气候变暖引起多年冻土退化、冰川消融与水文格局改变，从而将长期封存于多年冻土中的溶解态氮释放到河流系统中。青藏高原作为地球“第三极”，其河流硝酸盐（NO₃^-）的时空分布、以及气候与人类活动如何共同影响氮素迁移与输出，仍需通过长期观测与同位素证据进行系统评估。本研究将“碳循环”与“氮循环”在流域尺度进行耦合，阐明了全球变化下“碳-氮-水”协同新范式，对预测高寒泥炭地碳汇可持续性及管理决策具有重要科学价值。

近日，项目研究团队选取两条高原河流——多年冻土占比较高的金沙江流域(JSR)与多年冻土占比较少的雅砻江流域(YLR)，基于长时间尺度的硝酸盐浓度记录数据及2013–2019年间的多次高频采样测定数据（NO₃^-浓度与双同位素 δ¹⁵N-NO₃^- / δ¹⁸O-NO₃^-；图1），结合通量重建（LOADEST）、浓度–流量（C–Q）分析与“空代时”方法，系统解析了高海拔河流在气候变暖背景下NO₃^-输出的长期变化规律与控制机制。

图1 研究区河流硝酸盐浓度、同位素组成及来源贡献的动态变化

研究发现，金沙江流域的NO₃^-通量增加主要受气温上升支配。硝酸盐同位素证据表明升温增强了土壤硝化作用，导致氮素淋溶增强。相比之下雅砻江的NO₃^-输出主要受降水与径流支配，水文条件的改变显著提升硝酸盐输出。基于空代时的分析，随着多年冻土持续消退，高海拔河流的NO₃^-输出可能由“温度驱动”逐步向“水文驱动”转变（图2），从而增加了氮素淋溶风险。

图2 气候驱动的硝酸盐输出机制转变及其对氮-碳反馈的启示

本研究进一步揭示了气候变暖改变高海拔地区氮循环并触发其生态与气候反馈的内在机制。气候变暖导致的NO₃^-输出增加会加剧高原生态系统的氮流失，进而可能削弱生态系统碳汇功能，形成了“多年冻土退化 → 氮淋溶增强 → 植被氮限制 → 碳吸收减弱”的负反馈链。该研究为准确理解气候变暖下高海拔流域氮循环的演变、评估相关生态与水环境风险、以及改进地球系统模型中的碳-氮耦合过程提供了重要的观测数据与理论依据。

相关成果以“Climate Warming Increases Nitrate Export in High-Elevation Rivers: Divergent Temperature and Hydrological Controls across Basins”为题，发表在 Environmental Science & Technology。该研究得到了国家自然科学基金重大项目课题（42494824）等的资助。

论文信息：

Li Cai, Xu Sen, Yue Fu-Jun*, Zhong Jun, Wang Zhong-Jun, Chen Shuai, Li Si-Liang. Climate Warming Increases Nitrate Export in High-Elevation Rivers: Divergent Temperature and Hydrological Controls across Basins. Environ. Sci. Technol. 2025, 59(39): 21225–21236. https://doi.org/10.1021/acs.est.5c08510