土地利用對(duì)句容河氧化亞氮溶存濃度與排放的影響

摘要：揭示土地利用對(duì)河流氧化亞氮（N2O）濃度與排放的影響，為提高全球溫室氣體模型估算的準(zhǔn)確度，制定減排政策提供參考。2022年7月在句容河采集了河水和沉積物樣品，測(cè)量了相關(guān)水體和沉積物理化因子，并測(cè)定了河流N2O溶存濃度和水-氣界面排放速率，探討了緩沖區(qū)、河岸帶和集水區(qū)3個(gè)不同尺度的土地利用對(duì)河流N2O產(chǎn)生與排放的影響。結(jié)果表明，句容河夏季N2O的平均濃度為10.11 nmol/L，近岸位置的平均排放速率為1.66 μmol/（m2·h），河中位置的平均排放速率為1.28 μmol/（m2·h），濃度與排放速率均低于全球平均水平[37.50 nmol/L；4.01 μmol/（m2·h）]。句容河N2O的濃度和排放與河流級(jí)別沒(méi)有顯著的關(guān)系，而更多受流域內(nèi)人類活動(dòng)尤其是農(nóng)業(yè)活動(dòng)和城市化的顯著影響。污水輸入的氮、碳等營(yíng)養(yǎng)鹽顯著改變了河流內(nèi)部氮素的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程，進(jìn)而影響了N2O的產(chǎn)生與排放。不同人類活動(dòng)類型在不同空間尺度上對(duì)句容河N2O產(chǎn)生具有顯著影響，以點(diǎn)源污染為主的城鎮(zhèn)和城市（不透水地表）在較大尺度上（河岸帶與集水區(qū)）影響較為明顯（P=0.1），而在緩沖區(qū)這種小尺度范圍內(nèi)，農(nóng)田的影響較為明顯（P=0.09）。

關(guān)鍵詞：氧化亞氮；土地利用；空間尺度；句容河

中圖分類號(hào)：X52" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " 文章編號(hào)：1674-3075（2025）02-0013-09

氧化亞氮（N2O）作為地球最重要的長(zhǎng)期溫室氣體之一，其百年之內(nèi)的增溫潛勢(shì)（GWP）是二氧化碳（CO2）的298倍，在對(duì)流層的停留時(shí)間更是長(zhǎng)達(dá)120年，是臭氧層的主要破壞者（Tian et al，2015）。全球N2O每年的排放量達(dá)17.7 Tg，主要有自然和人為兩大來(lái)源，其中來(lái)自于自然排放的約占70%，人為排放的約占30%（Wuebbles，2009）。世界氣象組織監(jiān)測(cè)顯示，全球大氣中的N2O濃度已達(dá)到（331.1±0.1）μg/L，自18世紀(jì)中葉以來(lái)穩(wěn)步增長(zhǎng)了123%，并且由于人類對(duì)自然氮循環(huán)的干擾，N2O的濃度以每年0.75 μg/L的速度持續(xù)增加（IPCC，2013）。因此，探索地表N2O排放的影響因子對(duì)于制定減排政策，減緩全球變暖非常重要。近年來(lái)，生態(tài)系統(tǒng)的N2O排放已成為生態(tài)學(xué)和全球氣候變化研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。2013年政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC）的報(bào)告表明，每年河流、河口和沿海地區(qū)排放的N2O有0.6 Tg來(lái)源于人類活動(dòng)（IPCC，2013）。而有學(xué)者認(rèn)為這是一個(gè)低估值，認(rèn)為河流N2O排放量每年可達(dá)1.05 Tg，其中90%可能是人為因素產(chǎn)生的（Seitzinger amp; Kroeze，1998）。盡管越來(lái)越多的報(bào)告表明河流是溫室氣體的重要來(lái)源，但河流N2O排放量的大小和機(jī)制仍不清楚（Quick et al，2019）。現(xiàn)有的實(shí)地觀測(cè)研究主要以海洋和河口為主（Li amp; Davis，2014），對(duì)河流N2O產(chǎn)生和排放的原位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)極為有限。鑒于N2O的高度可變性和影響因素的復(fù)雜性，過(guò)去廣泛應(yīng)用的擴(kuò)散經(jīng)驗(yàn)公式的算法以及基于模型對(duì)于全球河流N2O排放的估算有很大的不確定性。

N2O是硝酸鹽（NO3?）和亞硝酸鹽（NO2?）等溶解無(wú)機(jī)氮（DIN）轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的中間反應(yīng)產(chǎn)物。硝化和反硝化都是N2O產(chǎn)生的主要途徑。由于環(huán)境因素等條件的時(shí)空變異性，N2O 2種途徑的貢獻(xiàn)可能有很大差異（Liang et al，2022）。在河流生態(tài)系統(tǒng)中，當(dāng)氨氮（NH4+）、NO2?或NO3?等活性氮的濃度升高時(shí)，產(chǎn)生N2O的可能性增大，因此全球人為活性氮濃度的急劇增加會(huì)導(dǎo)致全球大氣N2O濃度的增加（Herrman amp; Moore，2008）。

土地利用與河流水體在不同空間尺度上緊密關(guān)聯(lián)（Zorzal-Almeida et al，2018）。流域內(nèi)混合土地利用增加了河流N2O產(chǎn)生與排放識(shí)別的復(fù)雜性。研究表明土地利用對(duì)鄰近河流水體的影響顯著（Akshitha et al，2023），進(jìn)而影響河流水體中N2O的產(chǎn)生與排放。在城市用地為主的流域，污水中的氮輸入可能導(dǎo)致河流活性氮水平增加（Lin et al，2020），進(jìn)而促進(jìn)河流硝化與反硝化等氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的產(chǎn)生和N2O的排放。在農(nóng)田或林地覆蓋為主的流域，肥料和土壤氮的輸入也會(huì)影響N2O的產(chǎn)生與排放（Bu et al，2014）。鑒于景觀尺度對(duì)空間格局變化很敏感，當(dāng)前研究普遍使用緩沖區(qū)、河岸帶和集水區(qū)在內(nèi)的3種空間尺度將景觀變量與河流N2O動(dòng)態(tài)聯(lián)系起來(lái)，更多集中于不同尺度土地利用對(duì)河流水質(zhì)變化的影響。關(guān)于土地利用對(duì)河流N2O濃度和排放的影響研究主要集中在集水區(qū)尺度，對(duì)于其他尺度土地利用變化對(duì)河流N2O濃度與排放的關(guān)系仍不清楚。為了進(jìn)一步明確土地利用與N2O濃度與排放的關(guān)系，推動(dòng)溫室氣體減排，制定合理有效的農(nóng)業(yè)措施，研究不同空間尺度（緩沖區(qū)、河岸帶和流域尺度）的土地利用對(duì)流域N2O溶存濃度和排放的影響十分重要。本研究選擇我國(guó)句容河流域作為研究對(duì)象，在測(cè)定句容河N2O排放通量和水中溶存的濃度，以及水體和沉積物的理化參數(shù)和氮轉(zhuǎn)化速率的基礎(chǔ)上，分析不同尺度土地利用與N2O濃度和排放的相關(guān)性，明確河流N2O空間動(dòng)態(tài)變化與人類活動(dòng)（特別是城市化與農(nóng)業(yè)活動(dòng)）的關(guān)系及其內(nèi)在機(jī)制，加深對(duì)于河流生態(tài)系統(tǒng)N2O排放過(guò)程和機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為提高全球溫室氣體模型估算的準(zhǔn)確度，制定減排政策提供參考。

1" "材料與方法

1.1" "研究區(qū)概況

句容河流域（118°49'～119°19' E，31°38'～32°08' N）位于中國(guó)江蘇省，是秦淮河源頭之一，該流域是長(zhǎng)江流域人類活動(dòng)干擾最嚴(yán)重的子流域之一，是研究人類活動(dòng)及土地利用變化對(duì)河流N2O濃度和排放影響的理想場(chǎng)所。句容河長(zhǎng)度為64.8 km，集水區(qū)面積為1 262 km2。該地區(qū)位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)氣候顯著，四季分明，夏季高溫多雨，汛期為5—9月。句容河貫穿句容城區(qū)，從城東南橫穿而過(guò)，農(nóng)業(yè)規(guī)模大，人口密度高，受人類活動(dòng)影響大。流域內(nèi)農(nóng)田面積占76%，城市用地等不透水地表占13%。

1.2" "樣品采集及預(yù)處理

2022年7月在流域內(nèi)設(shè)置18個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行樣品采集，包括5個(gè)干流點(diǎn)和13個(gè)支流點(diǎn)，其中一級(jí)河流3個(gè)，二級(jí)河流10個(gè)，三級(jí)河流2個(gè)，四級(jí)河流3個(gè)（圖1）。采前和采樣期間氣候較穩(wěn)定，沒(méi)有發(fā)生極端天氣事件。

從每個(gè)樣點(diǎn)收集河水和沉積物樣本。用GPS記錄每個(gè)點(diǎn)的海拔和坐標(biāo)。使用校準(zhǔn)探針（EXO3，YSI）記錄水溫、pH、電導(dǎo)率、葉綠素和溶解氧（DO）。用便攜式風(fēng)速計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量氣溫、氣壓和風(fēng)速。同時(shí)，在每個(gè)采樣點(diǎn)的河中與河邊位置同時(shí)放置2個(gè)覆蓋鋁箔的靜態(tài)箱，于0、10、20和30 min取100 mL氣體裝入氣袋中運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，檢測(cè)N2O濃度，進(jìn)而計(jì)算排放通量，同時(shí)用尺子測(cè)量采樣點(diǎn)位置的水深。在每個(gè)樣點(diǎn)用聚乙烯瓶采集500 mL無(wú)氣泡原水運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)N2O的溶解濃度。同時(shí)，用每個(gè)采樣點(diǎn)的河水沖洗后的10 L聚乙烯袋收集河水，水通過(guò)玻璃纖維膜（Whatman GF/F）就地過(guò)濾送回實(shí)驗(yàn)室，并儲(chǔ)存在冰箱（-20 °C）中。1周內(nèi)進(jìn)行NO3?、NO2?、氯離子（Cl?）、溶解性無(wú)機(jī)碳（DIC）和NH4+等水體理化因子的測(cè)定。

根據(jù)1 m間隔的網(wǎng)格從河道中部收集河流沉積物，并將每個(gè)點(diǎn)的5～6個(gè)平行沉積物充分混合形成1個(gè)樣本（約2 kg）儲(chǔ)存在-20 °C的黑暗冰箱中，進(jìn)行后續(xù)理化參數(shù)與硝化和反硝化速率的測(cè)定。沉積物含水量由自然風(fēng)干前后的質(zhì)量差異計(jì)算得出。沉積物中的NO3?和NH4+濃度在氯化鉀浸提之后使用分光光度法測(cè)定。將沉積物樣品冷凍干燥處理并去除雜質(zhì)之后，使用元素分析儀（Vario TOC cube，Hanau）測(cè)定土壤有機(jī)碳（SOC）。

1.3" "計(jì)算方法

1.3.1" "N2O排放通量" "根據(jù)以下方程式計(jì)算N2O排放通量Ft：

[Ft=nt?n0a×t]" " " " nbsp; " ①

式中：nt和n0分別為時(shí)間t和實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)箱內(nèi)N2O的摩爾數(shù)（μmol）；a為試驗(yàn)箱覆蓋水體的表面積（m2）；t為測(cè)量持續(xù)時(shí)間（h）（Zhang et al，2022）。

1.3.2" "N2O濃度 使用亨利定律計(jì)算河水中溶解的N2O濃度，主要依據(jù)公式②和③進(jìn)行計(jì)算：

KccH = Ca/Cg = R×T×KH" " " " "②

式中：Ca為頂空平衡狀態(tài)下的液體N2O濃度（nmol/L）；Cg為氣相N2O濃度（nmol/L）；KccH為亨利定律常數(shù)，可通過(guò)氣體常數(shù)（R）、溫度（T）和KH計(jì)算得出；KH為298.15 K和1 Pa條件下的氣體亨利常數(shù)，當(dāng)T = 298.15 K時(shí)，N2O的KH為2.5×10-2。

Csample = （Ca × Va + Cg × Vg）/Va" " " " ③

式中：Va為液體體積（L），Vg為頂部空間的氣體體積（L），Csample為水樣中溶解的N2O濃度（nmol/L）（Wang et al，2024）。

1.3.3" "關(guān)鍵氮轉(zhuǎn)化過(guò)程" "采用15N標(biāo)記法確定潛在的反硝化速率（Thamdrup amp; Dalsgaard，2002）。設(shè)置了一系列預(yù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定理想的預(yù)培養(yǎng)時(shí)間（72 h）和培養(yǎng)時(shí)間（8 h）。每個(gè)樣點(diǎn)準(zhǔn)備7個(gè)12 mL的頂空瓶，在每個(gè)頂空瓶中稱取2 g沉積物，在與去離子水充分混合后放置在恒溫?fù)u床（200 r/min），在樣點(diǎn)溫度下預(yù)培養(yǎng)72 h。之后在1個(gè)頂空瓶中加入200 μL飽和氯化鋅終止反應(yīng)，其余頂空瓶中均加入100 μL 15NO3?，后取3個(gè)再加入200 μL飽和氯化鋅作為起始樣，剩余3個(gè)樣品放回?fù)u床繼續(xù)恒溫培養(yǎng)8 h后再加入200 μL飽和氯化鋅作為終止樣。使用HPR-40膜入口質(zhì)譜儀（MIMS）（Hiden analytical）對(duì)產(chǎn)生的29N2和30N2濃度進(jìn)行分析，用于計(jì)算反硝化速率。計(jì)算方法如下：

D29 = P30 × 2 ×（1-FN）/FN" " " ④

Dt = D29 + 2 × P30" " " "⑤

式中：D29為反硝化反應(yīng)過(guò)程29N2產(chǎn)生速率[μmol/（kg·h）]；P30為終止樣品培養(yǎng)8 h后的30N2產(chǎn)生速率[μmol/（kg·h）]；FN為15N占總NO3?比例（%）；Dt為潛在反硝化速率。

凈硝化速率的測(cè)定采用好氧培養(yǎng)法（Neill et al，1997）。稱量（30±0.01）g新鮮沉積物置于250 mL錐形瓶中，錐形瓶松散密封，以保持有氧條件，調(diào)節(jié)溫度到采樣點(diǎn)采樣時(shí)的溫度并黑暗培養(yǎng)14 d。培養(yǎng)前后，均用2 mol/L的氯化鉀溶液提取樣品中的無(wú)機(jī)氮，測(cè)定NO3?濃度進(jìn)而獲得沉積物的凈硝化速率。

1.4" "數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

Spearman相關(guān)系數(shù)用于評(píng)估理化參數(shù)、氮轉(zhuǎn)化率、各尺度土地利用、N2O濃度和通量之間的關(guān)系，Plt;0.05表示相關(guān)性顯著。利用地理信息系統(tǒng)（ArcGIS 10.7）從句容河流域的DEM圖像中采用斯特拉勒分級(jí)法進(jìn)行河流分級(jí)，同時(shí)分類出5種土地利用類型（農(nóng)業(yè)、森林、草地、城市和水域），并在3個(gè)空間尺度（緩沖區(qū)、河岸帶和集水區(qū)）評(píng)估土地利用對(duì)N2O產(chǎn)生空間范圍的重要性。對(duì)于緩沖區(qū)尺度，監(jiān)測(cè)點(diǎn)上游500 m被視為地理中心，并創(chuàng)建了500 m緩沖區(qū)用于空間分析（圖2a）；河岸尺度包括在所有采樣點(diǎn)上方延伸至整個(gè)上游的每側(cè)1 000 m的帶寬（圖2b）；對(duì)集水區(qū)尺度而言，確定了18個(gè)采樣點(diǎn)上游整個(gè)集水區(qū)的土地使用情況（圖2c）。

2" "結(jié)果與分析

2.1" "水中N2O溶存濃度與排放通量

句容河溶解的N2O濃度為0～15.31 nmol/L，平均值為10.11 nmol/L（表1），句容河夏季N2O溶解濃度低，低于全球平均水平（37.50 nmol/L）（Chen et al，2023），且低于全球其他農(nóng)業(yè)河流，例如美國(guó)的San Joaquin River（7.10～36.40 nmol/L）（Outram amp; Hiscock，2012）和英國(guó)的Thurne River（62.00 nmol/L）（Hinshaw amp; Dahlgren，2013），但是高于中非的森林和草原河流（6.20～9.60 nmol/L）。

句容河夏季河邊的水-氣界面排放通量為-0.17～4.37 μmol/（m2·h），平均值是1.66 μmol/（m2·h），河中為-1.85～5.88 μmol/（m2·h），平均值是1.28 μmol/（m2·h）（表1）。句容河河邊通量高于河中通量，河邊與河中通量無(wú)顯著性差異（圖3），且排放通量顯著低于全球平均水平[4.01 μmol/（m2·h）]（Chen et al，2023），也低于美國(guó)的San Joaquin River [0.60～4.70 μmol/（m2·h）]（Outram amp; Hiscock，2012）與英國(guó)的Thurne River [2.98 μmol/（m2·h）]（Hinshaw amp; Dahlgren，2013），但高于印度農(nóng)業(yè)河流Indian Estuaries [0～0.59 μmol/（m2·h）]（Rao amp; Sarma，2013）。

2.2" "水體理化因子及其空間變化

本研究測(cè)定了相關(guān)的水體理化因子（表2），各級(jí)河流溫度差異較小，其中二級(jí)河流溫度最高為32.21 ℃，四級(jí)河流次之，一二級(jí)河流的平均溫度一致。DO為二級(jí)河流最高，一級(jí)河流次之，四級(jí)河流最低。四級(jí)河流之間的pH值差異較小。三級(jí)河流的Cl?與SO42?濃度最高，二級(jí)河流最低。三級(jí)河流NH4+濃度最高，二級(jí)河流次之，一級(jí)河流最低。三級(jí)河流NO3?濃度最高，四級(jí)河流次之，二級(jí)河流最低。

2.3" "沉積物理化因子與氮轉(zhuǎn)化速率

沉積物中的理化因子及氮轉(zhuǎn)化速率見(jiàn)表3。沉積物中NH4+濃度較高，三級(jí)河流平均值為249.00 mg/kg，為各級(jí)河流最高，一級(jí)河流次之，四級(jí)河流最低，平均值為69.41 mg/kg。三級(jí)河流NO3?濃度最高，二級(jí)河流次之，四級(jí)河流最低。句容河沉積物硝化速率整體較低（圖4，表3），其中四級(jí)河流最高，三級(jí)河流最低。反硝化速率高于硝化速率，三級(jí)河流最高，四級(jí)河流最低，此結(jié)果與硝化速率剛好相反。

2.4" "N2O溶存濃度與通量的空間變化

句容河為四級(jí)河流，其中三四級(jí)河流共5個(gè)樣點(diǎn)，一二級(jí)河流13個(gè)樣點(diǎn)。夏季四級(jí)河流N2O平均濃度最高（122 nmol/L），三級(jí)河流最低（59 nmol/L）；河邊N2O平均排放通量一級(jí)河流最高[1.93 μmol/（m2·h）]，三級(jí)河流最低[0.61 μmol/（m2·h）]；河中N2O平均排放通量一級(jí)河流最高[1.46 μmol/（m2·h）]，三級(jí)河流最低[0.44 μmol/（m2·h）]。各級(jí)河流之間N2O濃度和通量的空間變化不明顯，上下游空間變化也無(wú)顯著規(guī)律。

2.5" "相關(guān)性分析

對(duì)水中溶存N2O濃度、排放通量與各環(huán)境因子間的Spearman相關(guān)性分析（圖6）顯示，N2O濃度與DO存在正相關(guān)關(guān)系（P=0.1），與pH存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05）；河邊排放通量與河水中的SO42?、NO3?、DIC與流速等存在正相關(guān)關(guān)系，其中與DIC（Plt;0.05）和流速（Plt;0.01）的相關(guān)性均顯著，與水深呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.01）。河中位置排放通量與沉積物中的NO3?存在正相關(guān)關(guān)系（P=0.09），與pH存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05）。河水中NO3?濃度與SO42?、Cl?呈正相關(guān)關(guān)系，其中與SO42?（Plt;0.05）的相關(guān)性顯著。

將3個(gè)尺度的土地利用與N2O濃度、排放通量與理化因子等參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析：在集水區(qū)與河岸帶尺度，城市用地等不透水地表與河水中的Cl?（Plt;0.05）、SO42?（Plt;0.01）、NH4+（Plt;0.05）、NO3?（Plt;0.05）呈顯著正相關(guān)（圖7）；在緩沖區(qū)尺度，農(nóng)田與沉積物中的NO3?和SOC呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05）（圖8）。在集水區(qū)和河岸帶尺度上，河流水體營(yíng)養(yǎng)鹽、N2O的濃度、排放速率和農(nóng)田均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系（Pgt;0.05）。

3" "討論

3.1" "城市和城鎮(zhèn)對(duì)河流N2O的影響

研究表明，NO3?作為反硝化的反應(yīng)基質(zhì)，其濃度是河流N2O排放的有效指示指標(biāo)（IPCC，2013）。圖6的相關(guān)分析結(jié)果也顯示了句容河河岸附近水體N2O排放與NO3?濃度呈正相關(guān)關(guān)系。政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC）基于河流/湖泊N2O主要來(lái)源于反硝化作用的假設(shè)，通過(guò)使用硝酸鹽濃度和間接排放因子來(lái)估計(jì)N2O排放量（IPCC，2013）。而句容河沉積物的反硝化速率遠(yuǎn)高于硝化速率，并且硝化作用速率很低（圖4），可能表明反硝化是句容河重要的N2O產(chǎn)生途徑。這與其他研究中反硝化作用是城鄉(xiāng)河流N2O產(chǎn)生的主要驅(qū)動(dòng)力的結(jié)論相一致（Yang amp; Lei，2018），該研究還表明顯著的反硝化作用會(huì)影響NO3?在農(nóng)田和城市河水中的分布。

本研究中，水中NO3?濃度與Cl?（P=0.05）和SO42?（Plt;0.05）的濃度呈正相關(guān)關(guān)系（圖6）。由于污水中通常具有高含量的Cl?與SO42?，以上相關(guān)關(guān)系可能表明污水是河流中NO3?的重要來(lái)源，并對(duì)河水N2O的產(chǎn)生和排放起到重要影響。而Cl?和SO42?的濃度與N2O濃度沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系，表明外部污水直接輸入的N2O較少，或者輸入的N2O受到水-氣界面N2O排放的影響。N2O排放速率亦與Cl?和SO42?的濃度無(wú)關(guān)（圖6），表明污水對(duì)于河流N2O的影響更多是通過(guò)影響河流內(nèi)部的氮生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程引起的。

污水輸入較多發(fā)生在城市和城鎮(zhèn)地區(qū)。在集水區(qū)與河岸帶尺度上，不透水地表與Cl?、SO42?、NH4+和NO3?均呈顯著正相關(guān)（圖7）。這些相關(guān)關(guān)系表明，城市和城鎮(zhèn)污水在較大的空間尺度上對(duì)河流營(yíng)養(yǎng)鹽影響較為顯著。由于城市和城鎮(zhèn)零散分布在流域，其影響相較于面源可能更加集中在局部，因此可能很難反映在局部樣點(diǎn)周邊小尺度上。換而言之，較小的尺度（例如樣點(diǎn)緩沖區(qū)）可能無(wú)法將城鎮(zhèn)和城市的影響包含在內(nèi)。而在較大的尺度上（比如集水區(qū)尺度和河岸尺度），城鎮(zhèn)和城市可以更好的包含在內(nèi)，其影響可以更好地體現(xiàn)出來(lái)。這一結(jié)論進(jìn)一步豐富了土地利用對(duì)于河流N2O濃度與排放的影響研究。Chun等（2020）研究表明，城市化河流系統(tǒng)中廢水促進(jìn)下游N2O的排放；Yang和Lei（2018）的研究也顯示集水區(qū)尺度上土地利用對(duì)N2O的排放在時(shí)空尺度上影響顯著，這都與本文結(jié)論一致。

3.2" "農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)N2O的影響

在集水區(qū)和河岸帶尺度上，河流水體營(yíng)養(yǎng)鹽、N2O的濃度、排放速率和農(nóng)田均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系（Pgt;0.05）。而在緩沖區(qū)尺度上，農(nóng)田與河流沉積物中的NO3?、SOC呈顯著正相關(guān)（圖8）。相關(guān)分析表明，沉積物中的NO3?含量與河流中部N2O排放通量呈正相關(guān)關(guān)系（P=0.09）（圖6）。這與美國(guó)Kalamazoo River中的N2O排放速率與沉積物中的NO3?呈正相關(guān)結(jié)論一致（Beaulieu et al，2008）。

夏季句容河流域農(nóng)業(yè)活動(dòng)頻繁，降水豐沛，施加氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤中的SOC與DIN增加，并隨著雨水沖刷和淋溶作用進(jìn)入水體和沉積物，導(dǎo)致沉積物NO3?、SOC濃度增加。而NO3?作為反硝化過(guò)程的反應(yīng)基質(zhì)，可能影響沉積物反硝化以及伴隨的N2O產(chǎn)生與排放。面源輸入會(huì)導(dǎo)致河流水體NO3?濃度升高。本研究中，河流水體NO3?與N2O濃度沒(méi)有直接顯著的相關(guān)關(guān)系，表明農(nóng)田直接輸入對(duì)河流N2O的影響較小，而主要是通過(guò)影響沉積物內(nèi)部產(chǎn)生過(guò)程起作用。由于農(nóng)田廣泛分布在流域內(nèi)（圖1），其影響在較小尺度上（例如緩沖區(qū)）可以較好地體現(xiàn)出來(lái)（圖8）。

3.3" "河流N2O排放的其他控制因素

句容河夏季N2O溶存濃度較低，但排放速率較高，可能表明N2O更多排放到大氣中導(dǎo)致水中濃度降低。N2O河邊通量與DIC、流速存在顯著正相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05）（圖6）。這可能是因?yàn)槲鬯突实任镔|(zhì)的輸入使河水中DIC增加，水中的反應(yīng)基質(zhì)增加促使N2O的排放通量進(jìn)一步提高，而流速加快水面氣體的逸散，影響氣體擴(kuò)散速率（Clough et al，2007）。

同時(shí)，河岸附近水體N2O排放與水深呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.05）。如前文所述，沉積物可能是河流N2O產(chǎn)生的重要場(chǎng)所，沉積物產(chǎn)生的N2O在向水面遷移的過(guò)程中可能被水環(huán)境中的細(xì)菌還原和消耗，該過(guò)程受到遷移時(shí)間和水深的影響。此外，較深的水體可能產(chǎn)生更多的厭氧環(huán)境，為反硝化的發(fā)生提供了更合適的反應(yīng)場(chǎng)所，但同時(shí)也增加了反硝化過(guò)程完全反應(yīng)的可能性，使得N2O在水體中進(jìn)一步轉(zhuǎn)化的可能性增加。這與Yan等（2022）對(duì)秦淮河的研究一致，該研究表明N2O排放更可能是由生物地球化學(xué)過(guò)程的變化引起的。

句容河的N2O溶存濃度與DO存在正相關(guān)關(guān)系（P=0.1）。DO是控制N2O的重要因子之一，充足的DO供給更利于水體硝化作用及其伴隨N2O的產(chǎn)生及后續(xù)水-氣界面排放。這與美國(guó)Kalamazoo River研究結(jié)論一致（Beaulieu et al，2008）。

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（責(zé)任編輯" "熊美華）

Impact of Land Use on the Concentration and Emission of Nitrous Oxide in Jurong River

MA Wei1， 2， ZHANG Wenshi3， LI Yuhong2， JIANG Hao2， 4， 5

（1. School of Ecology and Environment， Tibet University， Lhasa" "850000， P.R. China;

2. Key Laboratory of Aquatic Plants and Watershed Ecology， Chinese Academy of Sciences，Wuhan" "430074， P.R. China;

3. School of Earth System Science， Tianjin University， Tianjin 300072， P.R. China;

4. Hubei Provincial Key Laboratory of Wetland Evolution and Ecological Restoration，Wuhan" "430074，" P.R. China;

5. Danjiangkou Wetland Ecosystem Field Scientific Observatory， Wuhan" "430074，" P.R. China）

Abstract：Exploring the impact of land use on the concentration and emission of nitrous oxide （N2O） in rivers is pivotal for understanding the broader impacts of human activities on global climate change. The Jurong River catchment in Jiangsu Province， a sub-shed in the Yangtze River basin， is severely affected by human activities， making it an ideal site for studying the impact of human activities and land-use change on the concentration and emission of N2O in rivers. In July 2022， water and sediment samples at 18 sampling sites across the Jurong River watershed were collected for determination of physicochemical factors. Emission rates of N2O at the water-air interface were measured near-shore and river-center at each site， and the effects of land use on N2O concentrations and emissions were explored at three different scales （500 m radius， riparian zone， and catchment area）. The average concentration of dissolved N2O in the Jurong River was 10.11 nmol/L in summer， and the average emission rates were 1.66 μmol/（m2·h） near-shore and 1.28 μmol/（m2·h） river-center， lower than the global average concentration of 37.5 nmol/L and emission rate of 4.01 μmol/（m2·h）. The concentration and emission of N2O in Jurong River did not exhibit significant correlation with river scales， but were markedly influenced by agriculture and urbanization within the watershed. The N2O emission near-shore was positively correlated with the NO3- concentration （P=0.1）， and the NO3- concentration was positively correlated with concentrations of Cl- （P=0.05） and SO42- （Plt;0.05）， implying that domestic wastewater increased N2O emission. However， the correlations of N2O concentration with Cl- and SO42- concentrations were not significant， implying that direct input of N2O from domestic wastewater was not likely. Nutrient input， including nitrogen and carbon， from wastewater significantly alter biogeochemical cycling of nitrogen within the river， consequently affecting N2O production and emission. Different human activities significantly impacted the dynamics of" N2O" emissions from the river at various spatial scales. The impact of point source pollution， predominantly from cities and towns with impervious surfaces， was more pronounced （P=0.01） at the larger scales （riparian zone and catchment）. However， at the smaller buffer zone scale， the influence of agricultural land became more important （P=0.09）. In conclusion， this study helped define the intricate relationships between land use， human activities， and biogeochemical processes that govern the production and emission of N2O in river systems， providing a reference for improving the accuracy of model estimates of global greenhouse gas emission and formulating emission reduction policies.

Key words： N2O; land use; spatial scale;" Jurong River

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（32030069，U23A2048）；湖北省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2023AFB811）；廣西科技攻關(guān)項(xiàng)目（AB24010128）。

作者簡(jiǎn)介：馬巍，1998年生，女，碩士研究生，專業(yè)方向?yàn)樯鷳B(tài)學(xué)。E-mail：mawei23@mails.ucas.ac.cn

通信作者：蔣浩。E-mail：jianghao@wbgcas.cn