地理資源所在中國區域大氣氮、磷和酸沉降研究中取得進展

2020-12-05 中國科學院

　　隨著中國經濟快速發展與能源消耗快速攀升，中國已成為全球氮沉降和酸沉降最重的區域之一；因此，如何科學地評估大氣氮沉降、酸沉降及其生態效應一直受到科學家和公眾的高度關注。在過去幾年中，中國科學院地理科學與資源研究所研究員於貴瑞帶領的研究小組採用聯網觀測與文獻數據整合併行的思路，開展了中國區域大氣氮、磷和酸沉降通量、時空格局以及影響因素的觀測與研究工作。

　　他們觀測從最初的站點（Sheng et al., 2012）、樣帶（Zhan et al., 2014），逐步拓展成基於CERN臺站為主的中國典型陸地生態系統大氣氮、磷、酸沉降聯網觀測網絡（如圖）。同時，研究小組制定了適用於聯網觀測的技術規範與操作規程，提高了數據的精度和可比性。基於實測數據，首次在全國尺度定量評估了中國區域大氣氮（溼）沉降的組分通量（Zhu et al., 2015; He et al, 2015）；並進一步觀測了中國區域磷沉降（Zhu et al., 2016a）、酸沉降（Yu et al., 2016）和重金屬沉降（Zhu et al., 2016b）。其中，中國大氣磷沉降格局是基於實測數據的磷沉降區域格局的全球首次報導。中國區域大氣溼沉降中的可溶性氮和磷的年平均沉降量分別為13.69 kg N ha–1 yr–1和0.21 kg P ha–1 yr–1，平均N:P（氮磷比）為77；基於化學計量學基本理論，首次提出不平衡的氮磷輸入可能強化生態系統磷限制效應（Zhu et al., 2016a）。

　　基於1980-2010年公開發表數據的分析表明，大氣（溼）氮沉降的全國平均值由11.11上升到13.87kg ha–1　yr–1，增加了近25%；大氣（溼）氮沉降從南方地區向西、北方向呈逐漸降低的趨勢（Jia et al., 2014）。同時，通過收集全球大氣氮幹沉降觀測數據和OMINO2柱濃度數據，基於活性氮在大氣中的化學轉化原理，他們首次建立了直接利用遙感數據和地面數據評估全球幹沉降的方法，並評估了2005-2014年全球及中國幹沉降通量的空間格局及變化趨勢（Jia et al., 2016）。研究結果表明：中國大氣氮幹沉降的年輸入總量為7.78 kg N ha–1　yr–1；其中，NO2、HNO3、NH4+、NO3–和NH3年沉降通量分別為0.67、1.15、0.28、0.07、5.61 kg N ha–1　yr–1。

　　基於聯網觀測數據，中國自然生態系統降水pH整體範圍在4.10-8.25之間，均值為6.2；硫酸根沉降量均值為115.99 kg ha–1 yr–1；硝酸根沉降量均值為32.93 kg ha–1 yr–1。酸沉降程度由北向南逐漸增加，且華南和華中地區酸沉降情況最為嚴重。此外，自然生態系統酸沉降與社會經濟發展密切相關，並受降水量調控（Yu et al., 2016）。

　　快速的工業發展和城市化過程使得人們面臨著嚴峻的大氣重金屬汙染問題。聯網觀測數據顯示：不同強度的汙染源和影響因素使得站點尺度的重金屬溼沉降通量具有較大的分布範圍；Pb、Cd和Cr的沉降通量分布範圍分別為0.06 ~ 5.80 mg m–2 yr–1，0.03 ~ 0.95 mg m–2 yr–1，0.24 ~ 2.10 mg m–2 yr–1。此外，大氣重金屬溼沉降(總量)與土壤重金屬含量具有顯著的正相關關係（Pb和Cd），這表明某一地區的人類活動導致的重金屬排放可能對於該地區各個部分（大氣、水和土壤）都有負面影響。

　　上述研究獲得國家重點基礎研究發展計劃項目（2010CB833500）、國家自然科學基金項目（31290221、31570471）、中科院戰略性先導科技專項（XDA05050600）和中科院地理資源所可楨傑出青年人才項目（2013RC102）等項目的支持。

　  相關論文：

　　1.Zhu JX, Wang QF, He NP, Smith MD,ElserJJ, Du JQ, Yuan GF, Yu GR, Yu Q. 2016. Imbalanced atmospheric nitrogen and phosphorus depositions in China: Implications for nutrient limitation. Journal of Geophysical Research-Biogeoscience, 121, doi:10.1002/2016JG003393. 論文連結 

　　2.Zhu JX, Wang QF, Yu HL, Li ML, He NP. 2016. Heavy metals deposition through rainfall in Chinese natural terrestrial ecosystems: Evidences from national-scale network monitoring. Chemosphere, 164: 128-133. 論文連結 

　  3.Yu HL, He NP, Wang QF, ZhuJX, Xu L, Zhu ZL, Yu GR. 2016. Acid deposition in precipitation of Chinese natural ecosystems: Evidences from national-scale network monitoring. Journal of Geophysical Research-Atmosphere, 121, doi: 10.1002/2015JD02441. 論文連結 

　　4.JiaYL, Yu GR, Gao YN, He NP, Wang QF, Jiao CC, Zuo Y. 2016. Global inorganic nitrogen dry deposition inferred from ground- and space-based measurements. Scientific Reports, 6:19810. 論文連結

　　5.He NP, Zhu JX, Wang QF. 2015. Uncertainty and perspectives in studies of atmospheric nitrogen deposition in China: A response to Liu et al.(2015). Science of The Total Environment, 520: 302-304. 論文連結 

　　6.Zhu JX, He NP, Wang QF, Yuan GF, Wen D, Jia YL, Yu GR. 2015. The composition, spatial patterns, and influencing factors of atmospheric nitrogen deposition in Chinese terrestrial ecosystems. Science of The Total Environment, 511: 777-785. 論文連結 

　　7.Zhan X, Yu G, He N, Jia B, Zhou M, Wang C, Zhao J, Zhao G, Wang S, Liu Y, Yan J. 2015. Inorganic nitrogen wet deposition: Evidence from the North-South Transect of Eastern China. Environmental Pollution, 204: 1-8. 論文連結

　　8.Jia YL, Yu GR, He NP, Zhan XY, Fang HJ, Sheng WP, Zuo Y, Zhang D Y, Wang Q F. 2014. Spatial and decadal variations in inorganic nitrogen wet deposition in China induced by human activity. Scientific Reports, 4, 3763. 論文連結 

　　9.Sheng WP, Yu GR, Jiang CM, Yan JH, Liu YF, Wang SL, Wang B, Zhang JH, Wang CK, Zhou M, Jia BR. 2012. Monitoring nitrogen deposition in typical forest ecosystems along a large transect in China. Environmental Monitoring and Assessment, 185: 833-844. 論文連結

 

中國大氣（溼）氮磷沉降空間分布圖

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