工業(yè)革命后人類活動(dòng)在不斷改變?nèi)虼髿猸h(huán)境和氣候。目前，人類活動(dòng)固定的活性氮（如NOx和NH3）已超過陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)自然氮固定的總和，大大改變了地球系統(tǒng)氮循環(huán)。因此，量化大氣氮沉降歷史變化、氮來源及其影響因素對(duì)評(píng)估和預(yù)測(cè)陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)過程具有重要意義。
目前，冰芯是長(zhǎng)時(shí)間尺度記錄大氣硝酸鹽（NO3-）沉降及氮同位素特征（δ15N，反映氮來源的重要指標(biāo)）的載體。但由于冰芯樣品較難獲得且冰芯氮同位素測(cè)定技術(shù)發(fā)展較晚，目前全球冰芯硝酸鹽δ15N的研究非常有限，僅有幾例研究集中在極地區(qū)域。北極區(qū)域冰芯準(zhǔn)確記錄了人為活動(dòng)對(duì)大氣硝酸鹽的影響，發(fā)現(xiàn)冰芯硝酸鹽δ15N在近百年來顯著下降，然而在其下降的機(jī)制上是究竟源于源排放的變化還是大氣酸度變化引起的分餾效應(yīng)的改變?nèi)源嬖跔?zhēng)議。?中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)所方運(yùn)霆研究員團(tuán)隊(duì)、云南大學(xué)田立德教授團(tuán)隊(duì)和布朗大學(xué)Meredith G. Hastings教授團(tuán)隊(duì)共同首次以離人為活動(dòng)區(qū)域更近且對(duì)全球變化更為敏感的青藏高原為對(duì)象（圖1），通過測(cè)定該區(qū)域冰芯近200年來硝酸鹽和δ15N的變化，結(jié)合多因子模型，從源排放、大氣氧化過程（包括NOx循環(huán)和OH?途徑氧化NO2到HNO3）以及氣態(tài)HNO3和氣溶膠NO3-轉(zhuǎn)化過程等方面揭示了百年來亞洲區(qū)域人為活動(dòng)對(duì)青藏高原冰芯硝酸鹽氮同位素的影響及其機(jī)制（圖1）。
圖1.?青藏高原冰芯采樣點(diǎn)和排放源及大氣化學(xué)過程影響冰芯硝酸鹽（NO3-）及δ15N的示意圖
研究發(fā)現(xiàn)青藏高原冰芯硝酸鹽含量在1950年后增加顯著，其值從6.0?± 2.3 μeq/L（1796-1900年）增加到7.3 ± 2.7 μeq/L（1950-2011年），同期δ15N值從8.7?±?3.7‰顯著下降到4.2?±?3.1‰，而且δ15N的年際變幅也從8.8‰下降到3.9‰（圖2）。通過模型分析發(fā)現(xiàn)1950年后亞洲區(qū)域農(nóng)田施肥導(dǎo)致的土壤NOx排放增加是引起青藏高原冰芯硝酸鹽δ15N顯著下降的主要原因；而厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（El Nino-Southern Oscillation）事件所引起的氣溶膠酸度的變化則可能是導(dǎo)致1950年前冰芯硝酸鹽δ15N具有較大年際變化的主要原因。也就是說，在1950年前冰芯硝酸鹽δ15N記錄或許反映了厄爾尼諾-南方濤動(dòng)的信息，而1950年后這種氣候信息由于人類活動(dòng)的增強(qiáng)而被掩蓋。該研究對(duì)于認(rèn)識(shí)亞洲區(qū)域氮循環(huán)歷史變化及其對(duì)人類活動(dòng)的響應(yīng)有重要的意義。?
圖2.?冰芯硝酸鹽含量和δ15N、硫酸鹽（SO42-）和銨鹽（NH4+）離子含量的歷史變化
?該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)部署項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)面上項(xiàng)目、大氣重污染成因與治理攻關(guān)項(xiàng)目等的支持。研究成果“Isotopic evidence that recent agriculture overprints climatevariability in nitrogen deposition to the Tibetan Plateau”于2020年3月7日在線發(fā)表于Environment International。李鄭杰博士為第一作者，方運(yùn)霆研究員和MeredithG. Hastings教授為共同通訊作者，田立德教授等為合作作者。