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近几十年来,人类活动(例如快速城市化、化石燃料的大量使用、农业施肥和牲畜养殖等)产生了大量的活性氮,而这些活性氮又大部分以干湿沉降的方式进入陆地生态系统。长期高水平的氮沉降输入,极大地改变了陆地生态系统氮循环过程,进而影响了陆地生态系统的碳收支、生物多样性、温室气体排放、以及土壤和水体酸化等等。因此,准确量化大气氮沉降通量及其时空变化趋势,理解大气氮沉降的驱动因素,认识大气氮沉降的潜在生态效应将有助于加强对碳氮耦合过程的理解,为全球气候变化背景下的生态系统碳平衡研究、生态系统碳氮管理和活性氮排放污染控制提供科学依据。 本论文基于中国大气湿沉降观测网络(China Wet Deposition Observation Network,ChinaWD)的实测数据(2013-2017年)和历史文献的氮沉降数据(1979-2015),揭示了中国区域大气氮湿沉降的现状、时间动态、空间格局和影响因素,探讨了大气氮湿沉降组分变化的潜在生态效应。同时,结合森林群落结构调查数据和植物不同器官碳氮含量数据,基于化学计量平衡原理估算了中国典型森林大气氮湿沉降引起的森林固碳效应,探讨了氮素利用效率的纬度变异。获得的主要结果如下: 1)由于中国区域经济发展的不平衡,考虑面积权重的加权方法和克里金插值是较为适合全国尺度的大气氮沉降通量估算的方法。与上述两种方法相比,运用站点观测值的直接算数平均会对中国大气氮湿沉降高估40%左右。然而,不同方法所造成的差异主要体现在中国大气氮沉降通量水平,而对年际动态的影响相对较小。 2)基于中国区域联网观测的2013-2017年数据表明,无机氮沉降年平均通量约为8.9±5.8kgN ha-1yr-1。铵态氮是目前中国大气氮湿沉降中的主要组分,铵硝比约为1.3。此外,大气氮湿沉降通量在年际间(5年内)的差异不显著。高氮沉降区主要出现在了中国的华中以及华南区,而在西北、东北、内蒙、青藏等生态区的大气氮素沉降量相对较小。 3)基于1979-2015年文献收集数据的分析,中国区域大气氮湿沉降中铵态氮呈现先缓慢增加后开始下降的趋势,而硝态氮则在急剧的增加,铵硝比急剧降低。由于不同的氮沉降组分(NHa+versus NO3)在进入生态系统后的吸收、转化与分配过程与机理存在明显差异,因此,中国氮沉降的组分变化可能会对陆地生态系统的物种组成、土壤酸化和温室气体等都将产生影响,需要引起高度重视。 4)降水、氮肥施用量、牲畜养殖数量和能源消耗量是影响大气氮湿沉降时空变异的主要因素,能够共同解释氮湿沉降量约67%的空间变异和83%的时间变异。 5)大气氮湿沉降引起的中国东部森林的固碳速率(CSRN)平均值为231kg Cha-1yr-1,大约占NPP比重的2.1%,占NEP比重的4.6%。大气氮沉降的生态系统氮素利用效率(NUE)变化范围为9.6-27.7kgC kg-1N,且呈现出随着纬度增加而显著增加的纬向变异规律。