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氮循环是全球生物地球化学循环的重要组成部分，随着城市化进程的不断加快，高强度的人类活动和城市景观格局的改变不仅影响了氮的循环过程，而且加重了氮污染的程度，对城市生态环境造成了严重的影响。城市尺度的氮循环研究不仅是全球关注的氮研究热点，而且也是城市生态学和城市地理学研究的前沿。本文基于城市生态系统的氮循环特征，综述了城市化进程对城市氮污染物来源、沉降、输移和累积影响研究的国内外大量研究成果，介绍了卫星遥感、稳定同位素、物质流模型等分析方法在城市氮循环研究中的应用，针对未来几十年活性氮增加可能带来的不利影响，提出对活性氮的减缓策略，以有效抑制活性氮对环境的影响。未来城市氮循环研究需要开展长期系统监测、深化城市氮循环机理研究、创新研究范式和研究方法，并将研究成果与城市规划和城市发展研究相结合，提升城市氮管理能力。
)，进一步扩大了这种影响的规模和范围(Fowler et al，2013)。据估算，在19世纪90年代-20世纪90年代的100年间，全球人为活化氮的输入量从15 Tg/a(1 Tg=
)增加到140 Tg/a，增长了将近10倍，并且这种趋势还在进一步加强(Galloway et al，2002)。1910-2010年的近100年间，中国年均活性氮的净产生量增加了6倍多。人为活动源首次超过自然源出现在1956年，到2010年其贡献达到了80%以上(Cui等，2013)。活性氮的污染对人类和生态系统健康造成的影响包括饮用水(硝酸盐)、空气质量(烟雾、颗粒物、地面臭氧)、淡水水体富营养化、生物多样性丧失、平流层臭氧耗竭、气候变化和沿海生态系统恶化等等(Erisman et al，2013)。21世纪面临的挑战为：如何优化使用活性氮，同时最大限度地减少活性氮对人类和生态系统健康的负面影响(Galloway et al，2013)。 尽管城市及其郊区的面积仅占陆地面积的2%，但全球人口半数以上生活在城市，城市化过程带来的土地利用变化和环境污染是全球变化的重要方面(Grimm，Faeth，et al，2008；Grimm，Foster，et al，2008)，随着城市人口的快速增长，作为资源集中消费与废物集中释放的区域，城市化进程已成为改变地区及全球氮循环的重要过程之一(Grimm et al，2000；Svirejeva-Hopkins et al，2011)。目前有关氮循环机理、循环过程、循环通量测定、氮排放清单及其空间分析、氮排放的环境影响等方面的文献很多，但由于城市生态系统氮循环的空间复杂性和过程动态性，使得一些经验性的传统地理学和生态学方法具有局限性，人类活动对城市生态系统结构和功能的控制作用和关系很难定量表征(Pickett et al，2011)，城市尺度的氮循环研究仍然比较薄弱(Grimm，Faeth，et al，2008)，氮循环相关的城市环境问题机理不明，调控措施难以发挥作用，还需要进行更深入的研究。本文通过对近年来以城市为对象的相关研究进行梳理，基于氮素在城市特定的输入输出迁移过程(Baker et al，2001；Han et al，2011)(图1)，对城市氮的来源、氮素在城市中的迁移与转化及其模拟与监测技术的研究进展等进行综述，探讨城市化过程对城市氮循环的影响，深入研究城市尺度氮循环变化及其生态效应，提出该领域研究的未来发展趋势，旨在为实施新型城镇化规划进程中，协调好城镇化与生态环境的关系提供科学依据。 
图1 城市生态系统氮循环过程(Baker et al，2001；Han et al，2011) Fig.1 Nitrogen circle in urban ecosystem(Baker et al,2001; Han et al,2011) 2 城市氮循环特征 人类主导的城市生态系统有独特的氮收支项目，城市氮输入可分为自然输入和人为输入。自然输入包括地表水输入、植物固氮和大气沉降；人为的输入主要是以供给人类消费为核心，包括直接食品输入、农作物生物固氮、工业产品和化石燃料燃烧产生的氮氧化物等，食物氮、能源氮和工业氮等氮流构成其特殊的活性氮输入项目。氮素进入城市后再经硝化、反硝化及氨挥发等过程以气态形式返回大气，或以液态形式经地表径流和土壤淋失输出到各类水体(Svirejeva-Hopkins et al，2011)，部分氮素在城市生态系统内存储和转型。Lin等(2015)总结了高密度、人类主导、低生态效用等城市氮循环的特征发现，强烈的人为作用是城市化地区氮循环最突出的特点。研究表明，城市中循环的活性氮量已经超过周边非城市生态系统数倍(Jordan et al，2003；Groffman et al，2004；Kaushal et al，2008)。城市生活对粮食、工业品和能源相对较高的需求驱动了农村地区高通量的食物氮生产，以及工业固氮和合成材料的加速发展，包括化石燃料中有机氮的大量释放，但人为输入的氮能被人类有效利用的部分只占很小比例，大部分都在环境中流失或累积(Erisman et al，2013；冼超凡等2014)。Baker(2001)等在亚利桑那州凤凰城城市生态系统的氮收支研究中发现，人为的氮输入占88%，其中食品和肥料的输入占1/2，化石燃料燃烧的氮输入占1/3，21%的氮在城市生态系统内累积。累积下来的活性氮主要分布在大气、土壤、河流水系和森林绿地等生态子系统中。人类活动引起的氮输入和累积对区域环境特别是水环境有着潜在的重要影响(Han et al，2011)。 氮在城市生态系统中的循环过程不仅受城市自然生态特征的影响，而且氮素在城市中的输入、扩散、转化、去除和累积，受城市发展进程的强烈扰动(Jordan et al，1996)，其在城市各子系统及大气—土壤—水体—生物各介质中的分布与流动规律十分复杂。城市氮循环路径的改变主要受资源利用、土地利用方式改变、废物产生与排放等人类活动影响(Svirejeva-Hopkins et al，2011)，如氮输入的形式和数量、城市建设对自然水文循环的改变以及控制氮污染的管理措施等的影响(Baker et al，2001)，导致氮素来源、量级、时空格局和驱动因素的改变(Grimm，Foster，et al，2008)。其中，城市化扩张导致的土地利用/土地覆盖快速变化对地表自然生态格局和过程的显著改变是主要原因之一(Zhu et al，2004；Burns et al，2009)。近年来，Han等(2011)对北京市净人类活动氮输入和累积的分布情况以及与人口分布及土地利用类型分布的关系研究，Gu等(2012)借助人与自然耦合系统法测定长期的城市化如何影响上海地区的氮流、排放及其驱动因子的研究，以及高伟等(2014)采用本土参数对中国358个城市地区人类活动净氮输入量的核算研究等，加深了对城市生态系统氮循环的认识。通过对城市尺度氮循环变化全面的定性与定量分析，有助于理解城市化、经济发展等人为因素对活性氮通量变化的影响。城市环境问题的生态学实质是物质与能量代谢在时间和空间尺度上的滞留，从而导致环境污染与有害物质富集。当前，探究人类活动如何影响城市中的氮输入的空间格局？城市生态系统如何响应人类对氮循环的改变？不同社会经济水平、政策和行为特征如何影响城市氮代谢的方式、途径与效率？上述研究不仅是全球关注的氮研究热点，而且也是城市生态学和城市地理学研究的前沿。
