北京地區(qū)典型落葉闊葉喬木葉片含氮量和δ15N值對(duì)大氣氮沉降的響應(yīng)

劉超明,唐美慶,馬 坤,劉星韻,于 涵,張 穎

北京林業(yè)大學(xué)自然保護(hù)區(qū)學(xué)院， 北京 100083

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北京地區(qū)典型落葉闊葉喬木葉片含氮量和δ15N值對(duì)大氣氮沉降的響應(yīng)

劉超明,唐美慶,馬 坤,劉星韻,于 涵,張 穎*

北京林業(yè)大學(xué)自然保護(hù)區(qū)學(xué)院， 北京 100083

為探究植物對(duì)大氣氮沉降的響應(yīng)和對(duì)這部分氮素的來源指示作用,本研究通過對(duì)北京地區(qū)198個(gè)采樣點(diǎn),典型落葉闊葉喬木楊屬(Populus)和柳屬(Salix)植物葉片進(jìn)行采樣,測定其葉片樣品含氮量和δ15N值。結(jié)果表明：北京地區(qū)楊屬植物葉片含氮量為16.5—38.6 g/kg,平均(24.0±4.0) g/kg；柳屬植物葉片含氮量為17.2—36.2 g/kg,平均(25.9±4.1) g/kg。研究區(qū)域范圍內(nèi)楊屬、柳屬植物葉片的含氮量均呈現(xiàn)出西北低、東南高的對(duì)角線型分布,與該區(qū)域大氣氮沉降的空間變異相吻合。由于研究區(qū)域范圍內(nèi)氣候因子無明顯的變異,植物葉片的含氮量變化反應(yīng)了大氣氮沉降對(duì)植物元素化學(xué)計(jì)量特征的影響和植物對(duì)大氣氮沉降的響應(yīng)。北京地區(qū)楊屬植物葉片δ15N值為-3.95‰—8.10‰,平均(1.15±2.48)‰；柳屬植物葉片δ15N值為-3.04‰—9.73‰,平均(2.31±2.60)‰。楊屬和柳屬植物葉片的δ15N值均呈現(xiàn)出西北高、中部高、東南低的空間分布,與葉片含氮量空間分布趨勢相反。中部城區(qū)較高的δ15N值反應(yīng)了交通污染對(duì)大氣含氮化合物增加的影響；西北部較高的δ15N值反應(yīng)了該區(qū)域受人為活動(dòng)排放源的影響較少,自然的氮循環(huán)是其較高δ15N值的主要原因；東南部較低的δ15N值則有可能是由農(nóng)業(yè)活動(dòng)和交通共同作用的結(jié)果。

落葉闊葉喬木；葉片含氮量；δ15N；大氣氮沉降；北京地區(qū)

大氣氮沉降是指活性氮化合物從大氣中返回到陸地或水體表面的過程[1]。受人類活動(dòng)的影響,工業(yè)革命以來,排放到大氣中的含氮化合物急劇增加,從而導(dǎo)致了大氣氮沉降量在全球范圍內(nèi)的升高[1- 3]。至上世紀(jì)末,美國中東部、歐洲西部和我國東部地區(qū),已成為全球典型的高氮沉降區(qū)。據(jù)估計(jì),我國東部將成為本世紀(jì)中期全球大氣氮沉降最高的地區(qū)之一[4-5],這部分沉降到地球表面的活性氮,對(duì)陸生和水生生態(tài)系統(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)生深刻的影響[6- 8]。就陸地植被而言,大氣沉降中50%—70%的氮被樹冠吸收[9],大多數(shù)植物能通過葉片氣孔直接吸收氮氧化物(NO2或NO)和氨(NH3),并表現(xiàn)出葉片氮含量相應(yīng)的升高[10- 12],從而對(duì)大氣氮沉降的水平有一定的生物指示作用[13-14]。Liu等[15]研究表明,過去30年中,我國的大氣氮沉降增加了60%,相應(yīng)的植物葉片的含氮量增加了34%。盡管在大尺度范圍內(nèi),溫度、濕度、降水量等氣候因子對(duì)葉片氮含量的也同樣有一定程度的影響[16-17],但是葉片含氮量的變化對(duì)相應(yīng)的大氣氮沉降的升高表現(xiàn)出了顯著的正相關(guān)性[15]。

穩(wěn)定性同位素技術(shù)是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)研究,特別是生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)研究中不可或缺的方法之一[18-19]。自然界中,不同來源的活性氮δ15N值存在顯著差異。一般而言,大氣中氨(NH3)揮發(fā)多來自化肥的施用和牲畜的排泄物,氮氧化物(NOx)的排放則多來自化石燃料的燃燒和汽車尾氣的排放。Felix等[21]在美國用被動(dòng)采樣器收集的來自化肥施用的氨揮發(fā)樣品的δ15N值在-48‰—-36.3‰之間,養(yǎng)殖場內(nèi)的氨揮發(fā)樣品的δ15N值在-56‰—-23.1‰之間；而Yeatman等[21]在靠近養(yǎng)殖排放源附近采樣的大氣顆粒物δ15N值比較高,其δ15NH4-N范圍在4‰—22‰之間,δ15NO3-N的范圍在2‰—15‰之間；燃煤排放的NOx的δ15N通常偏高,例如火力發(fā)電場附近NO3-N的δ15N值介于6‰—25.6‰之間[22-23]；汽車尾氣排放的NOx的δ15N往往變化范圍較大[24],通常認(rèn)為汽車在高速行駛過程、汽油完全燃燒的情況下δ15N值偏低,δ15NO3-N的范圍在-13‰—-2‰之間[22],而汽車的低速行駛、汽油不完全燃燒的情況下δ15N值偏高,NO3-N的δ15N值介于3.9‰—12‰之間[25]。由于植物葉片可以截留和吸收大部分大氣氮沉降[14],因此,其葉片的δ15N值,對(duì)于大氣氮素沉降的通量和來源有著生物學(xué)指示意義[26-27],在一定程度上可以用于識(shí)別和區(qū)分大氣氮素沉降中氮素的來源。

北京地區(qū)總面積約1.64萬km2,南部和東南部60%的面積位于華北平原的北部,是全球典型的高氮沉降區(qū)[28-29]。該區(qū)域總的大氣氮沉降可高達(dá)100 kg N hm-2a-1[30]；而其北部和西北部與華北平原接壤的地區(qū)則以山區(qū)為主,受人為活動(dòng)影響相對(duì)較少的原因,大氣氮沉降則呈現(xiàn)出相對(duì)較低的水平[31]。由于該地區(qū)所跨越的經(jīng)度和緯度范圍較小,多年平均降水量和多年平均溫度相應(yīng)的變化不大,但其大氣氮沉降卻呈現(xiàn)出明顯的北部和西北部偏低,南部和東南部偏高的趨勢[31]。因此,本研究通過對(duì)北京地區(qū)典型的落葉闊葉喬木(楊屬和柳屬)的網(wǎng)格式采樣,測定其葉片的含氮量和δ15N值,從而驗(yàn)證在不受氣候因子影響下,葉片含氮量對(duì)大氣氮沉降響應(yīng),以及對(duì)大氣氮沉降來源的指示作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

北京地區(qū)位于我國華北平原的北部邊緣(39°28′—41°05′N,115°25′—117°30′E),處于暖溫帶半濕潤半干旱季風(fēng)型大陸氣候區(qū),西部為太行山余脈,北部為燕山山脈,南部、東南部和中部為華北平原北界的平原地區(qū),自東北至西南山區(qū)和平原區(qū)呈對(duì)角線分布。西北部山區(qū)土地利用類型以森林為主,兼有草地分布(圖1)；東南部土地利用類型以農(nóng)田為主。受南部華北平原的影響,該地區(qū)60%的面積位于全球典型的高氮沉降區(qū)域內(nèi)。這部分地區(qū)由降水帶入的氮素濕沉降多年平均值為34 kg N hm-2a-1(其中包括無機(jī)氮沉降約為27 kg N hm-2a-1,有機(jī)氮沉降約為7 kg N hm-2a-1)[26,27],氮素的干沉降也高達(dá)50 kg N hm-2a-1[28]。同時(shí),該地區(qū)的大氣氮沉降呈現(xiàn)出空間分布上的變異[29],由Zhang等[31]模擬的華北5km大氣氮沉降的結(jié)果顯示(圖1),基本上南部和東南部為城市、城鎮(zhèn)和農(nóng)田分布為主的地區(qū)大氣氮沉降量較高,北部和西北部為森林、草地分布為主的地區(qū)大氣氮沉降量較低。

圖1 北京地區(qū)土地利用分布圖北京5 km大氣氮沉降空間分布圖Fig.1 Landuse map and 5 km atmospheric N deposition map of Beijing area

1.2 植物樣品采集和處理

根據(jù)5′×5′經(jīng)緯網(wǎng)將研究區(qū)劃分成245個(gè)網(wǎng)格,選取經(jīng)緯網(wǎng)交點(diǎn)附近地形適宜區(qū)進(jìn)行樣品的采集。根據(jù)地圖經(jīng)緯網(wǎng)格,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)樣品采集點(diǎn)245個(gè),由于山區(qū)地形的影響個(gè)別點(diǎn)無法到達(dá),實(shí)際樣品采集點(diǎn)198個(gè),其中楊屬(Populus)植物葉片樣品128個(gè),柳屬(Salix)植物葉片樣品70個(gè)(圖2)。樣品采集工作在2013年8月中下旬植被生長旺盛且生物量最大的時(shí)期進(jìn)行,各采樣點(diǎn)分別選取楊屬、柳屬植物向陽枝條上成熟健康葉片。采樣點(diǎn)樹木數(shù)量足夠時(shí)選取5株,每株取葉片5枚；樹木數(shù)量不足時(shí),酌情減少采樣株數(shù),但保證采集葉片數(shù)量足夠分析使用。

樣品采集后,當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)烘箱105℃高溫殺青半小時(shí),60℃烘干48h至恒重后,粉碎過1mm篩,再次烘干至恒重。稱取0.4—0.5g樣品,應(yīng)用凱氏定氮法測定樣品含氮量(g/kg)；稱取1.5—2mg樣品,應(yīng)用穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜儀(美國Thermo公司的MAT253),測定樣品15N穩(wěn)定同位素自然豐度。

1.3 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Sigma plot10對(duì)測定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并以Arcgis10.0為平臺(tái),在Arcmap軟件中選取反距離加權(quán)插值法(IDW)對(duì)研究區(qū)域內(nèi)葉片樣品含氮量和δ15N值的空間分布進(jìn)行模擬,繪出研究區(qū)域內(nèi)葉片含氮量和δ15N值的空間分布圖。

圖2 北京地區(qū)典型落葉闊葉喬木楊屬(Populus)和柳屬(Salix)植物葉片采點(diǎn)分布圖Fig.2 Location of sampling sites of typical deciduous broadleaf trees, Populus and Salix, in Beijing area

2 結(jié)果與分析

2.1 北京地區(qū)楊屬、柳屬植物葉片含氮量和δ15N值的總體特征

由表1結(jié)果所示,北京地區(qū)楊屬植物葉片含氮量為16.5—38.6 g/kg,平均(24.0±4.0) g/kg；柳屬植物葉片含氮量為17.2—36.2 g/kg,平均(25.9±4.1) g/kg,顯著高于楊屬植物。北京地區(qū)楊屬植物葉片δ15N值為-3.95‰—8.10‰,平均(1.15±2.48)‰；柳屬植物葉片δ15N值為-3.04‰—9.73‰,平均(2.31±2.60)‰,顯著高于楊屬植物。整體而言,北京地區(qū)楊屬和柳屬兩種典型落葉闊葉喬木葉片含氮量為16.5—38.6 g/kg,平均(24.7±4.1) g/kg,葉片δ15N值為-3.95‰—9.73‰,平均(1.56±2.57)‰。

表1 北京地區(qū)楊屬、柳屬植物葉含氮量和δ15N值的總體特征

同列不同字母表示不同屬植物葉片含氮量或δ15N間差異顯著(P<0.01)

2.2 北京地區(qū)楊屬和柳屬植物葉片含氮量和δ15N自然豐度的空間分布

通過反距離權(quán)重法插值得到北京地區(qū)楊屬和柳屬植物葉片含氮量的空間分布(圖3)。由圖3所示,楊屬植物葉片的含氮量在空間上整體呈現(xiàn)出西北低、東南高的對(duì)角線分布,東部、東北部和南部地區(qū)葉片含氮量較高,北部、西部和西南部地區(qū)葉片含氮量較低。由圖3所示,與楊屬植物類似,柳屬植物葉片的含氮量在空間中也呈現(xiàn)出整體的西北低、東南高的趨勢,但葉片含氮量較高的地區(qū)主要分布在東部和南部,而葉片含氮量較低的區(qū)域主要分布西部、北部和東北部。綜合兩個(gè)屬的植物葉片的含氮量空間分布,總體上北京地區(qū)常見落葉闊葉樹種的葉片含氮量呈現(xiàn)出東部和南部較高,西部和北部較低的空間分布特征。

通過反距離權(quán)重法進(jìn)一步對(duì)楊屬和柳屬植物葉片的δ15N值進(jìn)行空間插值,兩屬植物葉片δ15N值的空間分布如圖4：無論是楊屬還是柳屬植物,其葉片δ15N值較高的地區(qū)分布在葉片含氮量較低的北部、西南部和中心城區(qū)(即東城區(qū)、西城區(qū)、海淀區(qū)、朝陽區(qū)、石景山區(qū)和豐臺(tái)區(qū))；而葉片δ15N值較低的地區(qū)則分布在東北和東南部葉片含氮量相對(duì)較高的地區(qū)?？傮w而言,北京地區(qū)楊屬和柳屬植物葉片δ15N值在空間分布上與葉片含氮量的總體空間分布相反,呈現(xiàn)出西北高、中部高、東南低的趨勢。

圖3 北京地區(qū)楊屬和柳屬植物葉片N含量空間分布特征Fig.3 Spatial distribution of foliar N contents of Populus and Salix in Beijing area

圖4 北京地區(qū)楊屬和柳屬植物葉片δ15N值的空間分布Fig.4 Spatial distribution of foliar δ15N values of Populus and Salix in Beijing area

3 討論

3.1 植物葉片含氮量對(duì)大氣氮沉降的響應(yīng)和指示

北京地區(qū)189個(gè)采樣點(diǎn)楊屬和柳屬植物葉片的含氮量平均為(24.7±4.1) g/kg,與北京及周圍地區(qū)部分樣點(diǎn)多樹種采樣的葉片含氮量無顯著差異[32],然而卻顯著高于全國范圍內(nèi)落葉木本和闊葉木本植物的葉片含氮量[16],同時(shí)也顯著高于我國東部南北樣帶上落葉木本和闊葉木本植物的葉片含氮量[33]。就大尺度范圍內(nèi)而言,植物葉片的含氮量與年均溫度、年均降水量呈反比,與土壤pH值呈正比[17],即隨著緯度的升高葉片的含氮量呈現(xiàn)增加的趨勢[33]。北京地區(qū)處于我國的中高緯度地帶,因此,該地帶典型落葉闊葉樹種的葉片含氮量高于全國平均水平,符合地帶性特征。

過去30年,我國大氣氮沉降和全國范圍內(nèi)植物葉片含氮量,都呈現(xiàn)出顯著的增加趨勢[15]。盡管在全國大尺度范圍內(nèi),植物葉片含氮量的變化除大氣氮沉降外,還受到氣候和土壤因子的影響[16-17],相對(duì)于全國尺度,北京地區(qū)相對(duì)較小,其年均降水量、年均溫度、土壤pH和地帶性植被均不會(huì)產(chǎn)生較大差異,而植物葉片含氮量呈現(xiàn)出明顯的空間變異,則在一定程度上與大氣氮沉降的外源氮素輸入有關(guān)[13,27]。由于北京地區(qū)有60%的面積位于全球典型的高氮沉降區(qū)華北平原境內(nèi),根據(jù)以往的研究,該區(qū)域的大氣氮沉降的總量可高達(dá)100kg N/hm[28-30]。而根據(jù)模擬的結(jié)果,北京地區(qū)位于華北平原以外的地區(qū),由于受山區(qū)地形的影響,北京北部地區(qū)人為活動(dòng)相對(duì)較少,植被覆蓋以森林和草地為主,這部分地區(qū)的大氣氮沉降量,則明顯低于東部和南部地區(qū)。因此,北京地區(qū)大氣氮沉降在空間上呈現(xiàn)出明顯的西北低、東南高的對(duì)角線型分布[31]。本研究中,楊屬和柳屬植物葉片含氮量的空間分布與大氣氮沉降的空間分布趨勢基本相符,說明植物葉片對(duì)來自大氣氮沉降的外源氮素具有敏感的影響,同時(shí)對(duì)大氣中含氮化合物的濃度具有一定的指示作用。

3.2 植物葉片δ15N值對(duì)大氣氮沉降來源的指示作用

由圖3所示,北京地區(qū)楊屬和柳屬植物的葉片較低的δ15N值出現(xiàn)在東北部和東南部地區(qū),同時(shí)這部分地區(qū)也是相應(yīng)的高氮沉降區(qū)。根據(jù)15N穩(wěn)定性同位素所指示的大氣中含氮化合物的主要來源,δ15N-NH3為負(fù)值時(shí)通常與來自于化肥施用帶來的氨揮發(fā)有關(guān)[34-35],而δ15N-NOx為負(fù)值時(shí)則主要與機(jī)動(dòng)車輛高速行駛時(shí)的排放有關(guān)[24]。根據(jù)華北平原主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)大氣氮素濕沉降的δ15N特征值,該區(qū)域的δ15N-NH3和δ15N-NOx平均值分別為(-1.2±4.5)‰和(-2.5±3.7)‰,特別是在施肥季δ15N-NH3可低至10‰左右[28]。就土地利用類型而言,東北部和東南部恰好是北京地區(qū)位于華北平原的主要農(nóng)業(yè)分布區(qū),盡管東北部地勢偏高,但平谷地區(qū)經(jīng)營林果產(chǎn)業(yè)為主,也是重要的農(nóng)業(yè)分布區(qū)之一,因此這部分地區(qū)偏負(fù)的δ15N值來自氨態(tài)氮的部分與農(nóng)業(yè)活動(dòng)中的施肥有關(guān)密切的關(guān)系。同時(shí),東部和南部地區(qū)地勢平坦,是機(jī)動(dòng)車輛進(jìn)出北京的快速通道,交通污染源排放的NOx也是大氣中含氮化合物的來源之一。Walters[24, 36]對(duì)車輛排放的δ15N-NOx進(jìn)行研究的結(jié)果表明,小型車輛排氣系統(tǒng)中的三元催化器對(duì)NOx有著顯著的削減和同位素分餾作用,安裝三元催化器的車輛排放的氮氧化物的δ15N值顯著高于沒有安裝三元催化器的車輛排放的氮氧化物。由于北京地區(qū)物流的供應(yīng)和對(duì)貨運(yùn)卡車等進(jìn)入五環(huán)以內(nèi)城區(qū)的限制,京郊地區(qū)成為這部分沒有安裝三元催化器的車輛主要行駛區(qū),因此北京東部和南部地區(qū)來自于NOx排放的偏負(fù)的δ15N值與此有著密切的關(guān)系。另外,以首都機(jī)場為核心的也呈現(xiàn)出較低的δ15N值分布區(qū),根據(jù)Walters[36]等的研究結(jié)果由飛機(jī)排放的NOx的δ15N值在-7.7‰—0.6‰之間,因此來自于地面連接機(jī)場的交通排放和機(jī)場的飛機(jī)起落航線上的排放也是該區(qū)域出現(xiàn)偏負(fù)的δ15N值的原因之一。

北京地區(qū)楊屬和柳屬植物的葉片較高的δ15N值出現(xiàn)在城區(qū)、北部地區(qū)和西南部地區(qū),根據(jù)15N穩(wěn)定性同位素所指示的大氣中含氮化合物的主要來源,較高的δ15N值可能與畜禽養(yǎng)殖、機(jī)動(dòng)車輛低速行駛和燃煤的排放有關(guān)[21- 23]。盡管有研究表明,來自于畜禽養(yǎng)殖場的氣體樣品中δ15N值偏負(fù)[20, 37],但多數(shù)研究表明,來自于畜禽養(yǎng)殖的δ15N-NH3呈現(xiàn)是偏正的值[21],同時(shí)由于較輕的同位素易先揮發(fā),隨著動(dòng)物糞便堆放時(shí)間的增加15N富集,δ15N-NH3呈現(xiàn)出上增加的趨勢[38]。根據(jù)北京地區(qū)的土地利用特點(diǎn),北京市城區(qū)目前基本無種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的分布,也無大型燃煤工業(yè)分布,因此城區(qū)較高的δ15N值主要是由交通堵塞的情況下,汽油不完全燃燒排放的含氮化合物貢獻(xiàn)的[25]。需要指出的是,傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為機(jī)動(dòng)車輛尾氣排放的含氮化合物主要為氮氧化物,但有研究表明,在機(jī)動(dòng)車低速行駛時(shí),汽油燃燒不完全也會(huì)有氨(NH3)的排放[39-40]?？傊?無論是氮氧化物還是氨,北京城區(qū)的交通排放都是主要污染來源。而在北京的西北和西南部地區(qū)較低的大氣氮沉降和較高的δ15N值分布區(qū),說明這部分地區(qū)一方面大氣中含氮化合物水平較低,另一方面,在人為活動(dòng)干擾較少的森林覆蓋區(qū),葉片凋落物通過土壤氮素循環(huán)供給有可能成為植物葉片氮素來源之一。而這部分因素在人為活動(dòng)干擾較強(qiáng)的城區(qū)和平原地帶沒有考慮,主要原因是北京地區(qū)落葉的清理和回收使得城區(qū)和平原地區(qū)的土壤沒有凋落物的循環(huán)。盡管受市政管理的限制,本研究中未對(duì)相應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行土壤樣品的采集,但在大氣氮沉降水平較高的情況下,如無其它外源氮素供應(yīng),植物對(duì)大氣氮沉降的吸收和利用是其氮素的主要來源。

4 結(jié)論

(1)北京地區(qū)典型常見落葉闊葉樹種楊屬和柳屬植物葉片的含氮量分別為(24.0±4.0) g/kg和(25.9±4.1) g/kg,與其它對(duì)該區(qū)域類似研究中葉片含氮量的范圍類似,顯著高于全國范圍內(nèi)落葉闊葉樹種葉片的含氮量,符合植物葉片元素含量空間變異的地帶性特征。

(2)研究區(qū)域范圍內(nèi),楊屬和柳屬植物葉片含氮量均呈現(xiàn)出西北低和東南高的對(duì)角線型分布,與該區(qū)域大氣氮沉降的空間變異相吻合。由于研究區(qū)域范圍內(nèi)氣候因子無明顯的變異,因此,植物葉片含氮量變化反映了大氣氮沉降對(duì)植物元素化學(xué)計(jì)量特征的影響和植物對(duì)大氣氮沉降的響應(yīng)。

(3)楊屬和柳屬植物葉片δ15N值均呈現(xiàn)出西北高、中部高和東南低的空間分布,與葉片含氮量空間分布趨勢相反。中部城區(qū)較高的δ15N值,反映了交通污染對(duì)大氣含氮化合物增加的影響；西北部較高的δ15N值,則反映了受人為活動(dòng)排放源的影響較少,自然氮循環(huán)是其較高δ15N值的主要原因；東南部較低的δ15N值,則有可能是由農(nóng)業(yè)活動(dòng)和交通共同作用的結(jié)果。

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Responses and Indications of Foliar Nitrogen Contents andδ15N values to Atmospheric Nitrogen Deposition in Beijing, China

LIU Chaoming, TANG Meiqing, MA Kun, LIU Xingyun, YU Han, ZHANG Ying*

SchoolofNatureConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China

With 60% of the total area located in the North China Plain, Beijing suffered with very high atmospheric nitrogen (N) deposition in the south part, which was as high as 100 kg hm-2a-1including both organic and inorganic nitrogenous species from both wet and dry deposition. To test the responses of foliar N contents of plants, a collection of deciduous broadleaf tree leaves was conducted across Beijing areas. Typical deciduous broadleaf trees,PopulusandSalixwere selected at 189 sites, which were firstly designed at 5-decimal minute in latitude and longitude grid resolution and then excluded sites withoutPopulusorSalixspecies. Leaf sampling collection was carried out in the end of August corresponding to annual peak-standing biomass in late summer. Five trees of every species at each site were selected, and five mature leaves of every tree were collected. All the leaf samples were over-dried at 105℃ for 10 minutes and then 65℃ for 48 hours to constant mass. Samples of each species at each site were put together and grounded with a mill to pass 1-mm sieve for N contents analysis. Foliar N was determined following Kjeldehl digestion andδ15N values were determined by continuous flow isotope-ratio mass spectrometer. The foliar N contents were (24.0±4.0) g/kg and (25.9±4.1) g/kg on average forPopulusandSalix, respectively. Spatial variations of both the two genus showed similar trends, with higher foliar N contents in the southeast and lower foliar N contents in the northwest, consisting with the spatial variation of atmospheric N deposition in Beijing area. The foliarδ15N values were (1.15±2.48)‰ and (2.31±2.60)‰ on average forPopulusandSalix, respectively. However, the spatial variation trends ofδ15N values were contrary with the foliar N contents. Higherδ15N values were found in the city center and northwest, while lowerδ15N values were found in the southeast. With the differentδ15N values of potential sources, the higherδ15N values in the city center indicated the traffic emission sources, the higherδ15N values in the northwest indicated the natural N cycling, while the lowerδ15N values indicated both the agricultural and traffic pollution.

Deciduous broadleaf trees; foliar N content;δ15N; atmospheric N deposition; Beijing area

10.5846/stxb201511202348

北京市優(yōu)秀人才培養(yǎng)資助項(xiàng)目(2014000020124G073)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41503077)；北京林業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目(BLX20120022)

2015- 11- 20; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2016- 08- 30

劉超明,唐美慶,馬坤,劉星韻,于涵,張穎.北京地區(qū)典型落葉闊葉喬木葉片含氮量和δ15N值對(duì)大氣氮沉降的響應(yīng).生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(7):2334- 2341.

Liu C M, Tang M Q, Ma K, Liu X Y, Yu H, Zhang Y.Responses and Indications of Foliar Nitrogen Contents andδ15N values to Atmospheric Nitrogen Deposition in Beijing, China.Acta Ecologica Sinica,2017,37(7):2334- 2341.

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhangying0928@hotmail.com