亚热带中尺度近海流域河流氮输出对气候变化的响应

Over the past several decades, many regions of the world have experienced large increases in riverine nitrogen (N) fluxes to coastal waters, leading to eutrophication in catchment-coast continuum,thereby posing a threat to the loca/regional water security and ecosystem service supporting.Nutrient export is expected to increase under climate change. However, considerable nubmer of knowledge and information gaps related to its mechanism of climate-change-driven water quality degradation have been identified. In-situ monitoring, statistical analysis and watershed dynamic modelling are coupled in this study to explore the impact of climate change on N export in a medium-sized subtropical coastal watershed, Jiulong River watershed, which experienced increased frequency of extreme weather events like typhoons in recent several decades.The long-term data regarding climate variables (e.g. precipitation, temperature, and extreme events), hydrological variables (e.g. daily and monthly streamflow), and water quality parameters (e.g. ammonia, nitrate) are to be collected and analyzed. In-situ monitoring with different hydrologic condition (i.e. baseflow in dry, transition and wet seasons; storms due to typhoons) is to be designed and conducted in the typical subwatersheds with different predominant land use type during 2015-2018. Based on the data collected above-mentioned, the response of N export to temperature and precipitation change will be firstly investigated and then the effect of storm events due to typhoons on N export will be examined. Furthermore, the relative importance of climate and land change on N export is to be discussed. This study is expected to systemically uncover the mechanisms regarding the response of N export to climate change in a medium-sized subtropical coastal watershed. Hopefully,the findings of this study help colleagues to gain in-depth understanding on regional consequence of global change in the subtropics,implications on watershed management and for local water security are supposed to be developed as well.

近几十年世界范围的近海流域河流氮通量显著增加，引发河流-近海系统富营养化并威胁区域水安全和生态系统服务的供给。气候因素对河流氮营养盐输出的影响是客观存在的，但其响应机制研究仍存大量的认知空白。本研究选取人类扰动剧烈、涉及区域饮用水安全、台风等极端天气频发的亚热带中尺度近海流域-九龙江流域为代表性流域，以河流氮输出对气候变化的响应为主线，采用监测、经验统计分析和流域动态模型模拟等方法，通过近50年流域气象、水文和水质数据分析，以及近三年典型小流域不同气象水文条件监测分析，探究河流氮输出对气温和降水变化的响应，分析台风暴雨极端天气事件对河流氮输出的影响，剖析气候变化、土地利用变化对河流氮输出的相对贡献。通过研究，系统阐释亚热带中尺度近海流域河流氮输出对气候变化的响应机制。研究成果可增进全球变化背景下对亚热带中尺度近海流域气候变化的生态环境效应的认识，为流域管理和区域用水安全提供参考。

近几十年世界范围内在近海流域河流氮通量显著增加，引发河流-近海系统营养盐化并威胁区域水安全和生态系统服务在供给。气候因素对河流氮营养盐输出在影响是客观存在的，但其响应机制研究仍然存在大量在认知空白。本研究选取人类扰动剧烈、涉及区域饮用水安全、台风等极端天气频发在亚热带中尺度近海流域—九龙江流域为代表性流域，以河流氮输出对气候变化的影响为主线，采用监测、统计分析和流域动态模型模拟等方法，探究河流氮输出对气温和降水变化的响应，剖析气候变化、土地利用变化对河流氮输出的相对贡献。基于流域近50年的气象、水文、水质监测历史分析，分析氮输出对气候变化的响应机制发现：在过去50多年里九龙江流域NO3--N通量呈指数形式上升，这种变化模式与人类活动密切相关，而水文气象变化是影响河流NO3--N通量年际变化和季节变化的主要因素；不同类型流域NO3--N和NH4+-N浓度对气温和降水变化的敏感性不同；相比降水（p<0.05），氮浓度对温度响应更强烈。基于典型小流域不同气象水文条件的水质监测和流量模拟，识别典型小流域氮输出在年际和季节的差异，发现丰水年的大部分类型流域的氮指标在浓度和输出负荷的季差异明显高于枯水年；农业流域和城市流域的氮浓度、输出负荷及其季节和年际的变异性高于自然流域；相比径流量，土地利用与氮年平均浓度和输出负荷的正相关性更显著；相比浓度，日径流量与日输出负荷的相关性更高，尤其在枯水年。通过构建九龙江流域INCA-N模型，估算主要N转化过程的速率，发现土壤硝化作用是九龙江流域的主要氮源；气候变化是影响流域氮输出的主要因素，土地利用变化对西溪硝态氮输出的影响次于气候变化，大气沉降对北溪硝态氮输出的影响次于气候变化。本研究阐释了亚热带中尺度近海流域河流氮输出对气候变化的响应机制，研究成果可增进全球气候变化背景下对亚热中尺度近海流域气候变化的生态环境效应的认识，为流域管理和区域用水安全提供参考。