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氨气是大气中重要碱性气体,与酸性气体反应生成硝酸铵、硫酸氢铵、硫酸铵,是雾霾形成的重要前体物质。养殖场是重要氨排放源,由于高蛋白饲养、低氮素利用效率,导致高氨排放,养殖业氨排放量占全球氨总排放量40%-50%。中国亚热带丘陵区,由于季风作用,摆脱了世界同纬度地区的干旱酷热,凭借水热俱佳的气候优势,在中国畜牧生产中居于重要地位。在中国亚热带丘陵区,养殖生产区与自然区交错分布,复杂的地形地貌不利于大气污染物扩散与稀释。从养殖场排放进入大气中的氨,在大气中滞留时间短,最终通过干、湿沉降从大气中清除,因此,集约化养殖场近源区成为氨沉降“热点区”。长期高水平氨沉降将对自然、半自然生态系统产生不容忽视的影响,如土壤酸化、植物群落结构变化、氮淋失加剧、N2O排放增加等。然而,目前关于亚热带丘陵区集约化养殖场近源区氨沉降及其生态效应研究报道较少。本文选取湖北省随州市集约化养猪场(月均存栏数为8900头)、湖南省宁乡市集约化奶牛场(月存栏数800-1000头)为研究对象,以养殖场500 m范围内为试验区,采用经验模型估算养猪场氨排放量,基于实测数据与经验模型相结合的方法,估算奶牛场氨排放量。分别采用DELTA(DEnuder for Long-Term Atmospheric sampling)采集系统与ALPHA(Adapted Low-cost Passive High Absorption)采集系统,开展养猪场、奶牛场近源区各为期1年氨浓度监测(养猪场监测时间为2018年7月-2019年6月,奶牛场监测时间为2019年10月-2020年9月),运用双向交换模型估算氨沉降量,探析养殖场近源区氨沉降量与养殖场氨排放量间关系,并对养殖场近源区土壤、植物对氨沉降量响应特征开展了系统研究,为集约化养殖场近源区氨污染防治提供依据。主要研究结果如下:(1)集约化养殖场在生产过程中向大气排放大量氨。试验养殖场氨排放以圈舍为主,氨排放具有明显季节性,夏季高,冬季低。试验期间,养猪场氨排放量为63000 kg N a-1,育肥猪氨排放系数为6.4 kg N head-1 a-1。奶牛场牛舍垫料区氨日浓度变化范围为125-674μg N m-3(平均356μg N m-3),牛舍刮粪区氨日浓度变化范围为155-975μg N m-3(平均503μg N m-3),奶牛场氨排放量为26353 kg N a-1,奶牛氨排放系数为26.4 kg N head-1 a-1。(2)氨沉降量随距养殖场距离增加呈递减变化规律。试验养猪场500 m范围内,氨沉降量为5400 kg N a-1,占养猪场氨排放量的8.6%,试验奶牛场500 m范围内,氨沉降量为4078 kg N a-1,占奶牛场氨排放量15.5%。随距养殖场距离的增加,氨浓度呈减小的变化趋势,从距养猪场50 m至500 m,氨浓度大约衰减了85%,距奶牛场500 m氨浓度已接近背景值。距养猪场50 m、100 m、200 m、300 m、500 m氨月均浓度分别为445μg N m-3、320μg N m-3、211μg N m-3、143μg N m-3、68μg N m-3;距奶牛场50 m、100 m、200 m、300 m、500 m氨月均浓度分别为90.5μg N m-3、38.3μg N m-3、25.1μg N m-3、7.0μg N m-3、2.6μg N m-3。(3)持续高强度氨沉降导致土壤氮富集、酸化,影响植物可利用氮状况、植物群落结构。试验结果显示,养殖场近源区部分条带土壤硝态氮含量、土壤铵态氮含量、p H,随距养殖场距离增加存在规律性变化,而其他土壤指标变化趋势不明显。这可能是由于试验养殖场生产运营时间较短(不超过10年),及土壤、植物高异质性等所致。试验期间,养猪场近源区土壤无机氮以铵态氮为主,而奶牛场近源区土壤无机氮以硝态氮为主,这可能是试验养猪场近源区土壤硝化潜势较低所致。养猪场、奶牛场近源区土壤无机氮含量分别为2.3-32.4 mg kg-1(平均11.3 mg kg-1)、2.4-73.0 mg kg-1(平均30.6 mg kg-1)。草本、灌木、苔藓叶片总氮含量分别为1.0%-2.4%(平均1.4%)、1.1%-2.4%(平均1.5%)、1.2%-2.6%(平均1.8%),草本、灌木、苔藓叶片δ15N值分别为-10.3‰--4.1‰(平均-7.9‰)、-12.6‰--2.3‰(平均-8.3‰)、-12‰--4.2‰(平均-7.4‰)。本研究中植物叶片总氮含量对氨沉降响应规律不明显,究其原因可能是由于土壤氮处于饱和状态,植物并未受到氮限制。δ15N可用于识别植物叶片氮素来源,与植株叶片总氮含量相比,植株叶片δ15N对氨沉降具有较好的生物指示作用。随着氨沉降量增加,从20 kg N hm-2 a-1增加到90 kg N hm-2 a-1,植物群落结构发生重要变化,草本(白茅)盖度增加,增幅约为46%,灌木(黄荆)盖度减小,降幅约为27%。(4)模拟氮添加下集约化养殖场近源土壤N2O排放结果显示,添加氮源处理,在培养35天,N2O排放通量呈先增大再减小再增大的变化趋势,不同形态氮素处理下养殖场周边土壤的N2O累积排放量差异显著。试验过程中,土壤铵态氮含量减少明显,说明养殖场近源区氨沉降后将通过硝化作用增加土壤N2O排放。