中国工业氮通量快速增长的驱动力及其影响

人类活动通过增加工业氮(不包括肥料氮)输入、活性氮多样性及活性氮库容量,正强烈地改变着全球氮循环.然而,目前还缺乏对工业氮通量、去向及其环境效应的理解.本研究发现,中国工业氮通量近30年来增加了13.4倍,2008年达到3.7TgN(1Tg=1012g),已超过全国食物氮通量的50%.社会经济发展(人均GDP、城市化以及家庭规模大小)显著驱动了工业氮通量的变化,致使中国高工业氮通量区域主要出现在东部发达地区.工业氮生产过程中的氮流失率仅为5%,远低于农田(约为50%)和养殖(80%).但是,工业氮流失属点源污染,高浓度的点释放给局部环境带来较大危害.中国工业氮组成中,生命周期一年以上的结构性氮产品(如合成纤维和塑料)占全部工业氮产品的比例从1980年的20%增加到2008年的70%左右.2008年新增2.6TgN结构性氮产品,这些结构性氮积累在人类居住区,可能是人为源氮输入(主要为Haber-Bosch固氮)未知氮汇的解释之一.虽然结构性氮滞缓了活性氮的释放,但是其积累过程带来的滞留效应对环境和人类健康存在长期的影响.此外,工业氮循环为现代全球氮的生物地球化学循环增添了新的特征,如增加了活性氮的种类,降低了活性氮的周转率等,未来需要将工业氮整合到地球系统的动态模拟中.工业氮循环的通量及其环境效应的整合分析将为决策者制定区域可持续发展战略提供全新的认识.