近日，实验室陈能汪教授团队在流域-近海系统环境生物地球化学过程研究方面取得进展，相关成果以“Hydrological connectivity affects nitrogen migration and retention in the land‒river continuum”为题，在线发表于国际期刊Journal of Environmental Management。
该研究从流域水文连通性分析入手，综合运用野外观测、地理空间计算、分子生物学技术等多学科方法，在不同空间尺度上探明土地利用等环境因子与河流不同形态氮含量（浓度）的关系及其连通性，相关研究成果可为识别氮素污染治理优先区提供理论依据和方法支撑。
流域土地利用变化直接影响河流水质和近海水生态系统健康。我国南方集约化农业区施肥强度大，氮素养分失衡，面源污染严重，导致河流-近海水质生态问题突出。我国“十三五”期间启动了“水十条”和“土十条”污染防治攻坚战，并提出“山水林田湖草沙”系统治理的工作思路。如何系统划定优先治理区域，对于提升流域污染治理成效有重要意义。已有研究表明，流域污染物主要通过地表与地下水文过程驱动其迁移转化并向河道汇集，但是水文连通性影响不同土地利用下的氮素生物地球化学过程并调节河流水质的作用机制尚不清楚。
本研究依托福建平和厝丘水文水生态实验站，通过2018年枯水季对福建省九龙江流域15个子流域的综合观测，以及5个子流域3年（2017-2019年）的季节性水质监测，获取土壤、河水和沉积物多介质的物理化学生物数据。基于水文连通性的空间分析，识别出流域水文敏感区，进而分别在流域尺度、水文敏感区尺度和河岸带尺度上，量化分析了土地利用等环境因子对河流氮素含量（溶解氮、气体和氮功能基因）空间变异的影响，为氮素污染治理优先区的划定提供依据。
图1 九龙江流域“土壤-河水-沉积物”采样点设置
结果表明：
（1）水文敏感区与全流域的土地利用对河流氮素含量变异的解释度（贡献）基本一致。两种尺度下的农业用地占比显著影响了河流硝态氮和N2O浓度，而建设用地占比显著影响河流氨氮和亚硝态氮浓度。
（2）占流域面积不到20%的水文敏感区是流域氮素污染从土壤向河流（土水界面）输送的热点区域；在河岸带尺度，河岸土壤侵蚀与沉积物硝化、反硝化左右显著影响了河流氮的滞留过程（即无机氮转化为N2O和N2的永久性脱氮过程）。
本研究初步探明了流域“土水界面”水文连通性对于氮污染迁移转化的重要调控作用，水文敏感区和河岸带可作为流域污染治理与水质提升的优先管理区域。
图2 三个空间尺度下土地利用与河流硝化反硝化过程的水文连通关系
图3 流域氮素污染优先治理区示意图（HSAs：水文敏感区）
我院2019级博士生王曜为文章的第一作者，陈能汪教授为通讯作者。共同作者包括南方科技大学郑一教授，博士生林静婕、王芬芳和硕士生田情。该研究获得国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目（51961125203）和福建省水利科技项目的资助。
论 文 来 源
Wang, Y., Lin, J., Wang, F., Tian, Q., Zheng, Y. and Chen, N*. (2023) Hydrological connectivity affects nitrogen migration and retention in the land‒river continuum. Journal of Environmental Management, 326, 116816.
文、图 | 王曜
责任编辑 | 陈能汪
排版 | 吴晓倩
