東北地理所在溝道調控農業集水區溶解態氮磷遷移研究方面取得進展
農業地表徑流攜帶的氮、磷是農業面源污染和下游水體富營養化的重要來源。其中，溶解態氮磷遷移性強、生物有效性高，能夠隨降雨徑流快速進入河溝系統和下游水體。東北黑土區是我國重要糧食生產基地，同時也是侵蝕溝發育強烈的典型區域。永久侵蝕溝連接坡面農田與下游水體，能夠改變流域徑流匯集和養分輸移過程。然而，在自然降雨條件下，永久侵蝕溝如何調控溶解態氮磷遷移，以及這種作用如何隨降雨類型變化，仍缺乏連續野外觀測證據。
近日，中國科學院東北地理與農業生態研究所黑土退化與修復學科組郭明明團隊以典型黑土區兩個含單條侵蝕溝的農業小流域為研究對象，在溝頭上坡匯水區和流域出口布設徑流與水質監測斷面，連續監測2022-2023年兩個雨季自然降雨事件下的徑流過程及溶解態銨態氮、硝態氮和磷濃度變化。研究基于降雨量、降雨歷時、平均降雨強度、最大30 min降雨強度和降雨侵蝕力等指標，將降雨事件劃分為頻發低侵蝕力降雨、短歷時高強度降雨和長歷時高侵蝕力降雨三類，系統分析了不同降雨類型下永久侵蝕溝對溶解態氮磷遷移的調控作用。
研究結果表明，侵蝕溝對溶解態氮磷濃度總體表現出稀釋作用。流域出口處溶解態銨態氮、硝態氮和磷濃度均低于溝頭上坡匯水區，其平均稀釋比分別為0.77、0.65和0.87，其中對硝態氮的稀釋作用最為明顯（圖1）。同時，侵蝕溝對溶解態銨態氮、硝態氮和磷輸出通量的貢獻分別占流域出口的31.4%、22.4%和31.1%。長歷時、高侵蝕力降雨是溶解態氮磷輸出的關鍵事件類型。該類降雨雖然僅占全部監測事件的10.2%，卻貢獻了流域出口68.2%的溶解態銨態氮、73.8%的硝態氮和71.8%的溶解態磷輸出通量（圖2）。綜上，侵蝕溝增強了溶解態銨態氮、硝態氮和磷輸出對降雨變化的敏感性，其敏感系數分別提高了3.04、1.71和2.84倍，說明侵蝕溝能夠放大降雨變化對流域養分輸出過程的影響。該研究揭示了侵蝕溝在自然降雨條件下對農業小流域溶解態氮磷遷移的多重調控作用，深化了對黑土區坡面-溝道系統水文連通與面源污染輸出機制的認識。
圖1 溝頭和出口的溶解態銨態氮、硝態氮和磷濃度的比較
圖2 不同降雨類型下溶解態銨態氮、硝態氮和磷累積輸送通量特征及侵蝕溝貢獻
研究成果發表在國際著名水文學期刊《Hydrology and Earth System Sciences》上，中國科學院東北地理與農業生態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基金優秀青年項目（YQ2025D008）、水土保持與荒漠化整治全國重點實驗室開放基金（Z2010025001-KJ2513）、中國科學院戰略性先導科技專項（XDA28010200）、中國科學院東北地理與農業生態研究所青年科學家小組項目（2023QNXZ03）和中國博士后科學基金項目（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.
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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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