大气灰霾问题越来越受到人们的关注，不仅污染生态环境，而且严重威胁人类健康。硝酸盐是灰霾的主要组成成分，其前提物一氧化氮（NO）排放的不断增加，是加重灰霾问题的主要原因之一。NO不仅影响空气质量，还控制着臭氧的产生进而影响大气的氧化能力，在大气化学中起重要作用。为了减少环境污染，解析NO的排放源和减少其排放量，成为当今研究的重要任务。近年来，氮稳定同位素（ δ¹⁵N）技术逐渐被应用于解析大气含氮污染物的来源。土壤是继化石燃料燃烧后NO排放的的第二大源，然而对于土壤产生的δ¹⁵N-NO研究仍十分有限，这增加了NO源解析的不确定性。土壤硝化作用和反硝化作用是NO产生的主要途径，但到目前为止，还没有研究区分这两个过程产生的δ¹⁵N-NO。
　　
　　中国科学院沈阳应用生态研究所稳定性同位素生态学研究团队，采集了中国北方三种生态系统类型共七个站点的土壤样品（两个农田土，两个森林土和三个草地土壤），进行了室内控制培养实验， 分别测定其在有氧和厌氧条件下产生的NO及底物硝态氮和铵态氮氮同位素组成的变化，并探讨了硝化和反硝化作用产生NO过程中的同位素分馏作用。研究结果发现，有氧条件（硝化作用占主导）土壤产生的δ¹⁵N-NO（-56 ± 4‰）显著低于厌氧条件（反硝化作用主导）产生的δ¹⁵N-NO（-33 ± 7‰，图1）。此外，不同生态系统类型土壤均表现为有氧过程产生NO的分馏系数（61 ± 3‰）显著大于厌氧过程产生的分馏系数（35 ± 6‰，图2）。而且，不同的土壤类型之间，产生的NO的过程的同位素分馏作用差异不大（图2）。因此，可以根据土壤产生的δ¹⁵N-NO值来区分硝化和反硝化作用对土壤NO产生的相对贡献，为建立N循环模型提供理论基础。我们还发现，土壤产生的δ¹⁵N-NO值（-62 ~ -23‰）显著低于生物质和化石燃料燃烧产生的δ¹⁵N-NO（0 ~ + 20‰，图1）。因此，利用氮稳定同位素技术可以有效区分土壤和人为源对大气NO的贡献。
　　
　　该研究得到了国家重点研发计划、中国科学院前沿重点研究项目和中国科学院****等项目的支持。研究成果“δ¹⁵N of nitric oxide produced under aerobic or anaerobic conditions from seven soils and their associated N isotope fractionations”发表于Journal of Geophysical Research-Biogeosciences。通讯作者为方运霆研究员，博士研究生宿晨霞和副研究员康荣华为共同第一作者。
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图1. 一氧化氮不同排放源的δ¹⁵N值

图2.厌氧和有氧条件下，不同生态系统土壤产生一氧化氮过程的氮同位素分馏系数