名古屋大学研究生院环境学研究科的丁玮天研究员（研究当时为学术振兴会PD，现为中国南昌大学PD）、角皆润教授、中川书子副教授、亚洲大气污染研究中心的佐濑裕之部长等人组成的研究团队，阐明了降雨过后河流水中硝酸浓度显著增加的机制——原因在于占流域大部分的森林土壤亚表层（深度约10-90厘米）中蓄积的硝酸。研究还表明，通过检测伴随降雨而浓度增加的硝酸同位素成分，可对上游森林土壤环境开展大范围评估。该成果有望为解决下游水域环境问题提供科学依据。相关研究成果已发表在《Water Resources Research》的8月6日刊上。
图1 研究阐明了伴随降雨，河水中硝酸浓度增加的机制（供图：名古屋大学）
目前已知河水中硝酸浓度会随降雨显著增大，但其成因此前一直不明确。
研究团队曾在2022年对新潟县内的小型河流进行观测，明确了该河流的硝酸浓度上升来源于森林亚表层土壤，但当时未能明确是否为各类河流普遍存在的共通机制。
为此，本次研究选取了岐阜县内规模更大的伊自良湖集水域（集水面积298公顷）开展验证。研究人员每隔两小时采集降雨期间及其前后的河水样本，测定伴随浓度升高产生的硝酸同位素组成变化。
结果表明，降雨引起的河流水位上升促进了森林土壤中蓄积的典型营养盐——硝酸盐的流出。
另外，根据降雨过程中增多的硝酸的同位素组成可以判断，该硝酸由土壤内的微生物生成。据此推测，在微生物活性降低的冬季，降雨引发硝酸浓度上升的现象较难发生。
硝酸盐增加后，光合作用会变得活跃，因此，水域内过度增加会引发富营养化、赤潮、缺氧等环境问题。反之，硝酸盐的减少又可能导致渔业产量下降。
研究表明，通过调查伴随降雨而增加的硝酸的同位素成分，能够广域评估上游森林区域的土壤环境。
利用这一指标，有望实现对森林土壤“健康状况”的广域评估，还可期待对林学和土壤学的贡献。
角皆教授表示：“我们很自信地认为本研究为长期争论的‘谜题’画上了句号。此外，将降雨时浓度增加的硝酸用作评估上游流域森林土壤的指标，是一种此前未曾出现过的新型森林土壤观测方法。该方法有望大幅省去以往必不可少深入林区、采集土壤、实地观察与测定的森林土壤等直接观测工作，未来具有广阔的应用前景”。
注：本研究的成果主要来自论文第一作者丁玮天（现为南昌大学PD）的研究。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Water Resources Research
论文：Flushing of subsurface soil nitrate as the primary cause of increased stream nitrate during storm events
DOI：10.1029/2025WR043356
