酸沉降曾经是中国面临的最严重的区域大气污染问题,尤其是造成亚热带地区森林土壤酸化、径流氮硫淋溶增加、以及温室气体氧化亚氮排放升高。随着我们国家对二氧化硫和氮氧化物气体排放的削减,氮硫沉降比历史峰值显著下降。Mulder Jan和段雷教授团队评价了我国酸性气体减排的生态环境效益,以临界负荷为切入点深入分析了当前酸沉降面临的挑战,并提出了今后大气污染减排的研究需求。
大气硫氮沉降与二氧化硫和氮氧化物排放紧密关联,其在经历了迅速增加后开始下降,截止2018年,我国硫酸根沉降和硝酸根沉降分别比2005年和2010年历史峰值降低了69%和34%,体现了中国酸性气体排放削减取得的巨大成效。我国森林面积2.31亿公顷,森林覆盖率达23%,树冠层的同化作用增强了森林的干沉降,导致森林酸沉降高于空旷地带。南方亚热带地区的森林氮和硫沉降明显高于全国森林平均值。
亚热带森林土壤和径流氮硫淋溶对酸沉降下降反应迅速,但是土壤酸化和富营养化并未随之显著减轻。亚热带森林通常生长在高度风化和酸性的土壤上,硫酸根和硝酸根的淋溶会促进土壤中盐基阳离子的流失,最终造成土壤pH降低和对动植物有毒害效应的铝离子活化。但是与欧美温带地区相比,硫酸根吸附和硝酸根反硝化是我国亚热带森林地区缓冲土壤和地表水酸化的特有机制,高钙离子沉降也是中和酸性降水、增强土壤和地表水抗酸化能力的重要机制。氮和硫沉降下降后亚热带森林土壤的硫酸根和硝酸根淋溶迅速下降,但是土壤历史存储的硫酸根解吸显著延缓了土壤酸化速率的下降。此外,目前仍有13.5%和14.8%的国土分别面临土壤酸化和富营养化风险。
亚热带森林地区地表水硫酸根和硝酸根浓度比历史峰值明显降低,但存在约5年滞后期。土壤的硫酸根净解吸导致地表水硫酸根浓度的下降比硫沉降下降推迟了约5年,但是硫酸根净解吸量也随硫沉降下降而减少,最终趋近于0。氮沉降下降后氮固持速率迅速下降,但高氮矿化速率仍持续,进而引发的高硝酸根淋溶导致地表水硝酸根浓度延迟下降。
氧化亚氮是一种长寿命的温室气体,并是臭氧层消耗的主要污染物。热带和亚热带森林土壤的氧化亚氮排放量约占全球地表排放量的48%。高氮沉降是森林土壤氧化亚氮排放增加的重要诱因,随着氮沉降降低,亚热带森林土壤的氧化亚氮排放量也随之降低,同时受温度和湿度调节。
中国二氧化硫和氮氧化物排放量显著减少,但近十年来,氨排放和铵沉降并未发生显著变化。造成中国大部分地区森林酸沉降和氮沉降总量仍然很高,超过了土壤酸化和富营养化的临界负荷。因此,未来应该继续严控硫和氮,尤其是氨的排放。不仅对森林健康和生物多样性,而且对土壤、水质以及温室气体排放都至关重要。
Frontiers of Environmental Science & Engineering是由高等教育出版社、中国工程院和清华大学共同主办的环境领域综合学术期刊,聚焦环境领域前沿问题与研究成果,着重关注开创性、跨学科的研究,致力于打造具有国际影响力的高水平学术交流平台,是中国工程院院刊系列期刊、中国科技期刊卓越行动计划重点期刊。
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由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》(Frontiers)系列英文学术期刊,于2006年正式创刊,以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题,是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群,其中12种被SCI收录,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录,具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式,保证文章以最快速度发表。
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