观测与模式研究青藏高原高寒生态系统对大气氮沉降增加的响应

工业革命以来人类活动向大气释放的活性氮持续增加，而全球多个冰芯记录却显示大气中NH4+含量自80年代以来下降。我们怀疑这个矛盾是自然生态系统对气候变化响应的结果，即人类排放的活性氮或被自然植被吸收，或在反硝化作用下以非活性氮（N2，N2O）形式进入大气。为了对比当前大气外源氮输入水平和高寒生态系统吸收/转化能力，本研究拟（1）在青藏高原腹地5个野外台站进行大气氮沉降背景观测以确定现时活性氮输入水平；（2）在高寒草甸草原进行"N施肥试验"以量化生态系统"库"和"流"对外源氮输入的响应，用于改进动态碳氮耦合模式（DyN-LPJ）对外源氮输入的反馈模拟；（3）校正并运行大气化学与传输模式计算青藏高原大气氮沉降的空间分布，用此结果驱动DyN-LPJ，最终量化生态系统吸收和通过反硝化作用进入大气的相对水平。这有助于正确评估在全球变化条件下，青藏高原高寒生态系统是否能够持续吸收人类活动释放的活性氮。

为了正确评估在全球变化条件下，青藏高原高寒生态系统是否能够持续吸收人类活动释放的活性氮，本项研究的主要目的在于对比青藏高原当前大气外源氮输入水平和高寒生态系统对外源氮的吸收/转化能力：（1）在青藏高原腹地5 个野外台站进行大气氮沉降背景观测，明确了青藏高原所接受的大气氮沉降总量约为0.35-0.70TgN（或者1.58-3.16kg N ha-1yr-1）左右。并用上述观测对比检验了大气化学机理模式的模拟结果。（2）多梯度大气氮沉降水平野外实验也表明在10kgNha-1yr-1的氮沉降条件下，高寒草原至少能吸收其中的40%，如根据青藏高原的总面积直接上推，整个高原的吸收能力大约为1TgN。随着模拟大气氮沉降的增加，高寒草原的吸收能力减弱，在40kgNha-1yr-1的大气氮沉降条件下达到最低，生态系统出现氮饱和。（3）在已初步建立的动态氮循环模式（DyN-LPJ）基础上加入了大气氮沉降的干湿沉降模拟过程。模式模拟结果显示在大气CO2增加和气候变化背景下，青藏高原陆地生态系统的外源需氮量增量大约为0.667TgN。青藏高原目前接受的大气氮沉降，优先进入陆地生态系统的有机氮库。