城市河流营养物质动态变化：耦合人类-水文-生物地球化学框架下的多源调控机制解析

本文通过耦合Export Coefficient Model（ECM）与Soil and Water Assessment Tool（SWAT）模型，系统揭示了城市群河流营养物质通量的时空动态及其调控机制。研究创新性地整合人类活动、水文过程与生物地球化学循环，阐明非点源污染（NPS）的传输-源耦合机制、点源污染的"核心-边缘"结构演变，以及河道内营养盐转化与迁移距离的关联性，为全球城市群流域治理提供理论依据。

　　

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Study area

珠江三角洲（PRD）面积55,400 km²，位于中国南部珠江流域（PRB）下游（图1）。城市用地约占10%，主要分布在珠江口（PRE）沿岸，而中部冲积平原的耕地占三角洲面积的三分之一。森林覆盖外围区域，占PRD一半以上。该地区属亚热带海洋性气候，年降水量超过1500 mm。

Model performance

图3显示了1990-2020年PRD模拟结果与参考数据的对比。模拟显示2016-2020年营养物质通量呈下降趋势，与2018-2023年观测趋势高度吻合（图3a）。氮和磷分别低估8.2%和20.1%，可能源于SWAT模型对暴雨事件的响应局限。对于氮，模拟铵浓度均值（0.64 mg/L）处于观测范围内。

NPS controlled by hydrological and biogeochemical processes

本研究系统解析了不同土地利用下非点源污染（NPS）组分受水文与生物地球化学过程的调控机制。农业区因肥料在表土富集成为NPS热点，加剧了富营养化与河口缺氧（Han et al., 2023）。该问题因城市和农业区地表径流增强（图8）而恶化——这些区域的高动能地表流主动冲刷氮沉积与集约化肥，形成活跃NPS区。森林区则因侧向层土壤硝酸盐淋溶导致氮水平升高，且侧向流不受限制。NPS氮通量相对于磷的显著优势，源于营养输入量充沛且氮输出率 disproportionately higher。

Conclusions

本研究通过考察快速社会经济发育期典型城市群，揭示了耦合人类-水文-生物地球化学框架下河流营养物质通量的动态与路径，得出以下结论：

1. 1.
   NPS营养物质动态与传输过程和营养输入的耦合程度成正比。城市和农业区地表流尤其活跃，使农业用地成为活跃NPS区。