网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

科学通报 | 农业氮管理助力中国浅水湖泊水质改善

0
分享至

近日,中国科学院南京地理与湖泊研究所刘磊研究员等与南京大学刘永学教授团队,围绕农业氮污染与湖泊水质退化之间的关系,构建了农业管理情景与湖泊氮收支模型相耦合的定量分析框架,系统评估了优化农业氮管理对我国典型浅水湖泊氮浓度变化、恢复时间和治理效益的影响。研究表明,增效肥料、物料还田、施肥量优化和缓冲带建设等农业管理措施能够显著降低农田氮径流与淋溶损失。在最优管理情景下,流域向水体输送的氮可平均削减约47%,多数受污染浅水湖泊具有通过持续管理实现水质改善的潜力。该文章为“亚热带农业高质量发展”专题(辑)稿件。

湖泊是流域水循环和物质输移过程中的重要节点,其水质关系到区域水资源安全、生态系统健康和社会经济可持续发展。氮是驱动湖泊富营养化的关键营养元素之一。在农业集约化地区,大量未被利用的氮可通过径流、淋溶等途径进入水体,增加湖泊氮污染风险。尽管优化农业管理能够有效减少农田氮损失,但这些措施能够在多大程度上改善湖泊水质、湖泊需要多久才能恢复,以及带来的经济效益有多少,仍缺乏系统的定量评估。针对上述问题,研究团队构建了农业管理情景与浅水湖泊氮收支相耦合的定量分析框架,模拟不同农业管理情景下湖泊氮浓度及恢复时间的变化。

研究发现,中国典型浅水湖泊氮去除能力具有显著空间异质性。约52.8%的湖泊依靠自身净化能力即可达到氮浓度≤1 mg N L-1的水质目标,而长江中下游、淮河流域等集约化农业区的部分湖泊则表现出较高氮浓度和较强治理需求。在高氮输入区域,湖泊氮去除速率并未随氮负荷同步升高,说明高氮负荷条件下湖泊氮去除能力可能趋于饱和。这类湖泊既承受较高外源氮输入,又受到自身去除能力限制,是未来流域氮污染治理的重点对象。


1湖泊氮收支与去除效率的空间分布.

(a) 流域人为净氮输入量; (b) 湖泊年氮去除速率; (c) 湖泊水体氮浓度空间分布; (d) 湖泊氮去除比率, 即年氮去除量占氮负荷的比例; (e) 湖泊位置分布

基于田间观测数据,研究进一步评估了不同农业管理措施的减氮潜力。结果显示,增效肥料、物料还田、“4R”养分管理、缓冲带建设、灌溉优化和耕作方式调整等措施均可不同程度降低氮径流和淋溶损失。其中,综合实施最优农业管理措施可使进入水体的氮输入降低约47%,并显著提高氮素利用效率。这表明,农业氮管理不仅是削减面源污染的重要途径,也有助于提升农业生产系统的资源利用效率。

湖泊水质恢复并非一蹴而就。情景模拟显示,在5~10年的短期情景下,即便快速实施优化措施,仍有较多湖泊难以在短时间内达到水质目标;当管理周期延长至20年以上时,达标湖泊比例明显提高,湖泊氮浓度下降趋势更加显著。与“无行动基线”相比,实施农业管理措施可明显缩短湖泊恢复时间。


2管理措施对氮淋溶与径流的影响效应.

(a) 中国及周边地区的田间试验站点分布,按管理措施类型分类标注; (b) 管理措施对氮径流损失和氮淋溶损失的影响效应。点和误差线分别表示平均效应量和95%置信区间;措施按四类分组:外源添加、“4R”养分管理、作物优化和田间管理


3不同时间尺度下达到湖泊水质目标所需的人为净氮输入削减量.

(a) 5~90年内达到湖泊氮浓度≤1 mg N L–1所需削减强度(kg N km–2a–1)的空间分布. 深蓝色表示无需削减(具备自净能力), 深红色表示无法达标; (b) 不同恢复期达标所需NANI削减量的概率密度分布, 竖线表示中位数; (c) 不同恢复期达标所需NANI削减量; (d) 无法在目标年限内达到水质目标的区域湖泊数量

研究还量化了农业氮管理在湖泊治理上的经济合理性。结果表明,针对选定的17个高氮污染湖泊,农业氮管理的实施成本约为18.64±1.18亿美元,净收益约为288.33±96.76亿美元。高效益区域主要集中在集约化农业活动密集、人口密度较高且湖泊生态服务价值较大的地区。该结果说明,农业氮管理可作为具有较高效益的污染削减措施,为湖泊水质改善和生态系统服务保护提供重要支撑。

本研究从农业管理-流域-湖泊耦合视角出发,定量揭示了农业管理措施、入湖氮负荷削减和湖泊水质恢复之间的关系,为中国浅水湖泊富营养化治理提供了新的分析框架。研究指出,湖泊氮污染治理应避免一刀切,而应根据流域氮输入强度、湖泊自净能力、遗留氮压力和治理效益进行差异化设计。本研究为科学评估农业氮管理的水质改善潜力及其长期效益提供了定量依据,为湖泊氮污染治理和流域管理提供了科学支撑。

中国科学院南京地理与湖泊研究所和南京大学联合培养博士研究生刘璞为本文第一作者;中国科学院南京地理与湖泊研究所刘磊研究员、朱青研究员、张运林研究员和南京大学刘永学教授为本文共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金(T2522038, 42125103, 42371324, 42001347)等项目资助。

文章信息

刘璞, 刘永学, 朱青, 等. 农业管理优化对中国浅水湖泊氮浓度变化的定量方法研究. 科学通报, 2026. DOI: 10.1360/CSB-2026-0096.

《科学通报》是中国科学院主管、中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的综合性中文学术期刊,致力于快速报道自然科学各学科基础理论和应用研究的最新研究动态、消息、进展, 点评研究动态和学科发展趋势。

  • 旬刊,每10天出版1期;

  • 栏目:进展、评述、快讯、论文、观点、科技前沿、科学访谈、亮点述评、悦读科学等;

  • 《新锐期刊分区表》 综合性大类1区TOP期刊;

  • 中国科技期刊卓越行动计划领军期刊;

  • 《中国科技论文与引文数据库》和《中国科学引文数据库》的源期刊,同时被EI、ESCI和Scopus等收录;

  • 期刊官网:http://csb.scichina.com.

转载、投稿请留言

| 关注科学通报 | 了解科学前沿

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
王晶爆张国荣跳楼内幕!抑郁症只是一方面,受内地金主影响最大

王晶爆张国荣跳楼内幕!抑郁症只是一方面,受内地金主影响最大

可乐谈情感
2026-08-30 07:27:10
吴柳芳谈退役安置不公:我没刘翔那命,只有16万买断

吴柳芳谈退役安置不公:我没刘翔那命,只有16万买断

东方不败然多多
2026-09-01 11:00:29
历经33年跟风炒作,A股不死鸟600696终于退市

历经33年跟风炒作,A股不死鸟600696终于退市

反做空一线
2026-09-03 22:29:58
爆冷输24岁中国名将!世界第13评论区被攻占:假球 你赚了多少钱

爆冷输24岁中国名将!世界第13评论区被攻占:假球 你赚了多少钱

念洲
2026-09-03 07:06:05
老挝美女远嫁四川,家里有6套房还开奔驰,丈母娘感叹:中国人真有钱!

老挝美女远嫁四川,家里有6套房还开奔驰,丈母娘感叹:中国人真有钱!

历史甄有趣
2026-09-02 07:25:21
吸毒吸傻了?林肯号5000水兵冲泰国,日本横须贺被无情抛弃!

吸毒吸傻了?林肯号5000水兵冲泰国,日本横须贺被无情抛弃!

麓谷隐士
2026-09-04 00:55:03
萨拉赫加盟即陷入动荡:特拉布宗体育欧战出局,主帅离职引发混乱

萨拉赫加盟即陷入动荡:特拉布宗体育欧战出局,主帅离职引发混乱

星耀国际足坛
2026-09-03 22:26:34
NBA官方重磅罚单:快船和莱昂纳德违反工资帽规则,没收5首轮,罚款3000万美元;快船声明:强烈反对NBA调查结果,将继续申诉

NBA官方重磅罚单:快船和莱昂纳德违反工资帽规则,没收5首轮,罚款3000万美元;快船声明:强烈反对NBA调查结果,将继续申诉

扬子晚报
2026-09-03 07:31:31
平均每天近3款新车上市!宁德时代董事长曾毓群呼吁:全行业恪守“安全、可靠、长寿命”底层准则

平均每天近3款新车上市!宁德时代董事长曾毓群呼吁:全行业恪守“安全、可靠、长寿命”底层准则

封面新闻
2026-09-03 21:54:02
山西煤老板破产15年,女儿在国外突然来电:爸,伦敦的房子要卖吗

山西煤老板破产15年,女儿在国外突然来电:爸,伦敦的房子要卖吗

七分瘦三分肥
2025-06-04 22:10:18
民主党还能赢2026吗?

民主党还能赢2026吗?

美国华人杂谈
2026-09-03 05:46:51
“是个“狠人”!27岁小伙用筋膜枪震腰近半小时排出结石,医生:但他的肾脏破裂了

“是个“狠人”!27岁小伙用筋膜枪震腰近半小时排出结石,医生:但他的肾脏破裂了

小强热线
2026-09-02 20:59:25
特朗普公开表态,加拿大比中国、越南更难对付。

特朗普公开表态,加拿大比中国、越南更难对付。

果妈聊娱乐
2026-09-03 13:17:55
8个让代谢飙升的方法,代谢上去了,肚腩消失了,人也就瘦了!

8个让代谢飙升的方法,代谢上去了,肚腩消失了,人也就瘦了!

运动健身号
2026-08-25 07:00:15
中国用一票否决告诉特朗普:3个月后的G20峰会,先过中国这一关

中国用一票否决告诉特朗普:3个月后的G20峰会,先过中国这一关

墨染时光
2026-09-03 19:22:07
美国妄想替委内瑞拉赖掉中国的账,外交部回应,让华盛顿心如死灰

美国妄想替委内瑞拉赖掉中国的账,外交部回应,让华盛顿心如死灰

未来力量
2026-09-04 03:13:42
门票已售罄!樊振东真正意义主场首秀,面对上赛季曾输给过的强敌

门票已售罄!樊振东真正意义主场首秀,面对上赛季曾输给过的强敌

杨华评论
2026-09-04 00:22:54
意外!穆斯卡特带领上港队淘汰泰山后做出重要决定,值得期待

意外!穆斯卡特带领上港队淘汰泰山后做出重要决定,值得期待

振刚说足球
2026-09-03 08:29:34
中日若开战,将是地狱模式!全球终于清醒了:中国这次不是在演戏

中日若开战,将是地狱模式!全球终于清醒了:中国这次不是在演戏

叶葉夜
2026-08-31 11:23:21
美网奇迹:挽救5赛点+抢10翻盘!大满贯冠军2-1逆转,静候郑钦文

美网奇迹:挽救5赛点+抢10翻盘!大满贯冠军2-1逆转,静候郑钦文

越岭寻踪
2026-09-04 02:29:06
2026-09-04 05:24:49
科学通报 incentive-icons
科学通报
科学通报微信公众号
1484文章数 2024关注度
往期回顾 全部

头条要闻

男子逛夜市遭按摩摊大妈拉住 被5个大妈服务按到发红

头条要闻

男子逛夜市遭按摩摊大妈拉住 被5个大妈服务按到发红

体育要闻

梅西:巴萨10号与阿根廷10号

娱乐要闻

王宝强携女友回工作室!相恋8年仍未婚

财经要闻

章子怡套现3亿 上美拿什么补韩束的缺?

科技要闻

英伟达129亿美元拿下Hugging Face

汽车要闻

限时权益价28.99万起 FREELANDER神行者8正式上市

态度原创

教育
房产
艺术
本地
公开课

教育要闻

同样考80分,北京和天津的孩子为什么不能用同一套学习计划?

房产要闻

投资50亿!三亚又一重大配套,方案曝光!

艺术要闻

他画中的女人只露出一半侧脸,却让无数男人盯着看了整整三分钟,秘密全在光影里……

本地新闻

昆明的雨,解锁汪曾祺的浪漫雨季

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版