名古屋大學研究生院環境學研究科的丁瑋天研究員（研究當時為學術振興會PD，現為中國南昌大學PD）、角皆潤教授、中川書子副教授、亞洲大氣污染研究中心的佐瀨裕之部長等人組成的研究團隊，闡明了降雨過後河流水中硝酸濃度顯著增加的機制——原因在於佔流域大部分的森林土壤亞表層（深度約10-90公分）中蓄積的硝酸。研究還表明，通過檢測伴隨降雨而濃度增加的硝酸同位素成分，可對上游森林土壤環境開展大範圍評估。該成果有望為解決下游水域環境問題提供科學依據。相關研究成果已發表在《Water Resources Research》的8月6日刊上。
圖1 研究闡明了伴隨降雨，河水中硝酸濃度增加的機制（圖片提供：名古屋大學）
目前已知河水中硝酸濃度會隨降雨顯著增大，但其成因此前一直不明確。
研究團隊曾在2022年對新潟縣內的小型河流進行觀測，明確了該河流的硝酸濃度上升來源於森林亞表層土壤，但當時未能明確是否為各類河流普遍存在的共通機制。
為此，本次研究選取了岐阜縣內規模更大的伊自良湖集水域（集水面積298公頃）開展驗證。研究人員每隔兩小時採集降雨期間及其前後的河水樣本，測定伴隨濃度升高產生的硝酸同位素組成變化。
結果表明，降雨引起的河流水位上升促進了森林土壤中蓄積的典型營養鹽——硝酸鹽的流出。
另外，根據降雨過程中增多的硝酸的同位素組成可以判斷，該硝酸由土壤內的微生物生成。據此推測，在微生物活性降低的冬季，降雨引發硝酸濃度上升的現象較難發生。
硝酸鹽增加後，光合作用會變得活躍，因此，水域內過度增加會引發富營養化、赤潮、缺氧等環境問題。反之，硝酸鹽的減少又可能導致漁業產量下降。
研究表明，通過調查伴隨降雨而增加的硝酸的同位素成分，能夠廣域評估上游森林區域的土壤環境。
利用這一指標，有望實現對森林土壤「健康狀況」的廣域評估，還可期待對林學和土壤學的貢獻。
角皆教授表示：「我們很自信地認為本研究為長期爭論的‘謎題’畫上了句號。此外，將降雨時濃度增加的硝酸用作評估上游流域森林土壤的指標，是一種此前未曾出現過的新型森林土壤觀測方法。該方法有望大幅省去以往必不可少深入林區、採集土壤、實地觀察與測定的森林土壤等直接觀測工作，未來具有廣闊的應用前景」。
注：本研究的成果主要來自論文第一作者丁瑋天（現為南昌大學PD）的研究。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Water Resources Research
論文：Flushing of subsurface soil nitrate as the primary cause of increased stream nitrate during storm events
DOI：10.1029/2025WR043356
