时间及测量值等
6. 无人值守自动在线监测，建议每隔2周左右维护一次
7. 交流电或太阳能供电，太阳能供电模块：12V、20W
8. EnviData数据采集与无线传输模块，包括EnviData软件、数据采集器、GPRS无线通讯模块等
国内外应用状况：
作为全球变化的重要议题、与气候变化同步引起日益关注的氮沉降问题（在全球变化中与climate change相对应，又称chemical change），与气候变化一样已日益成为全球变化研究的热点问题。我国氮沉降研究一般采取离子交换树脂法和降水采集法（盛文萍等，2010；王德宜等，2010；张国森等，2003），然后拿到实验室进行分析，如张国森等（2003）在野外采集雨水后带到实验室分析硝态氮、亚硝态氮及氨氮浓度。相对于我国零散的大气氮沉降研究，国际上对氮沉降的监测研究更加重视和系统化，如欧洲RECOVER:2010 项目（designed to assess the impact of current and future anthropogenic pressures on sensitive European freshwater ecosystems）对30个酸雨敏感区监测点的分析结果，氮沉降如果超过10kgNha-1yr-1的阈值，将导致河流氮饱和趋势和硝态氮浓度的增高。欧洲WARMER（Water Risk Management in Europe）项目研究设计了微环流分析技术（Micro Loop Flow Analysis）以就地或原位持续监测陆地及水体氮素营养盐的动态变化（Moscetta etc. 2009）。
参考文献：
1. 盛文萍、玉贵瑞、方华军、姜春明，大气氮沉降通量观测方法。生态学杂志，29（8）：1671-1678，2010
2. 王德宜、赵普生、张玉霞、张丽华，北京市区大气氮沉降研究。环境科学，31（9）：1989-1992，2010
3. 张国森、陈洪涛、张经、刘素美，长江口地区大气湿沉降中营养盐的初步研究，14（7）：1107-1111，2003
4. Moscetta, P., L. Sanfilippo, E. Savino, etc. Instrumentation for continuous monitoring in marine environment. IEEE Oceans’09 conference. Biloxi(USA), 2009
5. Wright R. F., C. Alewell, J. Cullen, etc. Trends in nitrogen deposition and leaching in acid-sensitive streams in Europe. Recover:2010 project report, 2010