“虹”学讲堂举办第371讲 流域水-氮耦合过程高频分析及其水环境效应

众所周知，水体中氮元素会对环境和人体产生危害，但其在特定流域内的循环过程仍需深入研究。李思亮教授及其团队研究了流域水-氮耦合过程，通过分析氮元素同位素，进一步揭示了喀斯特小流域中氮元素的循环规律。接下来，让我们一起走进本期的“虹”学讲堂，了解喀斯特地貌中氮循环的相关知识吧！

5月18日下午，由研究生院/研究生工作部主办、水利与环境学院承办、校研究生科学技术协会协办的“虹”学讲堂第371讲以线上讲座形式顺利举办。天津大学李思亮教授作了题为“流域水-氮耦合过程高频分析及其水环境效应”的报告，相关学院共350余名师生参加讲座。

李思亮教授作报告

本次报告主要包括以下四部分内容：

（1）流域水-氮耦合过程分析的研究背景和意义

（2）西南喀斯特流域地表水/地下水氮迁移转化

（3）黄河等流域硝氮来源的同位素示踪及全球对比

（4）认识和启示

全球氮肥利用率年变化趋势持续上升，水中氮元素含量的持续升高会导致饮用水的水质降低和水体富营养化。在地球上各个流域物质能量流动过程中，氮是合成物质最基本的元素，同时也是导致诸多环境问题的元素之一。因此，通过相关分析方法可进一步研究水氮相互耦合循环如何影响流域水环境的时空变化。

喀斯特地貌在全球均有分布，该地貌含有大量碳酸盐，因此，喀斯特流域氮污染特殊性研究面临一定挑战。例如：如何精准地判断污染物时空迁移规律？如何根据喀斯特地貌特点，利用土地格局分布实现生态服务系统和水资源、水环境的协同与权衡？

首先，李思亮教授从不同土地利用类型、不同岩溶发育程度和不同流域尺度寻找典型的喀斯特小流域，并采用在线传感器观测、高频样品同位素分析和同位素模型源分析方式研究该流域内氮元素的迁移转化。其次，李思亮教授阐述了喀斯特农业流域降雨中硝氮的来源问题，得出喀斯特地貌特征影响湿沉降中氮素的垂直分布、洼地具有更高的湿沉降等结论。最后，通过分析不同监测点流域水体硝氮高频变化规律，李思亮教授表示污染物通量可以被量化。

此外，通过多端元混合模型计算，李思亮教授表示，氮素输出的主要来源是化学肥料，并得出以下结论：①表层系统上游山地大孔隙系统是喀斯特流域氮流失的重要因素；②地下河/管道是喀斯特地区氮输出的重要途径。

讲座现场

针对西江和黄河进行大尺度河流氮时空变化与运移规律分析，李思亮教授指出，流量增大初期硝酸盐浓度受稀释作用影响而降低，氮同位素值先升高后降低，雨季河流高流量条件下硝氮浓度仍较高，同位素也渐升高，这些都表明硝氮来源和反硝化在不同阶段各起主导作用。

针对全球流域氮及其同位素空间变化，李思亮教授强调，全球氮元素有显著的季节变化，河流中含有较低的NO₃，硝化作用是其主导来源，且在枯水季污水对氮来源的贡献较大，但由于对许多区域缺乏研究，因此难以制定相关的环境和生态政策。

基于对流域水-氮耦合过程的上述分析得出以下启示：（1）流域氮具有较高的异质性分布特征，流域结构、农业活动节律与不同时期水文过程的协同作用调控喀斯特流域水环境氮素时空分布规律；（2）硝酸盐同位素组成及源解析计算明确了氮来源动态变化与降雨有直接响应关系，频繁降雨条件下化肥流失更多；（3）在线传感器与同位素方法揭示出雨季喀斯特氮流失受快速流与慢速流（结构）、化肥/有机肥（供给）以及关键带生物地球化学过程（反硝化）的共同控制，为流域环境质量管理提供了科学的数据和基础；（4）大尺度流域研究表明河流-水库氮转化过程影响氮的输出和拦截；（5）全球及我国不同区域发展不平衡使得水环境的监测与保护面临诸多挑战，因此，高质量生态文明的建设需要多学科指导和多部门协作。

报告结束后，李思亮教授解答了同学们就反硝化、氮沉降等领域提出的问题，帮助大家对水-氮耦合相关知识有了更加深刻的理解。