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大氣磷的幹濕沈降:全球空間分布和長期變化趨勢

  磷是植物生長不可或缺的重要養分,其供給能力直接影響植被生産力。傳統觀點認爲生態系統普遍缺氮,增加氮投入會提高生産力;而最新研究發現,全球只有18%的陸地面積受氮限制,磷限制的區域卻高達43%。在全球652個野外樣地開展的控制實驗發現,磷添加可使自然植被增産35%,高于農田施用磷肥的效果(增産僅14%)。隨著人類活動加劇,大氣沈降輸入的可利用性磷大幅增加,將直接影響生態系統的碳彙功能。

  基于觀測數據整合分析,過去估算的全球大氣磷沈降爲0.27kgha-1yr-1(n=253),但大氣模式輸出的磷沈降僅爲觀測值的1/4;後續研究通過增加燃燒源的排放,大幅提升了磷沈降的模擬結果,但與觀測數值還有一定差距。此外,過去估算全球磷沈降的基礎數據主要來自歐美地區,空間分布極不平衡,亞洲觀測數據僅占3.2%,影響了對全球大氣磷沈降及其生態效應的整體認識。
  鉴于此,中國科學院大气物理研究所研究员潘月鹏课题组系统梳理了1959-2020年全球大气磷沉降资料,特别是增加了1981以来中文期刊发表的数据,使得研究样本增加到396个(图1),其中亚洲数据本占比23.4%,观测资料在全球的覆盖度和均匀性都得到了优化(图2)。
  研究發現,全球大氣磷沈降量的幾何均值爲0.34kgha-1yr-1,折算爲全球大氣磷庫約4.4Tgyr-1,顯著高于以往的估算結果。造成這種差異的主要原因是,亞洲和歐洲大氣磷沈降在近20年呈現出顯著上升趨勢(與1959–2000年相比,圖3)。進一步分析發現,大氣磷沈降增加的主要影響因素是農業活動、沙塵傳輸和燃燒源排放。在碳中和背景下,隨著清潔空氣行動計劃的深入實施,大氣磷沈降的途徑和形態將發生怎樣的變化,又將如何影響生態系統結構和功能(如碳彙),是值得進一步探討的科學問題。
  文章链接: Yuepeng Pan*, Bowen Liu, Jing Cao, Jin Liu, Shili Tian, Enzai Du, Enhanced atmospheric phosphorus deposition in Asia and Europe in the past two decades, Atmospheric and Oceanic Science Letters, 2021, https://doi.org/10.1016/j.aosl.2021.100051
圖1:全球大氣磷沈降觀測點位置(n=396)及生態系統氮或磷限制格局
圖2:全球大氣磷沈降的空間格局(1959-2020)
圖3:歐洲和亞洲大氣磷沈降在近20年出現上升趨勢
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