氮沉降對(duì)森林土壤主要溫室氣體的影響研究

摘 要：隨著全球生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，大氣氮沉降的增加對(duì)森林溫室氣體的影響是近來生態(tài)學(xué)研究的重要課題。該文通過查閱近年來國(guó)內(nèi)外氮沉降的相關(guān)文獻(xiàn)，簡(jiǎn)單介紹了氮沉降對(duì)森林溫室氣體的影響和存在的問題，并對(duì)今后的進(jìn)一步研究工作提出展望。

關(guān)鍵詞：氮沉降；溫室氣體；影響；全球變化

中圖分類號(hào) S718 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(guó)的氮沉降現(xiàn)狀

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人口的增長(zhǎng)和化石燃料消費(fèi)的增加，大氣中的氮沉降量也相應(yīng)增長(zhǎng)[1]，過量氮的輸入對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)造成了不同程度的影響[2]。在歐洲發(fā)達(dá)的地區(qū)氮沉降高出了25kgN·HM-2·a-1。在嚴(yán)重污染的地區(qū)如荷蘭，叢林穿透雨中的氮普遍高出50kgN·HM-2·a-1。在美國(guó)的東北部，當(dāng)前氮沉降率比本底水平增進(jìn)了10～20倍[3]。我國(guó)是世界三大氮沉降集中區(qū)域之一[4]，而氮沉降的增加和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的影響生態(tài)環(huán)境的變化，越來越受到人們的關(guān)注。

2 模擬氮沉降的實(shí)驗(yàn)方法

2.1 氮模擬試驗(yàn) 創(chuàng)建樣地在不同的森林類型中，通過模擬氮沉降試驗(yàn)觀測(cè)了不同氮梯度下主要溫室氣體的通量，如在美國(guó)哈佛森林進(jìn)行的研究和在我國(guó)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(shí)間序列上揭示氮沉降對(duì)森林土壤中主要溫室氣體通量影響規(guī)律[6]。還有浙江省杭州市臨安區(qū)青山鎮(zhèn)毛竹林長(zhǎng)期研究樣地。2012年宋新章等在青山鎮(zhèn)建立了24塊樣地，并進(jìn)行了編號(hào)。每塊樣地里隨機(jī)放置6個(gè)1m×0.5m的收集框。依據(jù)我國(guó)亞熱帶地區(qū)的實(shí)際氮沉降量及增進(jìn)趨勢(shì)，氮沉降處理設(shè)置4個(gè)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(duì)比（CK，0kgN·hm-2·yr-1），每個(gè)梯度設(shè)3個(gè)樣方即3個(gè)重復(fù)，樣方之間間隔20m以上以防相互影響。根據(jù)氮處理梯度水平，每個(gè)月進(jìn)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(gè)樣方所需噴施的一定量的NH4NO3融化在10L自來水中（相當(dāng)于年增加降水0.3mm），用噴霧器噴灑在林地上。對(duì)照區(qū)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(rèn)識(shí)氮沉降對(duì)毛竹林生態(tài)系統(tǒng)的影響提供科學(xué)依據(jù)和參考。

2.2 氮沉降梯度上的定點(diǎn)試驗(yàn) 沿氮沉降梯度選擇樣地，觀測(cè)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(zhì)性的干擾。

2.3 控制N輸入試驗(yàn) 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(bǔ)充等降雨量的去離子水。該方法利用逆時(shí)間序列法推斷未來氮沉降對(duì)森林土壤主要溫室氣體通量的影響。在試驗(yàn)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(chǎn)生來源

在沒有人類活動(dòng)影響的時(shí)候，海洋、地幔和大氣中的化學(xué)反應(yīng)主要是大氣二氧化碳的源，主要匯是陸地植物?；剂先紵?、工業(yè)生產(chǎn)、人和動(dòng)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(dòng)有關(guān)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(dǎo)致二氧化碳排放量的凈增加。總之，人類活動(dòng)對(duì)二氧化碳的源和匯產(chǎn)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(zhì)的應(yīng)用，工業(yè)自身對(duì)CO2的需求量增加，望日后自產(chǎn)自銷得以實(shí)現(xiàn)。

甲烷是僅次于二氧化碳的第二大溫室氣體[10]。一般認(rèn)為大氣甲烷的增長(zhǎng)主要是人為活動(dòng)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(dòng)產(chǎn)生甲烷的過程十分復(fù)雜。包括厭氧微生物作用下的有機(jī)物分解，產(chǎn)甲烷細(xì)菌作用下的氫氣和二氧化碳反應(yīng)，乙醛的分解[11]。

第三大溫室氣體是N20，N2O對(duì)輻射的吸收波長(zhǎng)（7.78mm），它位于大氣熱傳導(dǎo)的主譜線區(qū)域（7～14mm），具有明顯的增溫效應(yīng)。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(zhǎng)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(gè)方面，其中自然源主要由閃電、平流層光化學(xué)、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(nóng)業(yè)和工業(yè)活動(dòng)的釋放[14]。

4 存在問題及展望

4.1 存在問題 雖然有關(guān)大氣氮沉降的相關(guān)研究取得了一些較大進(jìn)展，但目前尚存在以下3個(gè)方面的問題：

4.1.1 研究地區(qū)的局限性 大氣氮沉降因人類活動(dòng)的加重其影響已日益全球化。但是，目前有關(guān)氮沉降所觸及的研究位點(diǎn)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(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的溫帶地區(qū)更為普遍，而在熱帶和亞熱帶地區(qū)則鮮有報(bào)道[15-16]。從中國(guó)目前的研究，這在華北地區(qū)、東南沿海地區(qū)和一些內(nèi)陸地區(qū)更為常見，在西南和西北地區(qū)的研究較少。因此，迫切需要開展全國(guó)各地的氮沉降研究工作，從而更全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)氮沉降，共同謀求減緩氮沉降危害和全球變暖的科學(xué)對(duì)策[17-18]。

4.1.2 研究時(shí)間的局限性 氮沉降對(duì)森林土壤主要溫室氣體通量的影響始于20世紀(jì)80年代早期，距今不過30a時(shí)間，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究開始更晚[6]。因此，真正搞清楚氮沉降對(duì)森林土壤主要溫室氣體的影響及機(jī)理還有待長(zhǎng)期的進(jìn)一步持續(xù)研究。

4.1.3 技術(shù)方法的局限性 測(cè)量方法不統(tǒng)一、儀器設(shè)備不同、精度不夠?qū)е赂鞯氐难芯拷Y(jié)果之間區(qū)別較大，沒法精準(zhǔn)預(yù)算全球森林土壤主要溫室氣體通量，不利于在全球范圍內(nèi)全數(shù)考慮，創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型估算溫室氣體通量[6]。野外模擬不同強(qiáng)度氮沉降處理下溫室氣體的季節(jié)變化特征不太容易監(jiān)測(cè)。

4.2 展望 在中國(guó)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(tái)。隨著氮沉降日益嚴(yán)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(yīng)估算和模型模擬預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)參數(shù)。

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（責(zé)編：張宏民）