氮沉降对森林土壤主要温室气体的影响研究

摘 要：随着全球生态环境的不断恶化，大气氮沉降的增加对森林温室气体的影响是近来生态学研究的重要课题。该文通过查阅近年来国内外氮沉降的相关文献，简单介绍了氮沉降对森林温室气体的影响和存在的问题，并对今后的进一步研究工作提出展望。

关键词：氮沉降；温室气体；影响；全球变化

中图分类号 S718 文献标识码 A 文章编号 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、中國的氮沉降现状

随着全球经济的快速发展、人口的增长和化石燃料消费的增加，大气中的氮沉降量也相应增长[1]，过量氮的输入对森林生态系统造成了不同程度的影响[2]。在欧洲发达的地区氮沉降高出了25kgN·HM-2·a-1。在严重污染的地区如荷兰，丛林穿透雨中的氮普遍高出50kgN·HM-2·a-1。在美国的东北部，当前氮沉降率比本底水平增进了10～20倍[3]。我国是世界三大氮沉降集中区域之一[4]，而氮沉降的增加和社会经济发展造成的影响生态环境的变化，越来越受到人们的关注。

2 模拟氮沉降的实验方法

2.1 氮模拟试验 创建样地在不同的森林类型中，通过模拟氮沉降试验观测了不同氮梯度下主要温室气体的通量，如在美国哈佛森林进行的研究和在我国鼎湖山模拟氮沉降样地等都采用了这种方法[5-6]，施N种类以NHNO3、NHC1等为主，该方法易于在时间序列上揭示氮沉降对森林土壤中主要温室气体通量影响规律[6]。还有浙江省杭州市临安区青山镇毛竹林长期研究样地。2012年宋新章等在青山镇建立了24块样地，并进行了编号。每块样地里随机放置6个1m×0.5m的收集框。依据我国亚热带地区的实际氮沉降量及增进趋势，氮沉降处理设置4个梯度：低氮（L，30kgN·hm-2·yr-1）、中氮（M，60kgN·hm-2·yr-1）、高氮（H，90kgN·hm-2·yr-1）和对比（CK，0kgN·hm-2·yr-1），每个梯度设3个样方即3个重复，样方之间间隔20m以上以防相互影响。根据氮处理梯度水平，每个月进行模拟氮沉降喷施一次，每年12次。具体方法为：每月月初将每个样方所需喷施的一定量的NH4NO3融化在10L自来水中（相当于年增加降水0.3mm），用喷雾器喷洒在林地上。对照区喷洒等量的水，但不含氮，以减轻不同加水量的影响[7]，以期为全面认识氮沉降对毛竹林生态系统的影响提供科学依据和参考。

2.2 氮沉降梯度上的定点试验 沿氮沉降梯度选择样地，观测不同梯度氮沉降程度下森林土壤主要温室气体通量的变化量[6]。这种方法可以减轻因人为因素而造成的的干扰[6]，但很难排除样地异质性的干扰。

2.3 控制N输入试验 一般采用大棚隐蔽法去除N沉降物，为了减轻降水造成的影响，有必要人工补充等降雨量的去离子水。该方法利用逆时间序列法推断未来氮沉降对森林土壤主要温室气体通量的影响。在试验过程中，人为干扰较大[6]，误差不易控制。

3 CO2、CH4、N2O 3种温室气体的特性、产生来源

在没有人类活动影响的时候，海洋、地幔和大气中的化学反应主要是大气二氧化碳的源，主要汇是陆地植物。化石燃料燃烧、工业生产、人和动物的呼吸、陆地植被的破坏和生物体的燃烧主要是与人类活动有关的大气二氧化碳的源[8-9]。其中最为主要的是化石燃料的燃烧。还有土地的使用导致二氧化碳排放量的净增加。总之，人类活动对二氧化碳的源和汇产生了越来越明显的影响。大量二氧化碳的吸收越来越受到人们的重视。其中植物的光合作用和海洋的吸收是最主要的汇。如今，由于其多种性质的应用，工业自身对CO2的需求量增加，望日后自产自销得以实现。

甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体[10]。一般认为大气甲烷的增长主要是人为活动引起的，但不能排除大气污染的减少。生物圈是大气甲烷的重要来源之一。生物活动产生甲烷的过程十分复杂。包括厌氧微生物作用下的有机物分解，产甲烷细菌作用下的氢气和二氧化碳反应，乙醛的分解[11]。

第三大温室气体是N20，N2O对辐射的吸收波长（7.78mm），它位于大气热传导的主谱线区域（7～14mm），具有明显的增温效应。其红外吸收能力约为CO2的200倍，是CH4的4倍，且大气中的N2O每年增长约0.3%[12-13]，增温潜力很高，此外它还可以破坏大气层中的臭氧层。N2O的来源于自然和人为2个方面，其中自然源主要由闪电、平流层光化学、泥土和海洋释放以及自然燃烧释放等方面造成的；人为源是指化石燃料的燃烧，以及人类农业和工业活动的释放[14]。

4 存在问题及展望

4.1 存在问题 虽然有关大气氮沉降的相关研究取得了一些较大进展，但目前尚存在以下3个方面的问题：

4.1.1 研究地区的局限性 大气氮沉降因人类活动的加重其影响已日益全球化。但是，目前有关氮沉降所触及的研究位点还不够全面。从全球的角度来看，氮沉降的研究在北美洲和欧洲等经济发达的温带地区更为普遍，而在热带和亚热带地区则鲜有报道[15-16]。从中国目前的研究，这在华北地区、东南沿海地区和一些内陆地区更为常见，在西南和西北地区的研究较少。因此，迫切需要开展全国各地的氮沉降研究工作，从而更全面系统的认识氮沉降，共同谋求减缓氮沉降危害和全球变暖的科学对策[17-18]。

4.1.2 研究時间的局限性 氮沉降对森林土壤主要温室气体通量的影响始于20世纪80年代早期，距今不过30a时间，国内相关研究开始更晚[6]。因此，真正搞清楚氮沉降对森林土壤主要温室气体的影响及机理还有待长期的进一步持续研究。

4.1.3 技术方法的局限性 测量方法不统一、仪器设备不同、精度不够导致各地的研究结果之间区别较大，没法精准预算全球森林土壤主要温室气体通量，不利于在全球范围内全数考虑，创建数学模型估算温室气体通量[6]。野外模拟不同强度氮沉降处理下温室气体的季节变化特征不太容易监测。

4.2 展望 在中国有许多森林类型，而且是世界上最丰富的森林类型，这些为氮沉降的研究提供了良好的平台。随着氮沉降日益严重的情况下，有必要尽快开展这方面的研究，可为全球变化潜在效应估算和模型模拟预测提供基础数据和技术参数。

参考文献

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（责编：张宏民）