科研进展

AOSL: 大气磷的干湿沉降:全球空间分布和长期变化趋势

  磷是植物生长不可或缺的重要养分,其供给能力直接影响植被生产力。传统观点认为生态系统普遍缺氮,增加氮投入会提高生产力;而最新研究发现,全球只有18%的陆地面积受氮限制,磷限制的区域却高达43%。在全球652个野外样地开展的控制实验发现,磷添加可使自然植被增产35%,高于农田施用磷肥的效果(增产仅14%)。随着人类活动加剧,大气沉降输入的可利用性磷大幅增加,将直接影响生态系统的碳汇功能。

  基于观测数据整合分析,过去估算的全球大气磷沉降为0.27kgha-1yr-1(n=253),但大气模式输出的磷沉降仅为观测值的1/4;后续研究通过增加燃烧源的排放,大幅提升了磷沉降的模拟结果,但与观测数值还有一定差距。此外,过去估算全球磷沉降的基础数据主要来自欧美地区,空间分布极不平衡,亚洲观测数据仅占3.2%,影响了对全球大气磷沉降及其生态效应的整体认识。
  鉴于此,中国科学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)。
  研究发现,全球大气磷沉降量的几何均值为0.34kgha-1yr-1,折算为全球大气磷库约4.4Tgyr-1,显著高于以往的估算结果。造成这种差异的主要原因是,亚洲和欧洲大气磷沉降在近20年呈现出显著上升趋势(与1959–2000年相比,图3)。进一步分析发现,大气磷沉降增加的主要影响因素是农业活动、沙尘传输和燃烧源排放。在碳中和背景下,随着清洁空气行动计划的深入实施,大气磷沉降的途径和形态将发生怎样的变化,又将如何影响生态系统结构和功能(如碳汇),是值得进一步探讨的科学问题。
  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
图1:全球大气磷沉降观测点位置(n=396)及生态系统氮或磷限制格局
图2:全球大气磷沉降的空间格局(1959-2020)
图3:欧洲和亚洲大气磷沉降在近20年出现上升趋势
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