近两年，我校农工院博士后姜启豪开展了河流水沙界面氮素迁移转化机制以及中间产物温室气体氧化亚氮（N2O）减排调控的系列研究，并取得了突破性进展，其研究成果在水文领域《Journal of Hydrology》和《Hydrological Processes》、地学领域《Journal of Geophysical Research- Biogeosciences》以及环境领域权威期刊《Science of The Total Environment》上发表。该系列论文揭示了不同河流环境因子影响下水流—泥沙—碳氮反应的相互作用机理，研究结果不仅为农田确定适宜施氮量、提高氮素利用率提供参考依据，而且对于全球温室气体排放的准确评估具有重要的科学意义。
早在2019年10月，就有来自35个国家的150多名科学家呼吁“对河流氮污染采取紧急行动，以解决它对人类、野生动物和地球造成的广泛危害”。近5年来Nature和Science等期刊相关研究也表明：强人类活动影响下的河流氮循环过程已经超出了地球安全运行所对应的行星边界。氮循环中间产物N2O在百年尺度上的增温潜能是CO2的298倍，预计到2050年河流排放的N2O占到全球排放量的25%左右。该系列成果基于农工院徐俊增教授和水电院金光球教授研究团队近十年的研究，以“河流水沙界面生源物质氮的迁移转化规律与温室气体N2O减排调控”这一亟待解决的关键科学问题为共性导向，通过河流动力学、土壤学、泥沙运动学以及反应动力学等学科的交叉融通，揭示了近岸含水层中氨氮在不同地表水与地下水作用模式下的转化规律，阐明了不同水文节律变化对河床硝氮去除的影响机制，发展了盐分梯度产生的变密度流效应是改变河床温室气体N2O排放的动力学理论，并提出了新的无量纲数来判定和预测N2O在移动水沙界面的迁移路径和排放通量。该系列研究不仅有望为浅层地下水水环境修复提供理论参考依据，而且为水沙界面N2O减排提供新的调控思路和策略。
图1. 河流水体与泥沙作用下氮的迁移转化示意图
图2. 水沙界面N2O减排调控示意图
图3. 新的无量纲数预测N2O在移动水沙界面下的排放通量
研究工作得到了国家自然科学基金长江水科学联合基金重点项目和国家重点研发等项目的支持。
论文信息：
Qihao Jiang, Dongsheng Liu, Guangqiu Jin*, Hongwu Tang, Qi Wei, Junzeng Xu. N2O dynamics in the hyporheic zone due to ripple migration [J]. Journal of Hydrology, 2022, 610 (1): 127891. doi: 10.1016/j.jhydrol.2022.127891
Qihao Jiang, Guangqiu Jin*, Hongwu Tang, Junzeng Xu, Minmin Jiang. Ammonium (NH4+) transport processes in the riverbank under varying hydrologic conditions [J]. Science of The Total Environment, 2022, 826, 154097. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.154097
Qihao Jiang, Guangqiu Jin*, Hongwu Tang, Junzeng Xu, Yilin Chen. N2O production and consumption processes in a salinity‐impacted hyporheic zone [J]. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 2021, 126 (10), e2021JG006512. doi: 10.1029/2021JG006512
Qihao Jiang, Guangqiu Jin*, Hongwu Tang, Junzeng Xu, Qi Wei, Ling Li. Nitrate removal processes in the riverbed during a single-peak flood event [J]. Hydrological processes, 2021, 35 (2), e14041. doi: 10.1002/hyp.14041
