科学家在变化环境下河流氮通量的演变研究中取得新进展

 

近日，中国科学院地理科学与资源研究所副研究员赵罡团队与合作者开展了变化环境下流域氮通量演变的定量化研究工作，相关研究成果发表于《美国国家科学院院刊》。

富营养化是水体生态系统面临的严重问题，氮磷等过量营养物质进入水体，导致藻类异常繁殖，严重影响人类社会水资源利用和水生态安全。氮从陆表到水体的输移易受气候变化的影响，降水的变化可以影响土壤中的氮释放和冲刷，而温度则可以影响氮的生物化学反应速率。

先前的研究主要关注降水变化对河流氮的影响，发现降水增多会显著增加河流氮通量。然而，升温会增加土壤和底泥中微生物活性，从而增强反硝化和厌氧氨氧化速率，导致硝态亚硝态氮转化为N₂和N₂O（强效温室气体）释放到大气中，进而减少河流氮通量。目前，温度对河流氮的影响还未量化，特别是对变化环境下降水和温度对河流氮的共同影响仍缺乏认识。

针对上述关键问题，赵罡团队与美国卡内基科学研究所、斯坦福大学等科研人员合作开展了变化环境下流域氮通量演变的定量化研究工作。他们利用可解释机器学习方法构建了河流氮通量对环境因子的敏感性模型，结果发现降水和升温对河流氮通量相反的作用，表明了反硝化和蒸散发过程对流域氮输出的显著影响。

随后，他们又利用CMIP6气候模式数据，预估河流氮在气候变化情景下的未来轨迹，尽管降水量的增加会增加土壤氮向河道的迁移速率，但温度上升引起反硝化速率和蒸散发的增加，很可能会抵消该影响甚至会减少大部分地区河流中的氮通量。

该研究对农业面源治理、水环境管理和气候变化应对等具有重要指导意义。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2220616120