基于关键水文过程解析氮湿沉降下紫色土流域氮运移与再分配特征
批准号:
42107083
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
郝卓
依托单位:
学科分类:
环境水科学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
郝卓
中文摘要
氮(N)沉降对流域N素迁移转化的影响及其响应机制,已成为目前全球变化与地球科学研究的热点领域。基于关键水文路径对降雨-径流过程响应的敏感性差异研究,针对不同径流条件下,流域水体流经不同土地利用类型对N动态输出的影响研究还很有限。因此,本项目拟以四川省紫色土响滩河流域为研究区,通过原位径流小区和流域水文监测相结合,利用多稳定同位素(δD和δ18O、δ15N和δ18O)进行源与路径耦合示踪,揭示湿沉降在地表径流和壤中流中的分配比,探讨N湿沉降引起的地表径流和壤中流中N的再分配特征及其环境效应。借助LOADEST模型精细解析由N湿沉降导致的流域垂向关键水文过程对横向氮输出负荷的贡献。综合揭示基于关键水文过程解析氮湿沉降下紫色土流域氮运移与再分配特征,为改善流域生态系统管理,保障流域水质安全提供科学支撑,对保护长江流域水环境具有重要意义。
英文摘要
Nitrogen (N) deposition is an important source of N in watershed and its response mechanism has become a hot topic in global change and earth science research. Due to the different sensitivities of key hydrological paths to rainfall-runoff processes, there are still limited studies on N dynamic output under different runoff conditions and different land use types through which watershed water flows. The subtropical watershed in the purple soil area in Sichuan province is selected as a study area in the project. The aims of this project are to reveal the characteristic of N redistribution by using stable isotope (δD, δ18O, δ15N, δ18O) to trace the N source and hydrological path in situ runoff plot and stream in watershed, to quantify the contribution of each hydrological path in N transport load and N source at the vertical to horizontal interface caused by wet N deposition based on LOADEST model. It has great significance for the protection of the water environment of the Yangtze River Basin to comprehensively reveal the characteristics of nitrogen transport and redistribution in purple soil basin under the wet nitrogen deposition based on the analysis of key hydrological processes, and it also provides scientific basis for securing water quality safe and improving watershed management.
为探究氮(N)沉降对流域N素迁移转化的影响及其响应机制,基于对流域水体的长期监测,应用多稳定同位素及宏基因组技术相结合,通过连续3年的高效研究,研究发现:1)通过水同位素源-途径耦合示踪与水文模型,确定了氮湿沉降的主要水分来源及其水分运输过程。量化了大气水汽、降水、地表水和地下水中不同转化过程的贡献,揭示并量化了流域中关键的水文过程和去向,地下水是主要的补给来源,贡献率超过47.8%。2)基于LOADEST模型使用日流量和有限的氮浓度数据来估算了不同时间尺度下的氮负荷,模型效果好,精细估算了流域N输出通量的贡献量,主要的N负荷路径是缓慢水文流动路径占比50%以上,揭示了紫色土流域水体N运移过程与再分配特征。通过SWAT模型评估了氮湿沉降变化下流域干支流对水体各形态N的运移通量。3)利用宏基因组技术解析了河流N转化过程及代谢通路,识别了微生物群落和功能基因在氮转化中的主导作用和潜在贡献以及氮转化的关键环境因素,并探讨了内源沉积物氮释放和外部氮输入对流域水体氮动态变化的影响和微生物氮还原机制。本项目对流域N污染定向防控和削减策略能力的提高供科学支撑,对于保护长江流域水环境具有重要意义。
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