Nature发表张福锁教授团队论文 揭示我国30年来氮沉降
中国农业大学,2013年02月21日,何志勇
2月20日，《自然》（Nature）网站在线发表了我校资环学院刘学军教授、张福锁教授等有关中国氮沉降的研究论文“Enhanced nitrogen deposition over China” （中国氮沉降显著增加）。该论文系统揭示了过去30年来我国氮沉降动态及其与人为活性氮排放的关系，杂志纸制版将于2月28日正式出版。
氮素沉降是指大气中活性氮化合物通过降雨降尘等途径降落到地表的过程，它既是大气活性氮污染的一种清除机制，又是全球氮素生物地球化学循环的重要环节，也是陆地和水生态系统氮素养分的重要来源。大气中活性氮的浓度、形态与沉降通量不仅是影响空气质量的重要指标，而且是影响陆地和水生态系统功能的重要因素。一方面，农田施肥（含氮化肥或有机肥）不合理、养殖场畜禽粪便管理不佳、燃煤、汽车尾气排放等都会增加人为活性氮向大气排放，这些气体及通过次生反应形成的气溶胶/细颗粒物(如PM2.5)导致空气质量下降或大气污染；另一方面，从大气沉降到陆地和水生态系统的活性氮数量和形态也将影响生态系统的稳定性及功能，因而一直受到各国政府、科学家和环保组织的高度关注。多年来，我国在区域大尺度上开展人为活性氮排放与沉降的长期系统研究还非常有限，缺乏氮素沉降动态、效应及其与人为活性氮排放关系的直接证据。
自从上世纪90年代后期开始，该研究小组依托国家973、国家自然科学基金和中德国际合作等科研课题，在开展华北平原农田系统氮素去向研究的同时，启动了大气氮素沉降研究工作。通过国内外相关单位的合作，逐步建立了一个由50多个监测站点组成的基本覆盖全国的大气氮素沉降监测网，开展了较为系统的活性氮沉降综合研究。经过十多年的连续工作，积累了大量氮素沉降的科学数据。在此基础上，进一步收集了自1980年以来国内外公开发表的大量有关中国氮素沉降的文献数据、植物叶片氮含量数据和长期定位试验无氮区作物吸氮量数据等，构建了中国氮素沉降通量及相关参数的大样本数据库。
研究结果表明，从1980年至2010年中国陆地生态系统氮素沉降显著升高，从1980年代每公顷年均13.2公斤氮增至2000年代21.1公斤氮，增幅约8公斤/公顷，比1980年代高60%；并以人口相对密集和农业集约化程度更高的中东部地区（华北、东南和西南）的氮素沉降量和年增幅显著高于人口密度相对较低和氮肥及其他人为活性氮排放相对较低的东北、西北和青藏高原地区。目前我国中东部地区（尤其是华北平原）的氮素沉降量已经高于北美任何地区氮素沉降量，与西欧上世纪80年代（采取大气活性氮减排措施/政策之前）氮沉降高峰时的数量相当。研究还发现，从1980年代至2000年代，同样在长期不施氮肥条件下农田生态系统水稻、小麦和玉米三大粮食作物的吸氮量平均增加16%，而非农田生态系统木本、草本和所有物种的叶片含氮量平均增加33%；而同时期的植物叶片含磷量没有发生显著改变，指示土壤环境保持相对稳定，氮素增加主要来自大气沉降。
该小组的研究结果还表明，中国氮素沉降的增加主要受氮肥、畜牧业等农业源和工业、交通源等非农业源活性氮排放的影响。目前主要来自农业源氨排放的铵态氮沉降是氮素沉降的主体，占总沉降量的2/3左右，氮肥的直接排放（农田）和间接排放（养殖场畜禽粪便等）是铵态氮沉降的主要贡献者；而以来自非农业源（燃煤和汽车尾气等化石能源燃烧）氮氧化物排放为主的硝态氮沉降约占总沉降量的1/3，硝态氮在沉降中的比例已经从1980年代的1/6增至1/3，说明来自非农业源的排放增速更快。
这一研究成果揭示了过去30年（1980-2010年），我国出现了区域性大气活性氮污染、氮素沉降以及农田与非农田生态系统“氮富集”加剧的现象；中国氮素沉降的显著升高与氮肥施用（农田不合理施氮及畜禽粪便等管理）和化石能源消费大幅度增加所导致的人为活性氮排放有密切关系；实现氮肥和畜牧业等农业源氨的减排是当前中国控制氮素沉降的主要立足点，同时，大幅度减少各种化石能源等非农业源活性氮的排放已越来越迫切。
鉴于该文的重要意义，Nature杂志专门邀请国际氮素联合会(International Nitrogen Initiative, INI)主席、英国生态与水文中心著名氮问题专家Mark Sutton教授及其同事在同期的Nature杂志上写了一篇题为“The shape of nitrogen to come”（氮素未来发展方向）评论文章，详细介绍了该文的背景、意义及其与全球氮素挑战之间的关系。
自上世纪90年代以来，张福锁教授领导的科研团队一直从事农业资源利用及其环境效应的基础与应用研究工作，取得了一系列重要成果。不仅在植物高效利用养分的根际调控机理、氮素循环利用与环境、以及高产高效土壤-作物系统综合管理理论与技术等方面取得了重大进展，先后于2007、2009、2011在《美国科学院院刊》(PNAS)，2010年在《科学》（Science）、2013年在Nature等杂志上发表一系列重要研究成果，而且，该团队立足国家重大需求、在农业生产实践中开展作物高产、资源高效（双高）应用研究和技术集成示范，利用正在实施的测土配方施肥、土壤有机质提升工程及高产创建等国家行动，深入生产第一线，创建扎根农村、服务农民的“科技小院”技术创新与示范新模式，推动“双高”技术在生产中大范围传播与应用，不断探索在生产实践中发现问题、解决问题的同时开展深入研究，在国际上发表一流成果的新途径，实现把科学研究、解决生产问题、培养人才和社会服务有效融合的新目标。
