文章题目：Quantitative assessment of benefits ans losses from the influence of atmospheric nitrogen deposition on cropland ecosystems in China
发表期刊：《Science of the Total Environment》
影响因子：8.2
第一单位：南京大学
在线日期：2024-07-29
### 研究背景
大气氮（N）沉降已成为全球氮循环的一个重要组成部分，尤其是在中国等氮排放严重的国家。氮对植物代谢至关重要，因此，氮沉降可以通过提供额外的营养源来促进作物生长。然而，过量的氮输入可能会破坏生态系统的平衡，导致土壤酸化、水体富营养化和空气污染等不利影响。因此，评估氮沉降对作物和环境的影响对于制定有效的氮污染减排措施至关重要。
先前的研究主要集中在评估氮污染的经济损失，特别是在区域范围内。然而，关于氮沉降对农业生态系统的经济影响的研究较少。中国的农田生态系统在过去十年中经历了高氮沉降，特别是在粮食主产区，如黄淮海平原和长江中下游平原。这些区域的氮沉降不仅影响作物生长，还会通过增加氮污染物的排放和温室气体排放产生经济损失。因此，有必要评估氮沉降对中国农田生态系统的全面影响，以为制定有效的氮污染控制策略提供科学依据。
### 研究目的
本研究旨在评估2020年中国农田生态系统中大气氮沉降的经济影响。通过使用净经济效益方法，研究氮沉降对作物产量、人类健康、生态系统健康及温室气体排放的影响，评估其带来的经济收益和损失。探索氮对农田生态系统的双重影响，为实现经济发展与环境保护的可持续平衡提供科学依据。
### 材料与方法
1. 氮沉降估算：利用卫星观测数据和大气化学传输模型估算2020年中国农田区域的干湿氮沉降。模型结果与中国全国氮沉降监测网络的地面测量数据高度一致。
2. 成本收益量化：使用DNDC模型量化氮沉降在农田生态系统中引发的成本和收益因素，主要包括作物吸收的氮、土壤中残留的氮、有害气体排放及径流和渗漏等。
3. 经济效益与损失分析：基于影响作物生长、氮污染物排放和温室气体排放的路径，评估氮沉降的经济效益和损失，并计算其净经济效益。
### 研究结果
研究发现，2020年氮沉降带来了约6155.3百万美元的经济收益，其中大部分来自作物增产（约4896.0百万美元）和气候效应（1259.3百万美元）。然而，氮沉降也造成了约7626.8百万美元的经济损失，主要来自对人类健康（6257.1百万美元）和生态系统健康（1063.4百万美元）的负面影响。总体而言，中国农田生态系统由于氮沉降而面临约1471.5百万美元的净经济损失。不同地区和农业区的净经济效益差异显著，其中东北平原表现出正的净效益，而长江中下游平原和黄淮海平原则面临最大损失。
本研究通过定量评估氮沉降对中国农田生态系统的经济影响，发现氮沉降在促进作物产量和气候效应方面具有一定的经济效益，但其造成的环境和健康损失超过了这些收益。研究结果为中国政府制定氮污染减排政策提供了科学依据，以实现经济发展与环境保护之间的可持续平衡。
图1.农田生态系统大气氮沉降带来的成本效益因素示意图。绿线表示氮沉降被作物吸收，给农产品带来效益；红线表示氮沉降以气体形式流失，或氮沉降对农田温室气体排放的影响，对人类健康、生态系统健康和气候（不包括N2）带来效益或损害；蓝线表示氮沉降以径流或淋溶形式流失，对人类健康和生态系统健康造成损害。此外，氮沉降对作物生长还可能产生本图未显示出来的负面影响。
图2. 中国氮沉降带来的农作物增产和气候影响的经济效益。(a)和(b)是县级农作物增产(a)和气候影响(b)带来的经济效益的空间格局。
图3. 中国氮沉降对产量和环境造成的损害成本。（a）-（d）是县级农作物减产（a）、人类健康（b）、生态系统健康（c）和气候影响（d）造成的损害成本的空间分布。
图4.2020年中国不同种植制度农田大气氮沉降的经济效益与损失成本。绿色和红色箭头分别表示经济效益和损失成本。不同颜色的数值表示相应成本效益因素产生的经济影响。
