大气中人为成因活性氮排放过多引起空气污染，较高的大气氮沉降影响陆地生态系统的结构和功能。然而，污染区大气活性氮的来源（主要包括自然源、农业源、化石源和其它人为源）和去向（主要包括沉降前以气态被植物叶片直接吸收、沉降返回源区、向区外传输）各自占比不清，阻碍了地-气系统活性氮交换的清算以及大气活性氮减排策略制定。我院教师董玉平副教授和天津大学、中国科学院地球化学研究所刘学炎研究员等团队合作开展了系列研究，相关进展发表在《Science Bulletin》和《Global Change Biology》上。
1. 来源研究
他们系统分析了1910年以前和2000-2017年期间全球高氮排放区（北美、欧洲、东亚）的苔藓氮浓度和同位素观测数据，结合近年来他们发展的大气降水和颗粒物氮、氧同位素自上而下（top-down）反演主要氮排放源贡献的方法，实现了自然源和主要人为氮排放源（农业源：主要包括化肥施用、畜禽粪便及秸秆燃烧等；化石源：主要包括煤和石油燃烧；其它非农业-非化石燃料燃烧的人为源：主要包括生物质烹饪和取暖、城市垃圾与污水等）的贡献区分。结果显示，三大污染区农业活动的氮排放贡献（41%±7%）高于化石燃料燃烧（27%±5%），而非农业和非化石燃料燃烧的人为氮排放贡献（20%±6%）甚至都高于自然源贡献（12%±4%）（图1a）。其中，农业氨排放的贡献（50%±6%）高于化石燃料燃烧（20%±2%），而二者的氮氧化物排放贡献相当（约为1/3）。该发现为调整农业生产方式和能源结构、加强氮素管理和减排技术研发，以降低气态氮素释放、减少空气氮污染和氮沉降负面影响提供了有用的科学参考。研究成果于2026年3月25日在《Science Bulletin》在线发表。
2. 去向研究
他们构建了苔藓氮含量和氮同位素定量约束铵、硝态氮沉降通量的方法。结合区域活性氮排放总量、植物叶片对气态氨和氮氧化物的吸收速率、植被面积，估算了植物吸收和向区外传输占总氮排放的比例。结果显示，三个污染区的大气沉降、叶片吸收、向外传输平均占排放总量的69%、18%、13%，这对于掌握大气氮污染效应的过程途径以及大气氮传输的影响提供了有用的科学依据，成果以封面论文于《Global Change Biology》2026年第32卷第1期正式发表（图1b）。
图1. 北美、欧洲和东亚大气活性氮排放的（a）来源和（b）去向
总氮排放数据引自刘学炎团队前期成果（Song et al. 2021 Nature Communications和Chen et al. 2022 Nature Communications）
2005年以来，刘学炎等发展了苔藓总氮和组织硝酸根离子含量及其自然同位素组成定量示踪大气活性氮排放主要来源、铵硝态氮比例及其沉降通量的方法原理，并开展了生境、点位、城乡、省区等多尺度应用探索（Liu et al. 2007 AE, 2008 EP, 2012 ES&T, 2020 JGR-Biogeoscieces; Dong et al., 2017 EP, 2019 Catena; Huang et al. 2021 GCB; Li et al., 2024 Chemosphere; Wang et al., 2025 JPE; Deng et al., 2025 EHS），该成果是前期方法的集成性创新和多过程的尺度扩展。
上述研究致谢国家自然科学基金青年A类（42125301）和C类（42003011）等项目的资助。
论文信息：
Xue-Yan Liu*, Yu-Ping Dong (共同第一作者), Hao Huang, Zhi-Li Chen, Wei Song. Human contributions to atmospheric reactive nitrogen emissions in polluted regions. Science Bulletin, 2026. https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.03.057.
Yu-Ping Dong, Xue-Yan Liu*. Fates of atmospheric reactive nitrogen emissions from polluted regions. Global Change Biology, 2026, 32: e70664. https://doi.org/10.1111/gcb.70664.
撰稿人：董玉平
审稿人：张宝雷
