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荐读
河流N2O浓度和通量受到流域改造和人为活动的强烈影响。城市化作为一种强烈的人为干扰，不仅导致水质恶化，而且导致内陆水域N2O排放量增加。然而，城市化对河流N2O动态影响的潜在机制目前尚不清楚。近日，北京师范大学夏星辉教授研究员团队在 Water Research上发表论文“Unveiling riverine N2O dynamics along urbanization gradients by integrating hydrological, biogeochemical and microbial processes”，该论文以北京永定河流域为研究对象，比较研究了N2O浓度与城市土地利用百分比之间的关系，阐明了城市化梯度下河流硝酸盐的来源，确定了不同途径对N2O生产和消费的贡献，通过分析硝酸盐来源揭示了城市化梯度下河流N2O排放空间变化的控制机制。研究结果加深了对于城市化影响下河流系统N2O产生和消耗的多重调控过程的认识，有助于建立有效的N2O减排策略。
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简介
人类干扰的河流是全球大气中氧化亚氮（N2O）的重要来源。然而，城市化对河流N2O动态影响的潜在机制尚不清楚。本研究通过整合不同城市化强度下河流的水文、生物地球化学和微生物过程，揭示了城市化对N2O动态的影响。河流NO3-浓度随城市用地比例的增加而增加，主要是由于污水和粪肥源的比例贡献增加。15N站点偏好和相关同位素证据表明，城市土地比例从< 5%增加到> 22%，N2O反硝化比例从60%增加到76%，这是由于流速和溶解氧饱和度降低、NO3-浓度增加和N2O反硝化基因增加所致。在城市化程度较低的河段，硝化作用对N2O生成的贡献不可忽视（~ 40%），这可能是由于好氧条件和较低不透水河岸带促进了河内硝化的发生和土壤中硝化作用进入河流。城市化介导的流速和溶解氧的减少、氮有效性和反硝化过程的增加导致N2O浓度和通量增加，城市化程度高的河段N2O浓度（50.7±26.3 nmol/L）约为城市化程度低的河段（14.4±2.5 nmol/L）的4倍。随着城市扩张，污水和粪肥源比例贡献的增加也为外源N2O输入提供了可能。这些发现有助于加深我们对城市化如何驱动河流系统N2O动态的理解。
图1 永定河流域研究河流位置及其土地覆被(A)。35个流域中不同土地利用类型的比例（以采样点为中心半径为5 km的圆圈）(B)。
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结果
图2 不同城市土地比例的河流样点间溶解N2O (A)、N2O饱和度(B)和N2O通量(C)的变异性：U1（城市土地百分比< 5%,n = 10）、U2（5%≤城市土地百分比≤22%，n = 16）和U3（城市土地百分比> 22%,n = 9）。
表1 3种城市化强度（U1、U2和U3）下河流水文形态属性、理化参数和NO3−同位素特征汇总表（平均值±SDs）。
图3 城市化对河流NO3−来源的影响。δ15N-NO3−与城市土地比例 (A)以及LnNO3−(B)的关系。大气沉降、化肥、污水和粪肥以及土壤有机氮对U1、U2和U3组的比例贡献(C)。污水和粪肥贡献与城市土地比例的关系(D)。
图4 N2O生产路径沿城市化梯度的变化。δ18O-N2O与δ15N-N2O之间的关系(A)，δ15N-N2O与logN2O之间的关系(B)。δ18O-N2O与SP之间的关系(C)。SP/O MAP模型中M-R（混合-还原）和R-M（还原-混合）情景下反硝化作用对N2O生成(D)和N2O总生成（fbg -gross）的贡献(E)，以及M-R和R-M (H)情景下N2O还原程度（Fr）。
图5 城市化对N2O生产和消耗途径的影响。fbD与城市土地百分比(A)和溶解N2O (B)的关系。Fr与城市土地百分比(C)和DO% (D)的关系。
表2 种城市化强度（U1、U2和U3）下永定河沉积物功能基因丰度。
Chen, Xin, Junfeng Wang, Jiao Liu, Sibo Zhang, Hui Gao, and Xinghui Xia. 2025. “Unveiling Riverine N2O Dynamics along Urbanization Gradients by Integrating Hydrological, Biogeochemical and Microbial Processes.” Water Research 268 (January):122620.
编辑：李宇方
— 两瓣星球 —
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