内陆河流温室气体排放是全球碳氮循环与气候变化的关键组成部分，现有研究普遍将城市河流视作温室气体排放热点，而将农村河流长期被视作背景低风险区域。近年来，在快速城市化地区，生活污水、城市径流、农业回流水和分散式排放沿河网持续扩散，城市与农村水体之间的边界日益模糊。城市化如何重塑流域尺度河流温室气体累积潜力以及城乡河流温室气体差异的长期演变规律仍缺乏系统认知。
图1. 城市化驱动华北城市群河流温室气体水平快速趋同的概念框架
京津冀城市群是我国城镇化水平最高、农业开发强度最大的区域之一，海河流域同时承载高强度城市排污与农田面源输入，氮磷以及农药抗生素等复合污染突出，是探究城乡河流温室气体分异与城市化长期影响的理想研究载体。本研究于2024年暖干季、暖湿季以及冷干季开展野外监测，测定目标样品的溶解CH4、CO2和N2O浓度、营养盐、溶解有机质特征及微生物群落等指标，并且结合2011–2023 年已发表的文献数据，分析城乡河流温室气体时空差异、关键驱动因子及十年尺度演变趋势，为流域温室气体减排提供理论支撑。
研究发现，海河水系城市和农村河流均具有较强的温室气体累积潜力，但城市河流整体水平更高，其中CH4和CO2浓度分别为农村河流的2.53倍和1.61倍，N2O的城乡差异相对较弱。两类河流的温室气体均受溶解有机质、营养盐、溶解氧、pH和温度共同调控，但城市河流更多受到生活污水、城市径流和外源活性有机质输入驱动，并具有更复杂的微生物网络和更强的碳氮转化潜力。不同河流类型还表现出差异化的季节风险窗口。城市河流CO2在暖湿期达到峰值，主要与暴雨后城市径流、污水溢流和活性有机质输入有关；农村河流CO2则在冷干期低流量条件下达到最高值，反映出水体滞留增强和碳吸收减弱的共同作用。
综合2011—2023年区域文献记录发现，京津冀城市与农村河流之间的温室气体浓度差距总体呈缩小趋势。该趋势主要来自农村河流背景浓度持续升高，而不是城市河流风险的降低。随着生活污水、农业回流水、小微企业排放以及活性氮和有机碳输入向农村河网扩展，农村河流逐渐呈现更明显的“城市化”特征。因此，城乡河流温室气体水平的趋同不能简单理解为空间差异减弱或环境风险下降，而应视为温室气体累积风险从局部城市热点向整个河流连续体扩展的信号。城市河流仍维持较高水平并存在暴雨事件脉冲，农村河流则因基线抬升而成为流域温室气体预算中日益重要的组成部分。
图2. 京津冀城市群城乡河流温室气体差距缩小及其城市化背景
研究表明，快速城市化区域的河流温室气体治理不应仅聚焦城市点源，而应构建覆盖“城市—郊区—乡村”河网的全过程管理体系。城市河流需优先削减污水中的活性有机质和营养盐输入，加强暴雨径流与偶发排放管控，并通过生态修复减少缺氧微环境；农村河流则应强化分散式污水处理、农业面源控制、灌溉回流水管理及小微企业排放监管。与此同时，应根据城市暖湿期与农村冷干期的风险窗口开展针对性监测，并建立可比、连续的长期温室气体观测体系。通过统筹污染控制、水生态修复和长期温室气体监测，才能降低城市化背景下流域整体温室气体累积与潜在排放风险。
研究成果以论文形式发表在中国科学院一区top期刊Agriculture, Ecosystems and Environment。天津大学地球系统科学学院2023级博士生文玲为该论文第一作者，戚羽霖教授为通信作者,该研究得到国家自然科学基金的资助。
论文信息: Ling Wen, Zhengkui Ge, Yulin Qi* et al., Urbanization drives rapid convergence of riverine greenhouse gas levels in the urban agglomeration, North China. Agriculture, Ecosystems and Environment, 411(2026), 110660.
