【国科科技港】张福锁院士团队在Science子刊发表重要研究进展

财富   2024-09-15 23:18   陕西  

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9月11日《科学》杂志旗下期刊《科学-进展》( Science Advances )在线发表了中国农业大学资源与环境学院张福锁院士团队许稳副教授课题组题为《排放控制对中国流域大气氮素水体输入的效果突显出氨减排的紧迫性》( The impact of emissions controls on atmospheric nitrogen inputs to Chinese river basins highlights the urgency of ammonia abatement )的研究论文。该研究论文系统定量了中国河流流域历史及未来的氮沉降变化趋势、酸性气体排放控制对氮沉降变化的贡献以及氮沉降对水体氮素输入负荷的影响,进一步评估农业氨排放和酸性气体协同减排对控制大气氮沉降及其对水体氮素输入的效果,强调了开展区域性农业氨排放控制的紧迫性,为流域水体氮素面源污染定量和减排提供了新思路和科学决策依据。

人类活动导致的大量活性氮排放通过大气沉降影响着陆地与水生生态系统,引起诸如水体富营养化等问题。近30多年来,中国政府推行了多项控制污染物排放的措施,例如减少氮氧化物的排放。尽管如此,中国仍然是全球大气氮沉降的重点区域之一,并且这些政策措施在控制大气氮沉降及其对水体氮输入方面的作用并不明显。为此,我们需要解决两大关键问题:一是明确人为排放的污染物以及气候变化对大气氮沉降的影响;二是理解大气直接氮沉降(直接进入水体)和大气间接氮沉降(先沉积到地面后经地表径流进入水体)对于水体中氮含量的具体影响。

研究表明,旨在减少酸性气体排放的政策在降低大气氮沉降以及由此造成的水体氮输入方面的效果有限。在过去的三十年中,研究区域内平均总氮沉降量上升了55%(图1)。从1991年到1999年,由于人为源排放引起的大气氮沉降总量增加了18.3%,而在2000年代这一数字下降了2.7%。到了2010年代,即便实行了更为严格的酸性气体排放控制政策,由人为源排放的活性氮所导致的大气氮沉降仍然增长了0.5%。这一现象主要是由于农业源氨排放占总氮沉降的比例较高(2011年达到30%),并在2019年进一步增加了7%,导致还原态氮(NHx)沉降量的增加,从而抵消了因控制酸性气体而减少的氧化态氮(NOy)沉降量(图2),使得总体氮沉降量维持在一个高水平。此外,由人为源排放导致的氮沉降以直接或间接的方式对水体氮输入的贡献平均增加了3%,其中间接氮沉降是主要的氮输入途径(图3)。

图1 1990年代至2010年代中国33个子流域大气氮沉降总量变化
图2. 2010年代相同气象条件下研究区域不同形态活性氮对大气氮沉降的贡献
图3. 不同研究年份直接和间接大气氮沉降对研究流域河流氮的输入及变化
研究利用情景模拟表明,为了实现氮沉降和水体氮污染的协同控制,需要在区域范围内减少农业氨排放。根据预测,在未来采取严格减排措施的情景下,即同步实施对酸性气体和农业氨排放的严格控制,到2050年,与2010年代相比,氮沉降量及其对水体的氮素输入将分别平均减少56%(图4)和47%(图3)。
图4. 2050年研究流域总氮沉降及其与2019年的预期变化
中国农业大学中荷农业绿色发展交叉创新型人才培养项目(AGD计划)冯思捷博士为论文第一作者,中国农业大学资源与环境学院许稳副教授为论文的通讯作者。合作者包括中国农业大学张福锁院士、刘学军教授、荷兰瓦赫宁根大学Carolien Kroeze教授、王梦茹助理教授,Maryna Strokal助理教授、英国爱丁堡大学Mathew R. Heal教授,天津大学刘学炎教授,中国海洋大学赵园红副教授。该研究得到教育部长江学者奖励计划、国家自然科学基金(42175137)、国家重点研发计划(2021YFD1700902, 2023YFD1702103)、国家留学基金委(201913043)、中国农业大学高水平团队及北京市高精尖学科项目支持。
原文链接:https://www.science.org/doi/abs/10.1126/sciadv.adp2558


来源:Ad植物微生物

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