人口增長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求推動(dòng)氮肥大量施用，雖保障了糧食安全，卻給水生環(huán)境帶來巨大壓力。氮肥過量施用后，硝酸鹽會(huì)通過徑流和淋溶作用向地表水體遷移，進(jìn)而引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化、藻類水華、地下水污染等問題。在農(nóng)業(yè)小流域，硝酸鹽的遷移主要受暴雨驅(qū)動(dòng)的水文過程影響，暴雨會(huì)激活地表與淺層地下徑流通道，讓土壤快速飽和，進(jìn)而加快硝酸鹽經(jīng)徑流和淋溶向河網(wǎng)的遷移速度?，F(xiàn)有研究雖證實(shí)了暴雨事件與硝酸鹽遷移過程存在關(guān)聯(lián)，但不同暴雨型態(tài)在事件尺度上對(duì)硝酸鹽的具體調(diào)控機(jī)制，目前仍未明確。

為此，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)史志華老師團(tuán)隊(duì)以丹江口庫區(qū)農(nóng)業(yè)小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，結(jié)合高頻水文監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定水同位素示蹤法，完成20場(chǎng)暴雨事件的原位觀測(cè)與樣品分析，系統(tǒng)闡明不同暴雨峰值模式下硝酸鹽的輸出途徑與規(guī)律，相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《Water Research》。該研究為解析暴雨結(jié)構(gòu)對(duì)農(nóng)業(yè)流域硝酸鹽輸出的調(diào)控作用提供了精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐，在揭示水文連通性與硝酸鹽動(dòng)態(tài)的關(guān)聯(lián)上，填補(bǔ)了傳統(tǒng)低頻監(jiān)測(cè)的過程研究空白。

圖1.研究集水區(qū)的地理位置與土地利用。

表1.三種暴雨型態(tài)的暴雨及徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

表2.不同暴雨事件下的徑流組分特征。

圖2.三種暴雨模式的徑流分量疊加條形圖。

圖3.單次退水過程中的徑流流量與溶質(zhì)濃度時(shí)間序列（左側(cè)），以及相應(yīng)的C-Q關(guān)系（右側(cè)）。

圖4.不同暴雨情況下的集水區(qū)最佳管理措施概念圖。

??不同暴雨類型具有顯著不同的徑流特征，徑流系數(shù)表現(xiàn)為：早峰值>中峰值>晚峰值；

??整體上，土壤水為暴雨徑流主要來源，且貢獻(xiàn)占比隨土層深度增加而提升；

???早峰值暴雨的硝酸鹽輸出途徑主要受雨水和淺層土壤水調(diào)控；

??中峰值暴雨最有利于深層土壤水參與，并表現(xiàn)出最強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定型輸出；

??后峰值暴雨更多表現(xiàn)為深層參與和顯著稀釋模式；

??暴雨峰值時(shí)序通過水文連通性驅(qū)動(dòng)的遷移途徑調(diào)控硝酸鹽輸出模式。

該研究明確，暴雨的內(nèi)部時(shí)序結(jié)構(gòu)是調(diào)控農(nóng)業(yè)流域硝酸鹽輸出的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子，其觸發(fā)的水文路徑激活模式，遠(yuǎn)比以往認(rèn)知的更為復(fù)雜多樣。未來研究可在高頻原位監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，深度融合機(jī)器學(xué)習(xí)算法與硝酸鹽雙同位素示蹤技術(shù)，系統(tǒng)提升不同暴雨格局下硝酸鹽遷移轉(zhuǎn)化過程的模擬精度與預(yù)測(cè)能力，進(jìn)而為氣候變化背景下，流域水質(zhì)的主動(dòng)防護(hù)與彈性管理提供更為堅(jiān)實(shí)的科學(xué)支撐。

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