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農(nóng)田面源污染管理需要綜合考慮土壤氮素的累積和滯后時間，以應對不同氣候條件下水體污染的風險。華北農(nóng)業(yè)過量施肥以及污水排放等造成土壤氮素累積的問題較為突出，在極端降水等特定水文條件下土壤累積氮素進入地表水或地下水，使得污染物遷移過程、水體硝酸鹽的來源等發(fā)生變化，水環(huán)境風險的不確定性增加。針對這一問題，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心王仕琴研究組開展了系統(tǒng)研究。

以華北山區(qū)補給源區(qū)典型流域為例，研究闡明極端強降水后降水主要以地表徑流和土壤快速流的方式補給地表水和地下水，干涸河道產(chǎn)生地表徑流，且污染物進入地表水速度快，其中NO₃^--N、有機氮和總氮在降水2天后迅速達到峰值，NO₃^-超標率22%；地表水硝酸鹽主要來源為有機肥和化肥。多次連續(xù)強降水后儲存在土壤中的前期降水和強降水以“基質流”方式對地下水持續(xù)補給，地下水通過持續(xù)出流補給地表水，使得地表及土壤累積污染物持續(xù)淋失進入地表水，且出現(xiàn)多個污染峰值、滯后時間長，地表水NO₃^-超標率60%，有機肥和化肥對地表水硝酸鹽貢獻率增加。研究成果分別發(fā)表在Journal of Hydrology和Applied Geochemistry 期刊上。

以華北山前平原地下水超采區(qū)為例，研究發(fā)現(xiàn)地下水硝酸鹽來源變化對降水強度的響應機制與上游山區(qū)相似，而受山前厚包氣帶阻滯作用，單次極端強降水后地下水硝酸鹽濃度表現(xiàn)出顯著滯后效應；連續(xù)強降水后，地下水硝酸鹽濃度受上游山區(qū)側向和土壤累積氮素垂向淋失的雙重影響。極端強降水促進淺層累積的土壤氮(化肥)淋失，連續(xù)強降水加速了包氣帶深層累積的土壤氮(有機肥)向地下水淋失。研究成果發(fā)表在Journal of Environmental Management 期刊上。

以上研究結果從環(huán)境變化的角度，對華北季風區(qū)農(nóng)田面源對地表水/地下水硝酸鹽污染風險的影響提供了新認識，對華北農(nóng)區(qū)面源污染防控和水質管理具有科學意義。

以上研究得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、河北省創(chuàng)新群體研究項目、河北省自然科學基金等的資助。