東北地理所在溝道調(diào)控農(nóng)業(yè)集水區(qū)溶解態(tài)氮磷遷移研究方面取得進(jìn)展
農(nóng)業(yè)地表徑流攜帶的氮、磷是農(nóng)業(yè)面源污染和下游水體富營養(yǎng)化的重要來源。其中，溶解態(tài)氮磷遷移性強(qiáng)、生物有效性高，能夠隨降雨徑流快速進(jìn)入河溝系統(tǒng)和下游水體。東北黑土區(qū)是我國重要糧食生產(chǎn)基地，同時(shí)也是侵蝕溝發(fā)育強(qiáng)烈的典型區(qū)域。永久侵蝕溝連接坡面農(nóng)田與下游水體，能夠改變流域徑流匯集和養(yǎng)分輸移過程。然而，在自然降雨條件下，永久侵蝕溝如何調(diào)控溶解態(tài)氮磷遷移，以及這種作用如何隨降雨類型變化，仍缺乏連續(xù)野外觀測(cè)證據(jù)。
近日，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所黑土退化與修復(fù)學(xué)科組郭明明團(tuán)隊(duì)以典型黑土區(qū)兩個(gè)含單條侵蝕溝的農(nóng)業(yè)小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，在溝頭上坡匯水區(qū)和流域出口布設(shè)徑流與水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面，連續(xù)監(jiān)測(cè)2022-2023年兩個(gè)雨季自然降雨事件下的徑流過程及溶解態(tài)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和磷濃度變化。研究基于降雨量、降雨歷時(shí)、平均降雨強(qiáng)度、最大30 min降雨強(qiáng)度和降雨侵蝕力等指標(biāo)，將降雨事件劃分為頻發(fā)低侵蝕力降雨、短歷時(shí)高強(qiáng)度降雨和長歷時(shí)高侵蝕力降雨三類，系統(tǒng)分析了不同降雨類型下永久侵蝕溝對(duì)溶解態(tài)氮磷遷移的調(diào)控作用。
研究結(jié)果表明，侵蝕溝對(duì)溶解態(tài)氮磷濃度總體表現(xiàn)出稀釋作用。流域出口處溶解態(tài)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和磷濃度均低于溝頭上坡匯水區(qū)，其平均稀釋比分別為0.77、0.65和0.87，其中對(duì)硝態(tài)氮的稀釋作用最為明顯（圖1）。同時(shí)，侵蝕溝對(duì)溶解態(tài)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和磷輸出通量的貢獻(xiàn)分別占流域出口的31.4%、22.4%和31.1%。長歷時(shí)、高侵蝕力降雨是溶解態(tài)氮磷輸出的關(guān)鍵事件類型。該類降雨雖然僅占全部監(jiān)測(cè)事件的10.2%，卻貢獻(xiàn)了流域出口68.2%的溶解態(tài)銨態(tài)氮、73.8%的硝態(tài)氮和71.8%的溶解態(tài)磷輸出通量（圖2）。綜上，侵蝕溝增強(qiáng)了溶解態(tài)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和磷輸出對(duì)降雨變化的敏感性，其敏感系數(shù)分別提高了3.04、1.71和2.84倍，說明侵蝕溝能夠放大降雨變化對(duì)流域養(yǎng)分輸出過程的影響。該研究揭示了侵蝕溝在自然降雨條件下對(duì)農(nóng)業(yè)小流域溶解態(tài)氮磷遷移的多重調(diào)控作用，深化了對(duì)黑土區(qū)坡面-溝道系統(tǒng)水文連通與面源污染輸出機(jī)制的認(rèn)識(shí)。
圖1 溝頭和出口的溶解態(tài)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和磷濃度的比較
圖2 不同降雨類型下溶解態(tài)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和磷累積輸送通量特征及侵蝕溝貢獻(xiàn)
研究成果發(fā)表在國際著名水文學(xué)期刊《Hydrology and Earth System Sciences》上，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所為論文第一完成單位，陳卓鑫特別研究助理為論文第一作者，郭明明副研究員為論文通訊作者。該研究得到黑龍江省自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年項(xiàng)目（YQ2025D008）、水土保持與荒漠化整治全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（Z2010025001-KJ2513）、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA28010200）、中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年科學(xué)家小組項(xiàng)目（2023QNXZ03）和中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目（2025M781861）資助。
論文信息：
Zhuoxin Chen, Mingming Guo*, Lixin Wang, Xin Liu, Jinshi Jian, Qiang Chen, Xingyi Zhang. Regulatory role of permanent gully in runoff dissolved nitrogen and phosphorus transport across rainfall types, Hydrology and Earth System Sciences, 2026, 30, 3351-3366.
相關(guān)論文：
Zhuoxin Chen, Mingming Guo*, Xin Liu, Lixin Wang, Qiang Chen, Jiarui Qi, Qingsong Shen, Xingyi Zhang. Gully transforms the loss pattern of runoff, sediment, nitrogen, and phosphorus in agricultural catchment of Northeast China. Journal of Hydrology, 2025, 660: 133503.
Zhuoxin Chen, Mingming Guo*, Pengchong Zhou, Lixin Wang, Xin Liu, Zhaokai Wan, Xingyi Zhang. Gully regulates snowmelt runoff, sediment and nutrient loss processes in Mollisols region of Northeast China. Science of the Total Environment. 2024, 940, 173614.
論文鏈接：https://doi.org/10.5194/hess-30-3351-2026
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