海岸带水文交互系统中土地利用与咸水入侵对硝酸盐动态的耦合调控机制及生态效应

针对海岸带水文系统硝酸盐污染源解析困难、迁移转化机制复杂的问题，研究人员通过δ15 N-NO3 – 和δ18 O-NO3 – 双同位素结合MixSIAR模型，揭示了古咸水入侵区(PSIA)与现代海水入侵区(MSIA)硝酸盐来源差异（土壤氮占比45.8%-77.7% vs 粪污污水36%-45%），阐明了土地利用类型通过改变氮源输入和硝化/反硝化过程调控硝酸盐动态的机制，为海岸带氮循环调控提供理论依据。

　　

海岸带作为陆海交互作用的关键地带，其氮循环过程直接关系到全球气候变化和生态系统健康。然而，复杂的硝酸盐来源（包括农业化肥、土壤氮、粪污污水等）与差异化的水文过程（如古咸水入侵与现代海水入侵）相互交织，使得海岸带硝酸盐污染治理面临巨大挑战。更棘手的是，高盐环境会抑制反硝化作用，导致硝酸盐积累并产生强温室气体N₂
O。莱州湾作为典型研究区域，其南部存在三层分布的古咸水层（PSIA），而东部则是现代海水入侵区（MSIA），这为揭示不同水文交互模式下硝酸盐动态规律提供了天然实验场。

南京大学朱晓斌团队联合多家机构，在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究中，创新性地将稳定同位素示踪技术与贝叶斯混合模型（MixSIAR）相结合，系统解析了莱州湾海岸带硝酸盐的时空变异规律。研究团队采集了地表水与地下水样本，通过测定TDS（总溶解固体）、δ¹⁵
N-NO₃
^–
和δ¹⁸
O-NO₃
^–
等指标，结合土地利用类型数据，定量揭示了不同水文交互区氮源贡献差异及其驱动机制。

关键方法

1. 双同位素示踪技术：测定δ¹⁵
   N-NO₃
   ^–
   （-5‰至15‰）和δ¹⁸
   O-NO₃
   ^–
   值区分化肥、土壤氮和粪污来源
2. MixSIAR模型：量化PSIA与MSIA区域不同氮源的贡献比例
3. 水文地球化学分析：通过TDS梯度（500-18,798 mg/L）评估盐度对氮转化过程的影响

研究结果

1. 硝酸盐来源解析：PSIA以土壤氮为主导（45.8%-77.7%），而MSIA以粪污污水为主（36%-45%）。农业区呈现化肥、土壤氮与粪污的混合特征，城市区则以粪污输入为主。
2. 土地利用调控机制：古咸水封闭性导致外部氮输入减缓，使土壤氮成为PSIA主要来源；而现代海水入侵区更易受人为排污影响。
3. 氮转化过程差异：MSIA中TDS在一定范围内促进硝化，超过阈值则抑制；PSIA中高盐度全面抑制硝化和反硝化，农业区受古咸水影响硝化受阻，硝酸盐污染反而低于MSIA。

结论与意义
该研究首次揭示了古咸水入侵区与现代海水入侵区氮循环模式的本质差异：古咸水的深层封闭性导致氮源输入缓慢，形成以土壤氮为主的"内源积累型"循环模式；而现代海水入侵区则表现为"外源驱动型"，更易受人类活动干扰。这一发现为海岸带分区治理提供了科学依据——PSIA应重点控制土壤氮矿化，MSIA需加强污水管控。研究建立的同位素-模型耦合方法，为全球海岸带氮循环研究提供了范式，对实现"双碳"目标下的氮减排具有重要指导价值。