氨气（NH₃）是大气中具有还原性质的活性氮气体，对大气环境质量（PM_2.5成核等）和氮素的生物地球化学循环过程起着重要作用。农田土壤挥发NH₃是大气NH₃的重要来源，准确量化其对大气沉降氮的贡献对区域大气污染防治至关重要。氮稳定同位素（ ¹⁵N）分析测试技术结合同位素混合模型（SIAR等）的应用是示踪大气NH₃来源的有效手段，但其解析的准确度与源谱 ¹⁵N值选择密切相关。现有关农田土壤 ¹⁵N-NH₃值的报道主要关注肥料施用后短期内（0 – 30天）结果，缺乏对土壤挥发NH₃的 ¹⁵N值季节性变化的原位测量及其季节性变化对大气NH₃来源解析结果的影响研究。
　　基于此，中国科学院沈阳应用生态研究所稳定同位素生态学团队依托沈阳农田生态系统观测站，采用动态箱采样系统对玉米生长不同阶段土壤挥发NH₃和土壤样品进行同步原位收集，测定土壤挥发NH₃和土壤NH₄⁺的 ¹⁵N值等指标。研究结果表明，土壤挥发NH₃的 ¹⁵N值具有显著的季节性变化，5-6月间的 ¹⁵N-NH₃加权值为-30.5 6.7‰，显著低于7-10月间的结果（-8.5 4.3‰）；土壤挥发 ¹⁵N-NH₃值的季节性变化与土壤挥发NH₃主要产生途径（肥料施用或矿化作用）、土壤NH₄⁺的消耗程度和土壤环境变化有关。情景分析结合同位素混合模型（SIAR）结果表明，在不考虑土壤 ¹⁵N-NH₃值季节变化情况下，将高估7-10月间农田土壤挥发NH₃源对东北地区大气NH₃来源分配比例，差异最高可达38个百分点。因此，本研究结果进一步说明考虑农田挥发NH₃的 ¹⁵N值季节性差异，对解析区域大气NH₃的季节性来源及其贡献的重要性。
　　该研究成果以“Large Seasonal Variation inNitrogen Isotopic Abundances of Ammonia Volatilized from a Cropland Ecosystem and Implications for Regional NH₃ Source Partitioning”为题于2024年1月3日正式发表于Environmental Science & Technology。沈阳应用生态研究所博士后、特别研究助理宋琳琳为第一作者，方运霆研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划“大气污染成因与控制技术研究”重点专项项目(2017YFC0212700)，大气重污染成因与治理攻关项目(DQGG0105-02)等项目资助。
　　
　　论文链接： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c08800
　　
　　图1 农田挥发氨气 ¹⁵N值季节性变化特征

　　　　图2 不同情景模拟下，农田土壤挥发NH₃源对7-10月间东北地区大气NH₃来源分配结果。
Scenario1 和 Scenario 2 分别代表选用5-6月和7-10月间 ¹⁵N-NH₃加权值（-30.5 6.7‰ 和 -8.5 4.3‰），f 值代表大气NH₃转化为生成NH₄⁺占NH_x（= NH₃ + NH₄⁺）比例。