氮沉降是大气中的含氮化合物以干、湿沉降形式降落到陆地和水体中的过程，它是连接大气污染与陆地生态系统退化的重要桥梁。过量的氮沉降会引发土壤酸化、水体富营养化、生物多样性丧失等一系列连锁效应。中国作为全球最大的氮沉降热点区，了解其变化对维持生态系统的功能和可持续性至关重要。研究团队整合了全国氮沉降监测网络（NNDMN）的实测数据与模型模拟结果，系统揭示了中国活性氮沉降从排放到沉降、从生态效应到政策响应的完整图景。

    一、变化趋势：总量达峰后回落，化学形态格局逆转

    中国活性氮沉降总量从1980年起持续以每年3%至5%的速率增长，至2010至2012年间达到峰值—每年约1640万吨氮（约16.4 Tg N yr⁻¹）。此后，随着《大气污染防治行动计划》等政策的实施和工业源氮氧化物排放的严格管控，到2020年全国总氮沉降量降至每年1330万吨氮（约13.3 Tg N yr⁻¹）。然而，总量下降的背后，沉降的化学形态发生了根本性的结构逆转。氮氧化物沉降在此期间下降了30%-40%，但农业来源的氨氮沉降仅在2015年后出现微弱下降。至2020年，氨氮已占中国总氮沉降的60%-70%。这一格局逆转意味着中国氮沉降的核心矛盾已从"工业与农业并重"转变为"农业氨氮主导"。从空间分布看，氮沉降热点高度集中于中国东部人口密集、工农业发达的区域。华北平原、长江中游和四川盆地是氨氮沉降的主要集聚区。城市监测点的年均总氮沉降通量高达47.8 kg N/ha，农村地区为39.3 kg N/ha，而背景区域则低于10 kg N/ha。

    二、驱动机制：排放削减主导，气象变化调节

    中国境内的氮沉降有90%-95%来自国内排放源，境外输入仅占5%-10%。氨沉降对氨排放变化高度敏感，这源于氨在大气中较短的生命周期。2005至2015年间二氧化硫排放的大幅削减意外延长了氨在大气中的寿命—减缓了氨向铵盐颗粒物的转化速率约15%-25%，从而促进了氨的远距离输送并改变了沉降的空间格局。湿沉降与降水量呈强线性相关，小雨事件频率的减少和大雨事件频率的增加，改变了大气活性氮的冲刷效率。在气候变暖背景下，氨挥发加剧、生态系统氮截留能力变化等过程，正在重塑氮沉降的未来轨迹。未来气候情景（SSP2-4.5和SSP5-8.5）下，预计至2050年中国气温将上升1.5-2.0°C，降水量将增加13%-17%。在排放驱动的控制情景下，全国氮沉降总量预计将下降30%-50%，其中氮氧化物沉降降幅（40%-60%）将大于氨沉降降幅（20%-40%）。氨氮将继续主导沉降格局，至2050年占比将超过70%。然而，未来氨排放和氨沉降的演变仍存在极大的不确定性。研究团队指出一个"自挫性循环"：继续削减二氧化硫和氮氧化物排放反而会延长气态氨的大气寿命，进而增加氨的干沉降。这一反馈机制凸显了政策转向的紧迫性—未来的氮沉降及其生态影响将由氨主导，这要求制定专门针对农业排放的差异化策略。

    三、生态系统影响：酸化、富营养化与生物多样性丧失的三重危机

    （1）土壤酸化是最直接的后果之一。铵态氮的硝化作用和硝态氮的淋溶过程持续产生质子，加速了土壤酸化。中国南方和中部高氮沉降地区的表土pH值每年下降0.004至0.013个单位。森林生态系统，尤其是阔叶林，因其较低的盐基阳离子保留能力而尤为脆弱；草地生态系统对高氮负荷高度敏感，酸化程度显著强于湿地或农田。相比之下，中国北方和西部富含碳酸钙的碱性土壤对酸化表现出较强的缓冲能力。

    （2）水体富营养化的影响同样触目惊心。自1980年代以来，氮沉降对中国内陆水体的氮输入翻了一番，贡献了水体总氮负荷的20%至30%。在太湖流域，大气氮沉降贡献了水体总氮负荷的三分之一；在巢湖，这一比例约为四分之一。过量氮输入直接刺激了浮游植物（包括有害蓝藻）的增殖，藻类死亡分解过程大量消耗溶解氧，形成缺氧"死亡区"，严重威胁水生生态系统的结构与功能。

    （3）生物多样性承受着持续的侵蚀。长期氮添加实验表明，中国高寒草甸和温带草地的物种丰富度下降了20%至35%，稀有物种在竞争中率先被淘汰。土壤线虫的丰度和α多样性分别下降了18%至23%，稀有类群的损失最为严重。氮驱动的同质化正在重塑生态系统结构——温带草地从多物种共占优势转向单一物种主导，高寒草甸的禾草和莎草生物量增加，但杂类草多样性下降。

    （4）陆地碳汇的变化则呈现两面性：在氮受限的北方森林中，适度氮沉降促进了净初级生产力的非线性增长，但高氮负荷反而抑制了土壤异养呼吸；而在氮饱和的亚热带森林中，持续氮输入加速了土壤酸化并加剧了盐基阳离子缺乏，尽管植物通过提高蒸腾速率部分维持了叶片养分需求。

    四、临界负荷：15%国土面积仍处于风险之中

    "临界负荷"指生态系统能够承受而不产生显著有害影响的最大氮沉降量。利用稳态质量平衡模型及其扩展方法，绘制了中国高分辨率（1公里×1公里）的氮临界负荷地图。结果显示，自2000年代初以来，中国经历了大范围的临界负荷超标，特别是在年均氮沉降经常超过20 kg N/ha的南方和东部地区。尽管2015年后随着氮氧化物控制的加强，超标面积开始下降，但截至2020年，仍有约15%的国土面积氮沉降量超过富营养化临界负荷。在未来情景下，即便实现了空气质量与二氧化碳协同减排目标，预计仍有约13%的国土面积将持续超标。而若采用强化减排路径—在现有计划基础上进一步削减27%的氨排放—可将超标面积降至7%，并几乎可消除源头溪流的酸化风险。

    五、管理与缓解：从污染控制到多目标氮管理

    工业源氮氧化物的控制已取得显著成效—2010至2020年间削减了20%-30%。然而，农业源氨排放的管控进展有限。研究给出了一个清晰的量化目标：要将中国氮沉降水平降至目前美国和西欧的平均水平，氨排放需削减56%-76%，氮氧化物排放需削减53%-60%。氨减排的难度远高于氮氧化物，后者主要来自燃煤电厂、工业锅炉和机动车等点源，可通过末端治理技术有效控制；而农业氨排放来自化肥施用和畜禽养殖，属于典型的"面源污染"，排放分散、监管困难。中国以小农户为主的农业生产格局（户均耕地不足0.5公顷）进一步加剧了这一挑战。

    中国已在多目标氮管理方面迈出了重要步伐。在种植业领域，"化肥零增长行动"（2015-2020年）通过测土配方施肥、深施和控释肥等技术，在维持粮食产量稳定的前提下将化肥施用量削减了8%-10%，谷物氮利用效率从约30%提升至38%-40%。在畜禽养殖领域，《畜禽规模养殖污染防治条例》推动了粪污养分循环利用，畜禽粪污利用率从约40%提高至60%。然而，这些措施尚未完全遏制氨排放的增长势头。氨减排与PM_2.5治理存在显著的协同效应：2013至2020年间，全国PM_2.5浓度下降了50%，同期氮氧化物排放的削减贡献了华北平原等关键工业区氮沉降15%-20%的下降。未来若要实现世界卫生组织PM_2.5指导值（25 μg/m³），需在2020年基础上额外削减氮氧化物40%-60%、氨排放30%-50%。这种协同效应意味着空气质量管理不仅是氮沉降治理的补充，更是一个直接而有力的杠杆。

    中国亟需将农业氨排放控制纳入更广泛的气候与空气质量政策框架。具体措施包括：（1）推广精准施肥服务和智能化氮素管理平台；（2）调整农业补贴政策，从鼓励化肥用量转向奖励氮素利用效率；（3）借鉴欧洲的强制性氨减排法规（如封闭施肥期和最佳可用技术参考文件）。

    六、未来展望

    研究最后提出了四个优先方向：

    （1）完善监测网络。现有监测网络在空间分布上存在稀疏和不均匀的问题，特别是在青藏高原和西北等生态敏感但数据匮乏的区域。需扩大代表性站点布设，加强干沉降尤其是氨气双向交换过程的精准量化，同时整合地面观测与卫星遥感及大数据技术，构建高分辨率、近实时的活性氮浓度和沉降分布图。

    （2）深化机制认知。亟待阐明气溶胶-沉降反馈等复杂机制，超越单一"氮视角"，探索氮、磷、碳、硫等多元素耦合循环，建立同位素稀释和超高分辨率质谱等耦合观测网络，将化学计量共限制机制嵌入区域模型。

    （3）建立整合性阈值框架。打破当前将大气、水和土壤污染割裂处理的管理模式，建立跨介质的整合性氮阈值框架，避免"污染搬家"—即解决一个问题却恶化另一个。

    （4）推动跨学科研究与适应性治理。将农学、大气科学、生态学、经济学、社会科学等多学科力量汇聚，协同评估施肥实践、畜禽管理和能源转型等干预措施的有效性，通过专门的资助和制度机制打破传统学科壁垒，将科学认知嵌入适应性政策框架。

    上述研究近期发表于《自然评论地球与环境》（Nature Reviews Earth & Environment），中国科学院南京地理与湖泊研究所刘磊研究员为论文第一作者（并列）、中国农业大学刘学军教授为论文通讯作者兼第一作者（并列）。

    文章信息：Lei Liu^#, Xuejun Liu^#,*, Xuemei Wang, Wen Xu, Aohan Tang, Enzai Du, Lei Duan, Yuepeng Pan, Lin Zhang, Jianlin Shen, Ling Song, Kaihui Li, Xiaobing Zhou, Xiankai Lu, Yu Zhao, Qian Yu, Mengmeng Li, Xiuying Zhang, Zhang Wen, Tianxiang Hao, Liquan Yao, Keith Goulding, Jeffrey L. Collett Jr., Peter Vitousek, Fusuo Zhang. Drivers, trends and impacts of nitrogen deposition in China. Nature Reviews Earth & Environment, 2026

    论文链接：https://doi.org/10.1038/s43017-026-00830-x

图1. 活性氮的氮源、排放及控制其干湿沉降的过程。排放污染物包括二氧化硫、氮氧化物和氨；二次无机气溶胶包括硝酸铵（NH₄NO₃）和硫酸（氢）铵（(NH₄)₂SO₄或NH₄HSO₄），它们是细颗粒物（PM_2.5）的关键组分；活性氮（Nr）沉降包括干沉降（气体和颗粒物直接向地表转移）和湿沉降（通过降水对活性氮的清除和沉降）。在活性氮的完整大气生命周期中——从排放源经化学转化到沉降——空气污染最终驱动陆生和水生生态系统的退化。

图2. 中国活性氮沉降的变化。a，1980年至2020年间模拟的总活性氮沉降。b，1980年至2020年间模拟的总氨和铵沉降预算。c，1980年至2020年间模拟的总活性氮氧化物沉降。d，基于国家氮沉降监测网络观测，2010年至2020年间实测的平均总Nr沉降。e，2010年至2020年间实测的平均总氨沉降⁷,²⁸。f，实测的平均总硝氮沉降。g，实测的氨硝沉降之比。h，实测的平均干沉降。i，实测的平均湿沉降。

图3. 氮沉降对排放和气象变化的预测响应。a，在两种气候变化情景下预测的活性氮沉降量。b，人为排放和气象（气候）变化对总活性氮氧化物及总氨和铵的湿沉降和干沉降趋势的贡献。至2050年全国氮沉降将持续下降，这主要归因于人为排放的减少；然而，同期气候和气象变化预计会通过引起沉降速率的小幅上升，而略微抵消这一下降趋势。

图4. 活性氮沉降及其环境影响。活性氮沉降与空气质量、生物多样性、森林生长、水质、土壤化学和陆地碳汇密切相关。本图总结了活性氮沉降对环境和人类健康产生的复杂级联影响，展示了大气污染物和气候因素如何最终改变土壤化学性质、减少陆地碳汇、引发生物多样性丧失和富营养化，并威胁水质和公众健康。

图5. 酸沉降变化下的地表质量平衡临界负荷超标情况。a，随着二氧化硫和氮氧化物排放减少，土壤酸化临界负荷超标面积百分比的变化。红色阴影表示未来气候变化（SSP2–4.5）对临界负荷超标的贡献；蓝色阴影表示忽略盐基阳离子沉降变化影响时的超标变化。协同效益能源政策与末端治理（CBE）（氨减排18%）；强化氨（EA）削减路径（减排40%）；国家自主贡献（NDC），特指中国根据《巴黎协定》向《联合国气候变化框架公约》提交的气候承诺。b，氨和氮氧化物排放削减对生态系统富营养化临界负荷超标面积百分比的变化。c，中国全国尺度土壤酸化临界负荷累积超标量。d，同c，但为生态系统富营养化。e，同c，但为地表水富营养化。大力削减SO₂和NO_x已使酸雨得到控制，但由于气候变化和缓冲容量耗竭，生态恢复仍滞后，因此将农业源氨削减40%是消除酸化和富营养化风险所必需的最后关键一步。

图6. 食物系统中氮沉降削减与管理的框架。多目标氮管理旨在通过提高氮利用效率、促进循环利用以及减少活性氮排放和沉降，来推动农业系统和人类系统的可持续性。