氮沉降對森林土壤主要溫室氣體的影響研究

摘 要：隨著全球生態環境的不斷惡化，大氣氮沉降的增加對森林溫室氣體的影響是近來生態學研究的重要課題。該文通過查閱近年來國內外氮沉降的相關文獻，簡單介紹了氮沉降對森林溫室氣體的影響和存在的問題，并對今后的進一步研究工作提出展望。

關鍵詞：氮沉降；溫室氣體；影響；全球變化

中圖分類號 S718 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）23-0095-2

Abstract：With the deterioration of the global ecological environment，the increase of atmospheric nitrogen deposition has become an important issue in the ecological research. Through consulting the related literature of nitrogen deposition at home and abroad in recent years，this paper briefly introduces the influence and existing problems of nitrogen deposition on forest greenhouse gas，and puts forward the prospect for further research in the future.

Key words： Nitrogen deposition；Greenhouse gas fluxes；Effects；Global change

1 全球、中國的氮沉降現狀

隨著全球經濟的快速發展、人口的增長和化石燃料消費的增加，大氣中的氮沉降量也相應增長[1]，過量氮的輸入對森林生態系統造成了不同程度的影響[2]。在歐洲發達的地區氮沉降高出了25kgN·HM-2·a-1。在嚴重污染的地區如荷蘭，叢林穿透雨中的氮普遍高出50kgN·HM-2·a-1。在美國的東北部，當前氮沉降率比本底水平增進了10～20倍[3]。我國是世界三大氮沉降集中區域之一[4]，而氮沉降的增加和社會經濟發展造成的影響生態環境的變化，越來越受到人們的關注。

2 模擬氮沉降的實驗方法

2.1 氮模擬試驗 創建樣地在不同的森林類型中，通過模擬氮沉降試驗觀測了不同氮梯度下主要溫室氣體的通量，如在美國哈佛森林進行的研究和在我國鼎湖山模擬氮沉降樣地等都采用了這種方法[5-6]，施N種類以NHNO3、NHC1等為主，該方法易于在時間序列上揭示氮沉降對森林土壤中主要溫室氣體通量影響規律[6]。還有浙江省杭州市臨安區青山鎮毛竹林長期研究樣地。2012年宋新章等在青山鎮建立了24塊樣地，并進行了編號。每塊樣地里隨機放置6個1m×0.5m的收集框。依據我國亞熱帶地區的實際氮沉降量及增進趨勢，氮沉降處理設置4個梯度：低氮（L，30kgN·hm-2·yr-1）、中氮（M，60kgN·hm-2·yr-1）、高氮（H，90kgN·hm-2·yr-1）和對比（CK，0kgN·hm-2·yr-1），每個梯度設3個樣方即3個重復，樣方之間間隔20m以上以防相互影響。根據氮處理梯度水平，每個月進行模擬氮沉降噴施一次，每年12次。具體方法為：每月月初將每個樣方所需噴施的一定量的NH4NO3融化在10L自來水中（相當于年增加降水0.3mm），用噴霧器噴灑在林地上。對照區噴灑等量的水，但不含氮，以減輕不同加水量的影響[7]，以期為全面認識氮沉降對毛竹林生態系統的影響提供科學依據和參考。

2.2 氮沉降梯度上的定點試驗 沿氮沉降梯度選擇樣地，觀測不同梯度氮沉降程度下森林土壤主要溫室氣體通量的變化量[6]。這種方法可以減輕因人為因素而造成的的干擾[6]，但很難排除樣地異質性的干擾。

2.3 控制N輸入試驗 一般采用大棚隱蔽法去除N沉降物，為了減輕降水造成的影響，有必要人工補充等降雨量的去離子水。該方法利用逆時間序列法推斷未來氮沉降對森林土壤主要溫室氣體通量的影響。在試驗過程中，人為干擾較大[6]，誤差不易控制。

3 CO2、CH4、N2O 3種溫室氣體的特性、產生來源

在沒有人類活動影響的時候，海洋、地幔和大氣中的化學反應主要是大氣二氧化碳的源，主要匯是陸地植物。化石燃料燃燒、工業生產、人和動物的呼吸、陸地植被的破壞和生物體的燃燒主要是與人類活動有關的大氣二氧化碳的源[8-9]。其中最為主要的是化石燃料的燃燒。還有土地的使用導致二氧化碳排放量的凈增加。總之，人類活動對二氧化碳的源和匯產生了越來越明顯的影響。大量二氧化碳的吸收越來越受到人們的重視。其中植物的光合作用和海洋的吸收是最主要的匯。如今，由于其多種性質的應用，工業自身對CO2的需求量增加，望日后自產自銷得以實現。

甲烷是僅次于二氧化碳的第二大溫室氣體[10]。一般認為大氣甲烷的增長主要是人為活動引起的，但不能排除大氣污染的減少。生物圈是大氣甲烷的重要來源之一。生物活動產生甲烷的過程十分復雜。包括厭氧微生物作用下的有機物分解，產甲烷細菌作用下的氫氣和二氧化碳反應，乙醛的分解[11]。

第三大溫室氣體是N20，N2O對輻射的吸收波長（7.78mm），它位于大氣熱傳導的主譜線區域（7～14mm），具有明顯的增溫效應。其紅外吸收能力約為CO2的200倍，是CH4的4倍，且大氣中的N2O每年增長約0.3%[12-13]，增溫潛力很高，此外它還可以破壞大氣層中的臭氧層。N2O的來源于自然和人為2個方面，其中自然源主要由閃電、平流層光化學、泥土和海洋釋放以及自然燃燒釋放等方面造成的；人為源是指化石燃料的燃燒，以及人類農業和工業活動的釋放[14]。

4 存在問題及展望

4.1 存在問題 雖然有關大氣氮沉降的相關研究取得了一些較大進展，但目前尚存在以下3個方面的問題：

4.1.1 研究地區的局限性 大氣氮沉降因人類活動的加重其影響已日益全球化。但是，目前有關氮沉降所觸及的研究位點還不夠全面。從全球的角度來看，氮沉降的研究在北美洲和歐洲等經濟發達的溫帶地區更為普遍，而在熱帶和亞熱帶地區則鮮有報道[15-16]。從中國目前的研究，這在華北地區、東南沿海地區和一些內陸地區更為常見，在西南和西北地區的研究較少。因此，迫切需要開展全國各地的氮沉降研究工作，從而更全面系統的認識氮沉降，共同謀求減緩氮沉降危害和全球變暖的科學對策[17-18]。

4.1.2 研究時間的局限性 氮沉降對森林土壤主要溫室氣體通量的影響始于20世紀80年代早期，距今不過30a時間，國內相關研究開始更晚[6]。因此，真正搞清楚氮沉降對森林土壤主要溫室氣體的影響及機理還有待長期的進一步持續研究。

4.1.3 技術方法的局限性 測量方法不統一、儀器設備不同、精度不夠導致各地的研究結果之間區別較大，沒法精準預算全球森林土壤主要溫室氣體通量，不利于在全球范圍內全數考慮，創建數學模型估算溫室氣體通量[6]。野外模擬不同強度氮沉降處理下溫室氣體的季節變化特征不太容易監測。

4.2 展望 在中國有許多森林類型，而且是世界上最豐富的森林類型，這些為氮沉降的研究提供了良好的平臺。隨著氮沉降日益嚴重的情況下，有必要盡快開展這方面的研究，可為全球變化潛在效應估算和模型模擬預測提供基礎數據和技術參數。

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（責編：張宏民）