近年来，全球极端降水的频率和强度呈增加的趋势，加剧了全球水循环和物质循环。IPCC第六次评估报告指出：全球变暖很可能导致一些地区极端强降水事件频繁发生，而且强度增大。而华北历史时期农业过量施肥以及污水排放等造成土壤氮素累积的问题较为突出，随着极端强降水事件频率的增加，在极端强降水条件下土壤累积的氮素如何影响地下水环境安全是水氮循环研究领域亟需关注的问题。然而，至今对极端强降水条件下氮素进入地下水的过程及其对地下水硝酸盐浓度和来源变化的影响仍然不明。
中科院农业资源研究中心王仕琴课题组以对气候变化较为敏感的华北山区补给源区典型流域作为研究区，揭示了极端强降水事件对地下水硝酸盐迁移过程及来源变化的作用机制。研究发现，华北补给源区地下水硝酸盐浓度与土地利用密切相关，氮素输入稳定条件下地下水硝酸盐无显著变化；强降水事件加剧了地下水硝酸盐污染程度，增加了自然累积和人类活动来源的氮素进入地下水的贡献率，不同土地利用地下水硝酸盐来源变化的响应不同。受极端强降水事件的影响，自然植被区地下水硝酸盐的主要来源从土壤氮（占43.5%）转变为土壤有机质，其贡献率从强降水前的32.3%增加到46.8%；农户区因长期人畜粪污水影响地下水硝酸盐主要来源为污水且变化不大；然而，经济林、农田区地下水硝酸盐主要来源为有机肥，极端降水使得经济林有机肥的贡献率从52.7%增加到66.3%，却使得农田区有机肥贡献率降低、化肥的贡献率从15.2%显著增加到31.3%。这与土壤表层历史时期累积氮素类型有关，极端降水条件下促进了土壤“优先流”发生的条件，携带不同土地利用类型下土壤表层累积的氮素快速进入含水层，且在短时间内加剧了地下水硝酸盐污染，威胁水源地水环境安全。研究从环境变化的角度对地下水硝酸盐源解析和污染风险提出了新的认识，为地下水补给源区水环境保护提供依据。
上述研究以“Extreme precipitation accelerates the contribution of nitrate sources from anthropogenetic activities to groundwater in a typical headwater area of the North China Plain”为题发表在Journal of Hydrology期刊上。郑文波博士为第一作者，王仕琴研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（42071053）、河北省杰青项目（D2019503072）、河北省创新群体项目（D2021503001）和河北省自然科学基金（D2021503010）项目资助。
图1 不同土地利用地下水硝酸盐氮氧同位素Box图及硝酸盐贡献比率图，其中a表示极端降水前（2016年4月），b表示极端降水后（2017年1月）
论文信息:
Wenbo Zheng, Shiqin Wang, 2021. Extreme precipitation accelerates the contribution of nitrate sources from anthropogenetic activities to groundwater in a typical headwater area of the North China Plain. Journal of Hydrology, 603, 127110.
