地理資源所揭示中國大氣氮沉降的轉型變化新趨勢

2021-01-07 中國科學院

　　大氣氮沉降增加是全球變化最重要特徵之一，也是反映大氣環境質量狀況變化的重要指標，它對全球尺度的糧食生產、碳氮循環及環境質量均具有重要影響。中國作為全球最大的發展中國家，也被確認為全球氮沉降最嚴重的區域之一，人們預測中國的氮沉降可能會在較長時間內持續而且快速地增長，並且人們也基於這種預測來開展氮沉降生態環境效應試驗研究、環境質量狀態評估及環境治理政策研究。

　　長期以來，關於中國氮沉降動態變化和空間格局已開展了較多研究，但是因為缺乏涵蓋全國範圍的長時間序列全組分氮沉降科學數據，一直難以給出中國區域大氣氮沉降總量及各組分相對貢獻的時間和空間格局整體性科學認知，限制了人們對氮沉降時空變異影響因子及驅動機制的理解。針對該科學難題，中國科學院地理科學與資源研究所於貴瑞研究團隊與國內外同行合作，以中國生態系統研究網絡（CERN）大氣溼沉降觀測平臺觀測研究數據為基礎，整合了中國農業大學氮沉降觀測網絡（NNDMN）、中國氣象局國家酸監測網的觀測數據及文獻檢索數據，進而研製開發了以GOME、SCIAMACHY、OMI衛星觀測的NO2柱濃度數據和IASI衛星觀測的NH3柱濃度數據為基礎的大氣幹沉降遙感反演模型，首次構建了1980–2015年期間的「中國區域大氣幹沉降和溼沉降全組分動態變化數據集」，分析了大氣總氮沉降及各組分（幹沉降、溼沉降、乾濕比和銨銷比）的動態變化和空間格局，定量揭示了農業施肥、畜牧養殖及能源消耗對大氣氮沉降總量及各組分時空變異的影響和驅動機制。

　　相關成果近期在線發表於國際刊物《自然-地球科學》（Nature Geoscience）。該研究發現了中國氮沉降總量及沉降模式變化的新趨勢，詮釋了經濟結構調整和環境保護措施對大氣氮沉降時空變異的影響機制。研究發現了中國大氣氮沉降轉型變化的三個重要特徵：其一是近年來雖然中國區域的NO3–氮沉降還在持續增加，但是NH4+溼沉降顯著降低，致使全國氮沉降總量已由以往的快速增長轉型為趨穩狀態；其二是大氣幹沉降增加導致了乾濕沉降比的變化，由以往的以溼沉降為主逐步轉型為溼沉降與幹沉降並重；其三是大氣沉降中的NH4+／NO3–比減小，NO3–氮沉降貢獻在持續增加，NH4+氮沉降的貢獻則降低，逐漸由以往的以NH4+沉降為主的氮沉降模式轉換為NH4+和NO3–氮沉降貢獻並重的新模式。

　　通過深入分析證明，中國大氣氮沉降過去35年間的轉型變化是經濟結構調整和多種環境控制措施的共同作用結果，在一定程度上實證我國過去十多年的系列環境控制措施對大氣環境治理已見成效，這不僅為中國環境治理提供了重要科學依據，也將為其他發展中國家的生態環境保護提供決策參考。此外，該研究結果還將成為今後的氮沉降生態環境效應試驗和環境質量狀態評估研究必須考慮的觀測事實，迫切需要人們重新思考或重新評估大氣氮沉降對陸地生態系統生產力、生物多樣性、群落結構及碳氮循環的潛在影響，更需要人們基於這種大氣氮沉降轉型變化新趨勢，更加科學地調整中國的大氣環境治理措施和政策、優化生態環境治理體系。

　　該論文是研究團隊近十餘年來關於大氣氮沉降通量觀測研究的集成性成果。

　　上述研究獲得國家重點基礎研究發展計劃項目（2016YFA0600104,2017YFA0604803）、中科院戰略性先導科技專項（XDA19020302）、國家自然科學基金項目（31872690,31700377,31570471,31290221）、中科院生態系統網絡觀測與模擬重點實驗室青年團隊項目（LENOM2016Q0005）和中國博士後創新人才支持計劃（BB/N013468/1）等的支持。

　　論文信息: Yu GR*, Jia YL, He NP, Zhu JX, Chen Z, Wang QF, Piao SL, Liu XJ, He HL, Guo XB, Zhang W, Li P, Ding GA, Goulding K. 2019. Stabilisation of atmospheric nitrogen deposition in China over the past decades. Nature Geoscience, doi: 10.1038/s41561-019-0352-4. 　　  

　　論文連結

 

圖1：中國大氣氮沉降的時間動態 a 溼沉降; b 幹沉降; c 總沉降 

 

圖2：中國大氣氮沉降的組分比例時間動態 a 乾濕比 b 銨銷比 

 

圖3：中國社會經濟結構轉型與環境控制措施共同驅動了中國氮沉降的時空動態及其轉折 

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