地下水与河流、湖泊之间的水量和物质交换，是流域水循环与生物地球化学循环的关键环节。在寒旱区，地下水排泄常以隐蔽方式持续向河湖输送营养盐、微量元素和碳氮等物质，但其输移通量、污染效应及对温室气体排放的调控机制尚不清楚。内蒙古大学生态与环境学院于瑞宏教授与屈伸研究员等以黄河流域内蒙古段内的大型引黄灌域、季节性河流流域和浅水湖泊流域等为研究对象，综合运用氡同位素（222Rn）质量平衡模型、多同位素示踪、溶解性有机物荧光、贝叶斯混合模型和蒙特卡洛模拟等手段开展系统研究，取得以下进展：
一、识别浅层含水层为灌区硝酸盐长期储存库
团队在黄河南岸大型引黄灌区开展多季节采样，发现硝酸盐是各水体中占主导的无机氮形态，浅层地下水硝酸盐浓度为渠水、农田排水和黄河水的3.1~4.8倍。同位素源解析表明粪肥和生活污水是主要人为氮源；δ18O-NO3-信号与硝化、反硝化功能基因比值证实灌溉显著增强了土壤硝化，222Rn与水同位素则指示灌溉强化浅层补给，推动硝酸盐向下进入含水层（Yang, et al. 2026, Journal of Hydrology）。农田排水虽承纳约65.7%的粪肥与污水氮输入，却因稀释作用强、滞留时间短而浓度较低。研究阐明，灌溉增强硝化与水文分配共同控制硝酸盐归趋，浅层含水层是长期、稳定的硝酸盐储库，应将地下水滞留过程纳入硝酸盐风险评估与管理。
图1 氮转化基因与环境因子的相关性分析及水体222Rn通量
二、揭示地下水排泄为寒旱区河湖污染通道的主导方式
在毛乌素沙地湖泊群，222Rn质量平衡模型显示湖泊地下水排泄活跃、平均速率达63.60 mm/d，并持续向湖中输送总氮、硝酸盐和镁离子。湖泊越浅，地下水输入比例越高、水质越差（Li et al. 2026, Journal of Hydrology）。在黄河干流杭锦旗段，多模型联用解析了锂、锰、锶等微量元素的来源与迁移，发现河流地下水排泄明显影响黄河水质，受污染地下水对儿童的健康风险高于成人，且总体上游高于中下游（Yang et al. 2026, Journal of Hydrology）。在毛乌素沙地湖泊群与西柳沟流域，硼同位素示踪进一步表明，湖泊群流域硼富集由自然过程与人为输入共同控制，河流流域则以人为输入为主，湖泊地下水排泄的硼通量约为河流地下水排泄的2.6倍（Qu et al. 2026, Journal of Hydrology）。上述研究共同证明，地下水排泄已成为寒旱区河湖污染物不可忽视的输入通道。
三、发现寒旱区湖泊温室气体排放与LGD DOM 协同与冒泡途径密切相关
基于河套灌区浅水湖泊的季节性野外观测，团队揭示了湖泊地下水排泄（LGD）与溶解有机质（DOM）季节性调控湖泊 CH4、CO2：非结冰期 DOM 矿化主导 CO2产生，LGD主导 CH4输入；结冰期 LGD 速率升至 18.09 mm/d，成为湖泊CO2唯一外源，CH4则由 DOM 厌氧发酵生成并在冰下累积（Zhao et al. 2026, Journal of Hydrology）。与此同时，该区域湖泊 N2O 持续过饱和，气泡释放（冒泡）贡献总N2O 排放约 70%，受沉积物氮含量、沉积物温度与气压共同调控（Sun et al. 2026, Agricultural and Forest Meteorology）。综上所述，地下水输入与冒泡途径是区域湖泊温室气体核算不可忽视的部分。
图2 乌梁素海季节性地下水排泄速率、水气界面与地下水排泄途径的 CO2通量
上述研究贯通“河-湖-地下水”系统中污染物与温室气体的产输链条，为黄河流域及寒旱区水污染防治、地下水环境保护和湖泊碳收支核算提供了重要科学依据。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、内蒙古自治区科技与人才项目等项目的资助。
相关成果列表：
1. Sun, H., Li, X., Wu, J., Zhang, L., Yu, R.*, Lu, X., Liu, T. (2026) Ebullition dominates N2O emissions from eutrophic shallow lakes in irrigated agricultural region. Agricultural and Forest Meteorology, 389: 111456.
2. Yang, X., Yu, R.*, Yu, G., Bai, Y., Qu, S., Qian, D., Li, M., Liu, Z., Miao, P., Ma, H. (2026) Irrigation enhanced nitrification and hydrological partitioning drive groundwater nitrate accumulation in an agricultural irrigation district. Journal of Hydrology, 675: 135580.
3. Li, X., Yu, R.*, Wang, R., Huo, D., Yue, Z., Wang, X., Ye, B., Gao, A., Li, H., Bai, Y., Zhao, Y., Sun, H., Qu, S., Liu, T., Lu, X. (2026) From subordinate recharge to dominant pollution: the role of lacustrine groundwater discharge in sandy saline-salt lakes. Journal of Hydrology, 676: 135691.
4. Yang, X.1, Li, M.1, Miao, Y., Huang, F., Liu, Z., Ma, H., Miao, P., Shi, J., Zhang, Z., Qu, S.*, Yu, R.* (2026) Trace element sources, migration and health risks associated with river-groundwater interaction: Insights from isotopes, fluorescence spectroscopy and Monte Carlo simulation. Journal of Hydrology, 677: 135983.
5. Qu, S.1,*, Hu, L.1, Bao, W., Qiao, L., Zhao, C., Cao, W., Duan, L., Liu, X., Yu, R.* (2026) Hydrogeochemical dynamics of boron associated with groundwater discharge in river and lake basins. Journal of Hydrology, 678: 136127.
6. Zhao, Y., Hu, L., Qu, S.*, Sun, H., Xia, C., Gu, C., Yang, X., Wang, Z., Duan, L., Liu, X., Yu, R. (2026) Synergy between lacustrine groundwater discharge and dissolved organic matter in regulating seasonal CH4 and CO2 emissions in an ice-covered lake-groundwater system. Journal of Hydrology, 679: 136289.
（初审：李子豪 复审：张庆 终审：胡利春）
