研究揭示氮输入对植物挥发性排放的非线性影响
研究揭示氮输入对植物挥发性排放的非线性影响
近日，中国科学院广州地球化学研究所研究员张艳利、王新明团队首次系统阐明并量化了氮沉降对主要生物源挥发性有机化合物（BVOCs）组分（异戊二烯、单萜、倍半萜）排放的影响，构建了经验性“剂量-响应”关系。相关成果发表于《通讯-地球与环境》（ Communications Earth & Environment ）。
氮添加对不同类别BVOCs排放的影响及其主要调控因素。研究团队供图
人为活动导致的活性氮排放与沉降已成为全球变化的关键驱动因子。氮沉降在影响陆地生态系统碳收支的同时，也深刻调控生物圈与大气圈之间的反应性碳交换，尤其对BVOCs排放的影响显著。然而，当前主流生物源排放模型（如MEGAN）普遍缺失对氮沉降这一关键生物地球化学过程的考量，制约了对全球变化背景下BVOCs排放格局及其大气环境效应的准确评估。
研究团队对涵盖9大植被功能型、24种植物的885组实测数据进行Meta分析，首次量化了氮沉降对不同BVOCs组分的影响，并建立了经验性“剂量-响应”关系。核心发现包括：
一是，明确的非线性响应关系：氮添加对BVOCs排放的调控呈非线性。在低至中等氮输入水平下，氮的施肥效应占主导，显著促进排放——异戊二烯、单萜和倍半萜平均增幅分别为52%、39%和107%。但当氮输入超过物种特异性阈值（如异戊二烯阈值约为49 kg N·ha -1 ·yr -1 ）后，高氮胁迫促使植物将碳优先分配至生长或防御，从而抑制BVOCs排放，呈现清晰的二次型非线性关系。
二是，历史归因与区域异质性：将该响应关系与1980-2020年全球氮沉降历史数据耦合，研究揭示氮沉降变化对BVOCs排放潜力的显著影响。在南美、东南亚等氮沉降持续增加的热带地区，异戊二烯排放潜力增幅达25%-29%。在中国，研究捕捉到关键转折：得益于近年来强有力的“控氮”政策，中国东部地区2016-2020年间氮沉降显著下降，导致该区域异戊二烯排放潜力下降约3.1%，部分抵消了同期植被绿化（叶面积指数增加）引起的BVOCs排放增长，为中国近年来空气质量变化提供了新的机制性解释。
该研究构建的经验性关系为在MEGAN等模型中引入氮沉降模块提供了关键参数，有助于提升全球及区域尺度反应性碳交换的模拟精度。同时，控制氮沉降不仅可减轻水体富营养化和土壤酸化，还能通过调控BVOCs（臭氧和二次有机气溶胶的重要前体物）排放，间接影响空气质量，为“减污降碳协同增效”政策提供新依据。
该研究强调，未来需将该机制与气象、土地利用、人为源排放及大气化学传输模型动态耦合，以更精确量化氮沉降对空气质量和气候变化的最终影响。该研究获国家自然科学基金等项目资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s43247-026-03987-x