内陆水体是大气氧化亚氮（N2O）的重要排放源。N2O是一种强效温室气体，其全球增温潜势显著高于CO2，因此准确评估湖泊、水库和河流等内陆水体的N2O排放，对完善温室气体清单和支撑减排管理具有重要意义。然而，目前对内陆水体N2O排放估算仍存在较大不确定性。现有研究一方面受限于实测数据在时间和空间上的不足，难以捕捉排放热点和短期峰值；另一方面，许多经验模型或简化过程模型通常侧重于单一环境因子或局部生物地球化学反应，未能充分耦合三维水动力过程与氮生物地球化学过程，因而难以同时刻画流场输运、温度分层、营养盐迁移、微生物氮转化以及水—气界面交换之间的相互作用。针对这一问题，天津大学地球系统科学学院晏智锋教授课题组硕士生时巍巍基于综合水动力—水质模型EFDC开展二次开发，构建了面向内陆水体的N2O模拟模块。该模块将水动力过程、氮循环过程、沉积物—水界面交换以及水—气界面释放过程纳入统一框架，可模拟N2O的产生、转化、输移和排放过程。
图1 N2O过程示意图
研究以中国贵州某典型山地水库为案例，对N2O浓度和通量的时空变化进行了模拟。结果表明，该模型能够较好地再现水库N2O排放的空间差异和季节变化特征。模拟结果显示，水库N2O排放具有明显的时空异质性，秋季排放最高、冬季最低；在空间上，主库区和部分水动力交换较强区域表现出较高的N2O通量。
进一步分析发现，水库N2O排放受水动力、水温分层、营养盐可利用性和沉积物氮循环等因素共同调控。其中，沉积物是水库N2O的重要来源，低溶解氧条件下的反硝化过程对N₂O生成具有重要贡献。这表明，水动力过程不仅控制物质输移和垂向混合，也会通过影响氧气和氮素分布进一步调节N2O的产生与释放。
该研究为内陆水体N2O排放的高分辨率模拟提供了新的工具，有助于识别排放热点、揭示关键驱动机制，并为区域尺度温室气体排放评估和水库低碳管理提供科学支撑。
图2 各季节N2O通量空间分布。秋季主库区排放热点最为明显。
图3 全年N2O收支示意图（单位：×10⁶ g N2O）
目前，相关研究成果以论文“Simulating N2O Emissions from Inland Waters: Model Development and Site-Level Study”发表在Water Resources Research。天津大学地球系统科学学院2024届硕士毕业生时巍巍为该论文第一作者，晏智锋和李思亮教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。
论文信息：Weiwei Shi, Zhifeng Yan*, Qingqing Sun, Wenxin Wu, Xia Liang, Shilu Wang, Hongxiang Fan, Hang Yin, Si-Liang Li*, Hanqin Tian*. Simulating N2O Emissions from Inland Waters: Model Development and Site-Level Study. Water Resources Research, 2026, 62: e2025WR041544.
