近日，环境领域著名学术期刊
National Science Review
在线发表了北京大学环境科学与工程学院籍国东教授课题组的最新研究成果。该文章题为
Sustainable management of riverine N
2
O emission baselines
（河流
N
2
O
排放基线及可持续治理）。该研究发现自然河流普遍存在由硝酸盐决定的
N
2
O
排放基线。人类活动下，污染物的输入导致基线排放整体上移和排放热点的出现。对氨氮和有机污染的有效控制可以消除热点排放，其中消除全球农业河流
11%
和城市河流
14
％热点的减排效果分别为
51.6%
和
63.7%
，而通过去除硝酸盐降低基线排放则是一项长期挑战。该研究为全球河流
N
2
O
可持续减排及工程管理提供了参考基线和科学依据
。
氧化亚氮（
N
2
O
）是一种强温室气体，对臭氧层具有强破坏性。在
IPCC
的温室气体管理框架下，
N
2
O
被认为是农业活动导致的间接排放。因此，河流
N
2
O
通量被假设随硝酸盐负荷以一个固定的排放因子
EF
5r
(0.26%
，
[N
2
O]/[NO
3
-
])
线性增加。由于全球河流的高度异质性，原位排放因子在
0.005%
至
7%
之间波动，受到的约束很差。此外，我们对全球河流
N
2
O
排放模式的理解仍然是碎片化的，主要集中于污染较为严重的河流。简单而碎片化的认知阻碍了我们对全球河流
N
2
O
排放的潜在机制的理解和对人类影响的量化，进而影响了有效的
N
2
O
减排策略的制定
。
本研究对全球
3047
个不同类型河流
N
2
O
排放因子数据集进行了荟萃分析，建立了全球河流的排放因子曲线模型（
EF-lines
），并进一步通过同位素和
SIMMR
模型揭示了河流
N
2
O
排放的两种基本模式，提出了具体和高效的管理举措。
图文导读
全球河流
N
2
O
排放基线
（
EF-lines
）
本研究对全球
3047
个不同类型河流
N
2
O
排放因子数据集进行了荟萃分析，
发现
EF
5r
的变化幅度在
5
个数量级以上，平均值为
0.50%
，大于
IPCC
采用的
0.26%
，且在不同类型的河流中存在显著差异，自然河流（
0.79%
）显著高于农业河流（
0.06%
）和城市河流（
0.18%
），该结果强调了分类型估算全球河流
N
2
O
排放的重要性。更为重要的是，我们发现自然河流具有普适性的
N
2
O
排放基线（
EF-lines
，
EF
5r
= k/[NO
3
-
],
k = 0.02
），人类活动导致农业河流和城市河流的排放基线显著提升，
k
值分别增至
0.09
和
0.05
。深入分析发现，农业河流和城市河流分别有
11%
和
14%
的样点偏离基线，成为
N
2
O
排放的热点
。
图
1.
全球河流
N
2
O
排放基线
不同类型河流
N
2
O
排放模式
人类农业生产和城市生活导致
N
2
O
排放基线整体上移和排放热点出现，产生农业和城市河流两种不同类型的
N
2
O
排放模式。农业河流以面源为主，基线排放更高，
k
值增至
0.09
；城市河流由点源主导，热点排放更为显著。机理分析发现，硝酸盐是决定基线排放的主因，氨氮和有机污染则导致热点排放。
图
2.
不同类型河流
N
2
O
排放模式
河流
N
2
O
可持续减排策略
基于不同类型河流
N
2
O
排放基线和模式，我们探究了全球河流
N
2
O
可持续排放策略。结果表明：有效控制氨氮和有机污染，无需控制硝酸盐，即可消除农业和城市河流
N
2
O
排放的热点区域。其中，消除全球农业河流
11%
和城市河流
14
％热点的减排效果分别为
51.6%
和
63.7%
。但是，如果进一步将农业和城市河流的排放基线降低至自然河流的水平，则需控制硝酸盐；如果以更高的成本修复剩余
80%
以上的样点，其
N
2
O
减排量仅为
44.4%
（农业河流）和
33.2%
（城市河流）。因此，全球河流
N
2
O
可持续减排首要策略是消除热点地区的有机和氨氮污染，具体的工程管理措施是提高城市污水的收集和深度处理能力，加快农业集约化和农村生态环境综合治理进程
。
图
3.
全球河流
N
2
O
可持续减排策略
本研究通过建立全球河流
N
2
O
排放基线，揭示了农业和城市两种不同类型河流
N
2
O
排放模式及驱动因子，发现硝酸盐是决定基线排放的主因，有效控制
氨氮和有机污染可消除全球河流一半以上的
N
2
O
排放。
这一发现对农业和城市河流分类治理工程具有重要价值，有助于制定更有效的河流可持续管理策略
。
该项研究是由国家自然科学基金联合基金重点项目资助（
No.
U22A20557)
和国家自然科学基金项目（
52379084
）资助完成。北京大学环境科学与工程学院籍国东教授为论文通讯作者，北京大学环境科学与工程学院王硕博士为论文第一作者，河海大学直伟教授，德国马普所李盛结博士和英国克兰菲尔德大学吕涛博士为论文主要合作者
