近日，环植所环境安全评价与污染防控研究组在内陆地表水非点源污染的驱动机制研究方面取得新进展。研究发现，用于描述大尺度气候变化的气候指数对饮用水源地水体总氮（TN）浓度具有显著的驱动作用，为非点源污染防治提供了全新的视角。
总氮是评估饮用水源地水质的重要指标，其浓度变化通常受气象、大气氮沉降、土地利用和污染物排放等自然与人为因素影响。然而，大尺度气候指数对TN浓度的影响至今鲜有研究。探究这一影响面临多重挑战：理想的研究区、TN监测数据稀缺、以及饮用水源地TN浓度普遍偏低且变化范围较窄。为克服上述挑战，研究团队以赤田水库为例，利用2016-2022年HLS卫星影像及人工采样实验室分析数据，结合RF、SVR、XGBoost、ANN和自主研发的ResANN等机器学习模型，构建了TN浓度的遥感反演模型。在此基础上，融合研究区域的26个气象要素与110个气候指数（最长滞后6个月），共1008个潜在气候驱动因子，系统评估了它们对TN浓度变化的影响。
结果表明，平均风速（归一化特征重要性总分SNFIS = 0.67）和西半球暖池指数（WHWP，SNFIS = 0.58）是TN浓度的主要气候驱动因子，说明气候指数对TN浓度的影响与气象要素相当，不可忽视（图1）。此外，东太平洋副高北界位置指数（EPSN）、黑潮区海温指数（KCST）和太平洋-北美指数（PNA）也对TN浓度有一定的影响。气候驱动因子对TN浓度的影响存在5–6个月的滞后效应。研究进一步发现，WHWP、EPSN、KCST和PNA共同构成了一条横跨北太平洋热带和温带区域的封闭环流通道（图 2a）。该通道释放大量海洋热量，增强大气不稳定性和垂直运动，进而显著改变风场、温度场与降水分布，影响区域氮循环及水体TN浓度。在该通道影响范围内，自然源与人为源（如工业与农业）释放的活性氮被输送并沉降到陆地和水体。赤田水库位于该通路的西南部，可能受到该通路上氮循环的影响，从而导致TN浓度的波动。
相关结果以“Impact of large-scale climate indices on total nitrogen concentrations in drinking water sources cannot be overlooked”为题发表于《Journal of Hydrology》（中科院一区TOP期刊）。环植所李宁副研究员为第一作者，陈淼副研究员和武汉理工大学熊盛武教授为通讯作者。该研究得到了海南省重点研发计划、中国热科院国家热带农业科学中心科技创新团队和海南省自然科学基金等项目的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022169425009990
图1 潜在气候驱动因素对TN浓度的影响
图2 主要气候指数对TN浓度的影响示意图
