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。


图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。


图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


图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
懂车帝也太刚了!

懂车帝也太刚了!

胖胖说他不胖
2026-10-09 15:08:05
宁德时代发布“电电增程”换电新方案 首批签约13000台

宁德时代发布“电电增程”换电新方案 首批签约13000台

证券时报
2026-10-20 17:54:05
诈骗人员道出实情:骚扰来电,不接和挂断区别很大

诈骗人员道出实情:骚扰来电,不接和挂断区别很大

奇葩游戏酱
2026-10-19 10:09:38
西方战略专家:越南无论怎么蹦跶,都跳不出中国的手掌心

西方战略专家:越南无论怎么蹦跶,都跳不出中国的手掌心

农夫史记
2026-10-19 19:44:10
董明珠任校长,现场立规矩:不允许学生谈恋爱、不允许头发太长、不允许高价超市存在

董明珠任校长,现场立规矩:不允许学生谈恋爱、不允许头发太长、不允许高价超市存在

极目新闻
2026-10-20 17:10:21
这届网友太聪明了!员工将盛爱敬父母欠薪事件曝光至韩国,韩媒刊发报道,韩网舆论认为该成员应退出女团

这届网友太聪明了!员工将盛爱敬父母欠薪事件曝光至韩国,韩媒刊发报道,韩网舆论认为该成员应退出女团

火山詩话
2026-10-20 08:31:51
全国陌生电话接听率暴跌70%,为何大家都不愿接陌生电话了?

全国陌生电话接听率暴跌70%,为何大家都不愿接陌生电话了?

齐鲁壹点
2026-10-20 12:04:29
埃尔莫索:在输给皇马之后我们尤其需要这场胜利

埃尔莫索:在输给皇马之后我们尤其需要这场胜利

懂球帝
2026-10-21 06:13:17
40万条命换投降?1940年,丘吉尔赌上了整个英国

40万条命换投降?1940年,丘吉尔赌上了整个英国

纪史行者
2026-10-19 02:45:06
乌军公布“无人机从战场前线撤离伤员”画面称系“全球首次”,美媒:说法尚待核实

乌军公布“无人机从战场前线撤离伤员”画面称系“全球首次”,美媒:说法尚待核实

环球网资讯
2026-10-20 11:29:08
6射0正+失点+失空门,C罗战新未来城单场评分仅5.3分全场最低

6射0正+失点+失空门,C罗战新未来城单场评分仅5.3分全场最低

懂球帝
2026-10-21 06:45:10
随着美国17-0 朝鲜6-0 日本5-0,U17世界杯积分榜:中国女足退居第2

随着美国17-0 朝鲜6-0 日本5-0,U17世界杯积分榜:中国女足退居第2

侃球熊弟
2026-10-20 08:56:47
王诗龄一幅桃子画进卢浮宫拍出145万,第二天就被扒了:展厅,花钱就能进

王诗龄一幅桃子画进卢浮宫拍出145万,第二天就被扒了:展厅,花钱就能进

黎兜兜
2026-10-19 14:06:47
跑了七年龙套、被人说“外部条件不足”的演员,今天被金鸡奖提名

跑了七年龙套、被人说“外部条件不足”的演员,今天被金鸡奖提名

骄阳之夏明
2026-10-20 15:27:19
当众拒唱国歌不认中国籍,把两个孩子全送出国,如今报应终于来了

当众拒唱国歌不认中国籍,把两个孩子全送出国,如今报应终于来了

鹤羽说个事
2026-09-02 16:51:59
秦安:这才是决定性的!胡塞武装具有人民性、正义性和反侵略性,西方将其视为伊朗代理人具有欺骗性!

秦安:这才是决定性的!胡塞武装具有人民性、正义性和反侵略性,西方将其视为伊朗代理人具有欺骗性!

秦安战略
2026-10-12 14:28:44
99%的人不懂的人性潜规则:不要和熟人谈利益,利益面前,再好的关系也容易破裂

99%的人不懂的人性潜规则:不要和熟人谈利益,利益面前,再好的关系也容易破裂

清风拂心
2026-09-28 07:30:16
深圳两条超级地铁双双延期:深惠城际1标延至2029年底,深大城际只能分段开通

深圳两条超级地铁双双延期:深惠城际1标延至2029年底,深大城际只能分段开通

糖逗在娱乐
2026-10-20 17:01:58
篮协大洗牌!中国篮协启动换届,郭振明离任,四大候选谁能上位?

篮协大洗牌!中国篮协启动换届,郭振明离任,四大候选谁能上位?

铜臭的历史味
2026-10-21 06:10:28
穆里尼奥仍不信任28岁皇马球星,中场试验也没成功

穆里尼奥仍不信任28岁皇马球星,中场试验也没成功

甜份超标的我
2026-10-20 15:51:26
2026-10-21 06:56:49
科学通报 incentive-icons
科学通报
科学通报微信公众号
1538文章数 2027关注度
往期回顾 全部

头条要闻

距中国台湾110公里 日美出动6万人大举军演为历史之最

头条要闻

距中国台湾110公里 日美出动6万人大举军演为历史之最

体育要闻

巴拉克:天生亚军与漫长极夜

娱乐要闻

刘恺威承认新恋情,打球认识

财经要闻

抄底万达之后 私募大佬又对恒大下手了

科技要闻

新版MiniMax,能和DeepSeek掰手腕吗?

汽车要闻

黑科技一次看全 2026奇瑞全球创新大会干货汇总

态度原创

教育
亲子
时尚
本地
军事航空

教育要闻

成都户籍娃在市外读初中,回蓉升学路径家长看这篇就够

亲子要闻

奇!41岁女子不知怀孕,腹部剧痛送医顺产7斤儿子!

秋天穿印花裙真的很有氛围感!不显胖、不呆板,大方又显气质

本地新闻

一场垂直登高赛跑出了"山城"的真正内核

军事要闻

特朗普狠批泽连斯基"不想结束战争" 泽连斯基强硬回怼

无障碍浏览 进入关怀版