氮限制與氮沈降

第二節 氮限制與氮沈降 一、高氮沈降對環境之影響

氮對生物體的結構與功能上極為重要，也是限制生態系初級生產 力的重要因子(Vitousek and Howarth 1991)，但是大氣中的氮氣（N2） 無法直接被植物吸收利用，因此氮氣大多必須經由微生物的固氮作用 後，轉換為植物所能吸收的形式才能被植物給吸收利用。氮氣進入生 態系被植物利用的途徑除了固氮作用外，另一重要途徑為氮沈降

（nitrogen deposition）。氮沈降是指大氣層中的無機氮以濕沈降（wet deposition）或乾沈降（dry deposition）的方式降至地表，濕沈降為物 質伴隨著降水的方式沈降至地表；而乾沈降為懸浮微粒或粒徑較大的 落塵因重力而掉落(Bidleman 1988, Schroeder and Munthe 1998)。

人類活動對於氮循環有顯著的影響，近年來由於人為排放許多氮 氧化物於大氣中，如車輛及工廠所排放出的廢氣，其中就包含氮氧化 物（N2O 及 NO）(Vitousek et al. 1997)；而在農業上所施用的化學肥 料，所揮發出的氨氣（NH3）也會增加大氣中的氮含量(Schlesinger and Hartley 1992)。這些人為排放於大氣的氮，不但提高了懸浮在大氣中 的氮化合物含量，對於人的健康及臭氧層將造成不良的影響，也大幅 提高大氣氮沈降量 (Cowling et al. 1998, Galloway 1998)。全球陸域的 大氣氮沈降量平均值約為 3.5 kg ha^-1 yr^-1(Phoenix et al. 2006)，部分地

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區更高達 75 kg ha^-1 yr^-1(Dise and Wright 1995)。已有許多研究指出，

長期大量的大氣氮沈降可能已經導致許多溫帶森林氮的供應已超出 植物生長所需，而達到氮飽和的現象（nitrogen saturation）(Aber and Nadelhoffer 1989)。

高氮沈降儘管對生態系帶來額外的氮養分輸入，但是當氮輸入量 超過生態系所需的量時，氮飽和反而會造成森林的初級生產力下降 (Fenn et al. 1998)，以及物種多樣性的降低(Krupa 2003, Gilliam 2006)，

更有可能造成森林的衰退(Matson et al. 2002)。有研究指出，植物在較 高氮含量的土壤中生長，初期雖然會提高植物的生長率，但過了幾年 之後卻反而造成植物生長率降低，改變植物生長的限制因子，進而造 成森林樹種的組成發生改變(McNulty et al. 1996)。另外也有研究指出，

在氮飽和狀態下的森林，因為植株不缺乏氮的緣故，因此降低樹木根 部的生長，使得其他離子的吸收率下降，造成植株的營養缺乏

(Nihlgård 1985)。

二、臺灣氮沈降量研究

臺灣是個高氮沈降的島嶼，發達的農業及高密度的機動車輛，另 外加上開發中的中國所排放的含氮廢氣，這些近程及長程所造成的空 氣污染，使得全臺灣幾乎都有相當高的氮沈降。有研究指出，在南半

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球未經污染的地區，所測得的氮沈降量約為 0.1 - 0.7 kg ha^-1 yr^-1 (Galloway et al. 1982, 1996, Likens et al. 1987)。從美國的國家大氣沈降 計畫（National Atmospheric Deposition Program http://nadp.sws.uiuc.edu）

的 2011 年氮沈降資料中顯示，全美國的平均氮沈降量約為 10 kg ha^-1 yr^-1，全美國氮沈降量最高的地區位於美國東北部，其氮沈降量約為 23 kg ha^-1 yr^-1，而最低氮沈降量則位於美國西北方的阿拉斯加，其氮 沈降量約為 0.2 kg ha^-1 yr^-1。臺灣環保署調查台灣氮沈降量的資料中顯 示，臺灣人口較稀少的東部地區，其氮沈降量則約為 20 - 30 kg ha^-1 yr^-1， 而人口最為密集的西北部地區，其氮沈降量則高達 40 - 50 kg ha^-1

yr^-1(Chen et al. 1996)。

有研究指出當生態系的氮供應超過某特定的臨界負荷量時，過量 的氮就會對生態系產生負面的影響，Schultz （1989）指出森林氮的 臨界負荷量因土壤性質不同而有可觀差異，範圍約在 3 - 14 kg ha^-1 yr^-1， 此推估固然有待更多研究加以驗證，但台灣氮的沈降量已明顯落在臨 界負荷量的範圍內，如南投蓮華池試驗林的氮沈降量約為 13.8 kg ha^-1 yr^-1(Hsiao et al. 2007)，福山 17.9 kg ha^-1 yr^-1（林登秋等 1998），棲蘭 山 15 kg ha^-1 yr^-1（簡意婷 2008），烏石坑 11.4 kg ha^-1 yr^-1(Hsueh 2000)，

關刀溪 9 kg ha^-1 yr^-1(Liu and Sheu 1999)。臺灣許多森林生態系的生產 力可能已經不受到氮的限制，甚至可能已經面臨氮飽和的問題。高氮

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沈降是個廣泛發生於全球工業發達的地區，其對生態系營養循環、生 物多樣性及生產力的影響有許多研究觸及，但在如此高氮沈降的地區 榿木屬植物在群落演替上是否仍扮演重要的促進者角色，至今並無研 究觸及。