农业区河流在不同降雨情景下的一氧化二氮排放：台风加剧排放的效应

为探究降雨（尤其极端天气下）对河流 N2O 排放的影响，研究人员在广东西部采集不同降雨情景下河流数据。结果发现台风期间 N2O 浓度和通量大幅增加，水文气象因素是影响 N2O 通量的主因。该研究填补了台风期间农业区河流 N2O 排放的研究空白。

　　

研究背景

在地球的生态系统中，一氧化二氮（N₂O）就像一个隐藏在幕后却能量巨大的 “气候操纵者”。它是氮循环的自然产物，却对大气稳定有着极大的破坏作用。N₂O 的全球变暖潜能约是二氧化碳（CO₂）的 270 倍，在气候变化的 “贡献者名单” 上，它紧随 CO₂和甲烷之后，排名第三。而且，随着蒙特利尔议定书禁止使用氯氟烃，N₂O 已成为当前排放的最主要的消耗臭氧层物质。自工业革命以来，大气中 N₂O 的浓度持续攀升，严重阻碍了全球减缓气候变化和保护臭氧层的努力。

农业活动是全球 N₂O 排放的重要来源之一，而河流等水生生态系统同样也是 N₂O 的净排放源。降雨作为影响河流生态系统的关键因素，通过两种紧密相连的机制影响着河流氮循环和 N₂O 排放。一方面，降雨就像一个 “搬运工”，将陆地的氮污染物带到河流中；另一方面，降雨引发的水文变化会直接改变微生物产生 N₂O 的环境条件。然而，目前关于降雨，特别是极端天气条件下的降雨对河流 N₂O 排放的影响，由于缺乏足够的实证数据，人们了解得还很少。为了填补这一重要的知识空白，提升对水生 N₂O 排放的认知，一项关键研究应运而生。此次研究成果发表于《Environmental Pollution》。

研究方法

研究人员以中国广东省沿海河流鉴江的最大一级支流罗江为研究对象。在 2021 - 2023 年期间，针对不同降水情景，包括无降水（NP）、小雨（SP）、初始降雨径流（IRR）、中雨（MP）、大雨（HP）、台风（DT）和台风后（PT），收集河流环境因素、N₂O 浓度和通量数据。通过随机森林（RFs）和冗余分析（RDA）来确定影响 N₂O 通量的关键因素。

研究结果

1. 罗江的理化特征：在不同降雨阶段，罗江的关键水质参数和养分浓度呈现出不同的变化。无降水（NP）阶段水温最高，溶解氧（DO）含量也最高；初始降雨径流（IRR）阶段温度最低，但离子强度最高。
2. 降雨对 N₂O 浓度和通量的影响：台风（DT）期间，罗江的 N₂O 浓度和通量大幅增加，分别是无降水（NP）时的 12 倍和 617 倍。尽管台风天数在 2021 - 2023 年分别仅占总天数的 1.3%、2% 和 2%，但其贡献的 CO₂当量通量在这些年份分别达到 21%、12% 和 34%。整体上，N₂O 浓度和通量随降雨量增加而上升，但这种趋势并不具有统计学意义。
3. 影响 N₂O 通量的关键因素：通过随机森林（RFs）和冗余分析（RDA）发现，水文气象因素是影响 N₂O 通量的主导因素，贡献率达 73%；其次是 NO₃^-浓度，贡献率为 23%，它作为反硝化作用的关键底物，在决定 N₂O 浓度方面起着重要作用。

研究结论与讨论

该研究明确了不同降雨事件对农业河流 N₂O 浓度和通量的影响。台风在短时间内极大地增加了河流 N₂O 排放，这表明极端天气事件对河流 N₂O 排放的影响不可忽视。水文气象因素和 NO₃^-浓度是控制 N₂O 排放的关键因素，这为理解河流 N₂O 排放机制提供了重要依据。研究结果填补了台风期间农业区河流 N₂O 排放的知识空白，为更准确地估算水生 N₂O 排放提供了关键数据，有助于提升对全球气候变化中 N₂O 排放的评估准确性，对制定更有效的减排策略具有重要意义。