农业地表径流携带的氮、磷是农业面源污染和下游水体富营养化的重要来源。其中，溶解态氮磷迁移性强、生物有效性高，能够随降雨径流快速进入河沟系统和下游水体。东北黑土区是我国重要粮食生产基地，同时也是侵蚀沟发育强烈的典型区域。永久侵蚀沟连接坡面农田与下游水体，能够改变流域径流汇集和养分输移过程。然而，在自然降雨条件下，永久侵蚀沟如何调控溶解态氮磷迁移，以及这种作用如何随降雨类型变化，仍缺乏连续野外观测证据。

近日，中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土退化与修复学科组郭明明团队以典型黑土区两个含单条侵蚀沟的农业小流域为研究对象，在沟头上坡汇水区和流域出口布设径流与水质监测断面，连续监测2022-2023年两个雨季自然降雨事件下的径流过程及溶解态铵态氮、硝态氮和磷浓度变化。研究基于降雨量、降雨历时、平均降雨强度、最大30 min降雨强度和降雨侵蚀力等指标，将降雨事件划分为频发低侵蚀力降雨、短历时高强度降雨和长历时高侵蚀力降雨三类，系统分析了不同降雨类型下永久侵蚀沟对溶解态氮磷迁移的调控作用。

研究结果表明，侵蚀沟对溶解态氮磷浓度总体表现出稀释作用。流域出口处溶解态铵态氮、硝态氮和磷浓度均低于沟头上坡汇水区，其平均稀释比分别为0.77、0.65和0.87，其中对硝态氮的稀释作用最为明显（图1）。同时，侵蚀沟对溶解态铵态氮、硝态氮和磷输出通量的贡献分别占流域出口的31.4%、22.4%和31.1%。长历时、高侵蚀力降雨是溶解态氮磷输出的关键事件类型。该类降雨虽然仅占全部监测事件的10.2%，却贡献了流域出口68.2%的溶解态铵态氮、73.8%的硝态氮和71.8%的溶解态磷输出通量（图2）。综上，侵蚀沟增强了溶解态铵态氮、硝态氮和磷输出对降雨变化的敏感性，其敏感系数分别提高了3.04、1.71和2.84倍，说明侵蚀沟能够放大降雨变化对流域养分输出过程的影响。该研究揭示了侵蚀沟在自然降雨条件下对农业小流域溶解态氮磷迁移的多重调控作用，深化了对黑土区坡面-沟道系统水文连通与面源污染输出机制的认识。

图1 沟头和出口的溶解态铵态氮、硝态氮和磷浓度的比较

图2 不同降雨类型下溶解态铵态氮、硝态氮和磷累积输送通量特征及侵蚀沟贡献

研究成果发表在国际著名水文学期刊《Hydrology and Earth System Sciences》上，中国科学院东北地理与农业生态研究所为论文第一完成单位，陈卓鑫特别研究助理为论文第一作者，郭明明副研究员为论文通讯作者。该研究得到黑龙江省自然科学基金优秀青年项目（YQ2025D008）、水土保持与荒漠化整治全国重点实验室开放基金（Z2010025001-KJ2513）、中国科学院战略性先导科技专项（XDA28010200）、中国科学院东北地理与农业生态研究所青年科学家小组项目（2023QNXZ03）和中国博士后科学基金项目（2025M781861）资助。

论文信息：

Zhuoxin Chen, Mingming Guo*, Lixin Wang, Xin Liu, Jinshi Jian, Qiang Chen, Xingyi Zhang. Regulatory role of permanent gully in runoff dissolved nitrogen and phosphorus transport across rainfall types, Hydrology and Earth System Sciences, 2026, 30, 3351-3366.

相关论文：

Zhuoxin Chen, Mingming Guo*, Xin Liu, Lixin Wang, Qiang Chen, Jiarui Qi, Qingsong Shen, Xingyi Zhang. Gully transforms the loss pattern of runoff, sediment, nitrogen, and phosphorus in agricultural catchment of Northeast China. Journal of Hydrology, 2025, 660: 133503.

Zhuoxin Chen, Mingming Guo*, Pengchong Zhou, Lixin Wang, Xin Liu, Zhaokai Wan, Xingyi Zhang. Gully regulates snowmelt runoff, sediment and nutrient loss processes in Mollisols region of Northeast China. Science of the Total Environment. 2024, 940, 173614.

论文链接：https://doi.org/10.5194/hess-30-3351-2026