近年來，全球極端降水的頻率與強度呈增加趨勢，加劇了全球水迴圈和物質迴圈。華北歷史時期農業過量施肥以及汙水排放等造成土壤氮素累積的問題較為突出，隨著極端強降水事件頻率的增加，在極端強降水條件下土壤累積的氮素如何影響地下水環境安全是水氮迴圈研究領域亟須解決的問題。然而，至今對極端強降水條件下氮素進入地下水的過程及其對地下水硝酸鹽濃度和來源變化的影響尚不清楚。
中國科學院遺傳發育所農業資源研究中心王仕琴課題組以對氣候變化較為敏感的華北山區補給源區典型流域作為研究區，剖析了極端強降水事件對地下水硝酸鹽遷移過程及來源變化的作用機制。研究發現，華北補給源區地下水硝酸鹽濃度與土地利用密切相關，氮素輸入穩定條件下地下水硝酸鹽無顯著變化；強降水事件加劇了地下水硝酸鹽汙染程度，增加了自然累積和人類活動來源的氮素進入地下水的貢獻率，不同土地利用地下水硝酸鹽來源變化的響應不同。受極端強降水事件的影響，自然植被區地下水硝酸鹽的主要來源從土壤氮（佔43.5%）轉變為土壤有機質，其貢獻率從強降水前的32.3%增加到46.8%；農戶區因長期人畜糞汙水影響地下水硝酸鹽主要來源為汙水且變化不大；然而，經濟林、農田區地下水硝酸鹽主要來源為有機肥，極端降水使經濟林有機肥的貢獻率從52.7%增加到66.3%，卻使農田區有機肥貢獻率降低、化肥的貢獻率從15.2%顯著增加到31.3%。這與土壤表層歷史時期累積氮素型別有關，極端降水條件下促進了土壤“優先流”發生的條件，攜帶不同土地利用型別下土壤表層累積的氮素快速進入含水層，且在短時間內加劇了地下水硝酸鹽汙染，威脅水源地水環境安全。該研究從環境變化的角度對地下水硝酸鹽源解析和汙染風險提出了新認識，併為地下水補給源區水環境保護提供依據。
相關研究成果以Extreme precipitation accelerates the contribution of nitrate sources from anthropogenetic activities to groundwater in a typical headwater area of the North China Plain為題，發表在Journal of Hydrology上。研究工作得到國家自然科學基金、河北省自然科學基金傑出青年科學基金/創新群體專案、河北省自然科學基金的資助。
不同土地利用地下水硝酸鹽氮氧同位素Box圖及硝酸鹽貢獻比率圖。a表示極端降水前（2016年4月），b表示極端降水後（2017年1月）
來源：中國科學院遺傳發育所農業資源研究中心
