氮、磷过量输入是造成地表水体富营养化的主要原因。我国是世界上最大的农业国和化肥使用国之一，氮肥施用量约占全球的32%。如何在流域尺度定量不同来源氮污染对流域水污染的贡献，仍面临挑战。由于磷、氮元素化学性质不同，其赋存形态、迁移转化过程均存在差异。同步、高效地削减农业面源氮、磷污染的输入，是当前农业面源污染治理的难点。此外，随营养物质在湖(库)沉积物中的不断累积，内源污染对水体的贡献越来越大，成为未来湖(库)污染治理的重点。基于此，中科院地化所王敬富副研究员（院青促会会员）围绕流域污染物溯源与综合防治开展了系统研究，取得了阶段性成果如下：

    （1）选取南方喀斯特地区典型小流域为对象，应用硝酸盐δ¹⁵N-δ¹⁸O双同位素，结合流域水化学，定量了硝酸盐各来源端元的贡献率。发现：1）流域硝酸盐来源主要为化肥、生活污水和降雨等，污染输入集中在雨季（5月-9月）。2）SIAR模型计算显示，不同来源氮污染平均贡献依次为：农业源（52.7%）>生活源（39.9%）>大气来源（7.4%）。研究提出了“削减化肥施用量+生活污水集中收集净化”的流域氮污染控制策略，为我国南方喀斯特农业集水区氮污染防治工作提供了有益借鉴。上述研究成果发表在农林科学领域期刊《Agriculture, Ecosystems and Environment》上。

    （2）研发了天然沸石(NZ)、铝改性粘土(AMC)和镧改性膨润土(LaMP)材料，研究了改良湖滨带土壤对溶解态无机磷(DIP)和氨氮的去除效果与机理。发现，AMC和LaMB改良土壤的DIP去除率分别高达93.6%和93.9%，两者通过形成NaOH-P和NaHCO₃-P提高了土壤对磷素的固持能力。此外，LaMB改良土壤可同步去除农田径流中的氨氮，去除率为89.3%。研究为农业面源氮、磷污染同步治理技术研发提供新思路，为流域湖滨缓冲带建设提供了实践参考。上述研究成果发表在农林科学领域期刊《Agriculture, Ecosystems and Environment》上。

    （3）开发了专门针对湖库沉积物-水界面(SWI)进行精准增氧的新材料(ONBMM)。ONBMM可在毫米尺度提高SWI的溶氧水平，最高浓度达6.55 mg/L。投加后，内源TP、NH₃-N和TN输入通量分别降低了96.4%、51.1%和24.9%。自主研发的新型钝化剂(AMC)，成功应用于贵阳市黔灵湖内源污染治理工程，工程区水环境、水生态持续改善，水体TP浓度降低82%，Chl-a浓度降低70%以上，底泥孔隙水SRP浓度降低60%，水体透明度和溶解氧显著提升，底栖生物和浮游动物种群和丰度明显增加。开发的新材料在湖(库)内源氮、磷污染原位控制方面具有广阔应用前景。上述研究成果发表在环境科学领域期刊《Science of the Total Environment》上。

    上述研究受中科院战略先导专项B（XDB40020400）、国家自然科学基金（41773145、41977296）、广西重大专项（AA17204078）、中科院青促会专项（2019389）和中科院创新交叉团队项目共同资助。

论文信息：

1. Wang, J.F.^*, Chen, J.A., Jin, Z.X., Guo, J.Y., Yang, H.Q., Zeng, Y., Liu, Y. Simultaneous removal of phosphate and ammonium nitrogen from agricultural runoff by amending soil in lakeside zone of Karst area, Southern China. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2020, 289: 106745. 

2. Wang, J.F.^*, Chen, J.A.*, Yu, P.P., Yang, X.H., Zhang, L.J., Geng, Z.L., He, K.K. Oxygenation and synchronous control of nitrogen and phosphorus release at the sediment-water interface using oxygen nano-bubble modified material. Science of the Total Environment, 2020, 725: 138258.  

3. Jin, Z.X., Wang, J.F.^*, Chen, J.A., Zhang, R.X., Li, Y., Lu, Y.T., He, K.K. Identifying the sources of nitrate at a small watershed using δ¹⁵N-δ¹⁸O isotopes of nitrate in the Kelan Reservoir, Guangxi, China. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2020, 297: 106936.  

4. Yang, H.,He, K.KK., Lu, D.P., Wang, J.F.^*, Xu,D., Jin, Z.X., Yang, M.X., Chen, J.A.^*. Removal of phosphate by aluminium-modified clay in a heavily polluted lake, Southwest China: Effectiveness and Ecological risks. Science of the Total Environment, 2020, 705: 135850.