近期，精密測(cè)量院杜耘課題組面源污染研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所、北京航空航天大學(xué)科研人員，在徑流總氮（TN）實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究發(fā)表在水資源水環(huán)境領(lǐng)域期刊Water Research上。

　　面源污染是指降雨條件下污染物隨徑流匯入受納水體引起富營(yíng)養(yǎng)化等水污染的現(xiàn)象。氮磷是水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵指標(biāo)。降雨條件下，面源污染徑流水量水質(zhì)短期內(nèi)呈分鐘尺度變化，現(xiàn)有技術(shù)難以捕獲徑流氮磷的濃度峰值和變化過程。智能水站運(yùn)維復(fù)雜、成本高，且TN檢測(cè)采用化學(xué)法，監(jiān)測(cè)頻次偏低；水環(huán)境遙感技術(shù)受時(shí)空及光譜分辨率、云雨天況等因素影響，監(jiān)測(cè)精度不確定性大，制約了其在降雨條件下小微水體環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

　　針對(duì)上述問題，研究團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)面向面源污染徑流水體，基于指標(biāo)之間的生物、物理和化學(xué)關(guān)聯(lián)，通過解析傳感器可測(cè)的水量水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)（如電導(dǎo)率、氧化還原電位、pH、溫度、氨氮、硝氮等）與TN濃度之間的定量關(guān)系；通過判定系數(shù)（R²）、準(zhǔn)確度（Acc）、平均相對(duì)誤差（MRE）以及對(duì)缺失數(shù)據(jù)的容忍度等多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行算法優(yōu)選，確定極端決策樹（Extra Tree Regression，ETR）為TN反演最佳算法；在此基礎(chǔ)上開發(fā)了基于多源傳感器及智能算法的TN高頻監(jiān)測(cè)技術(shù)。結(jié)果表明：新方法可實(shí)現(xiàn)徑流TN分鐘級(jí)（<5min）監(jiān)測(cè)；在田間出口、溝渠等相似背景環(huán)境下，反演精度高（R²>0.9，Acc>85%）；結(jié)合均值填補(bǔ)算法，實(shí)現(xiàn)部分變量缺失條件下（缺失變量數(shù)n≤2、缺失值比例P≤75%）的TN反演，彌補(bǔ)了野外傳感器損壞所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)異常等問題，提高技術(shù)適應(yīng)性。TN實(shí)時(shí)高頻監(jiān)測(cè)技術(shù)將傳感器“快速檢測(cè)”和智能算法“數(shù)據(jù)處理”的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，數(shù)據(jù)獲取穩(wěn)定、監(jiān)測(cè)頻率高、精度高，不受云雨、夜間天況限制，且適用于溝塘等小微水體，可為面源污染的應(yīng)急預(yù)警和精準(zhǔn)溯源提供重要的技術(shù)支持。

　　研究成果以“Real-time measurement of total nitrogen for agricultural runoff based on multiparameter sensors and intelligent algorithms”為題發(fā)表在水資源水環(huán)境領(lǐng)域Top期刊Water Research上，精密測(cè)量院副研究員莊艷華為第一作者、研究員張亮為通訊作者，副研究員李思思、研究員杜耘參與了該工作；同時(shí)，授權(quán)/受理專利4項(xiàng)。依托上述成果自主研制了可調(diào)式、下沉式多參數(shù)地表徑流監(jiān)測(cè)裝備，并在江西、河南、湖北等地推廣應(yīng)用。

　　該研究得到中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、湖北省杰出青年基金、湖北省技術(shù)創(chuàng)新專項(xiàng)（重大項(xiàng)目）、河南省中國(guó)科學(xué)院成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化項(xiàng)目資助。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.117992

     徑流總氮實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)原理

　　徑流總氮實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景

　　徑流總氮實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)及其裝備推廣應(yīng)用