氮磷不仅是保障我国食品安全的重要营养元素，更是造成我国各水系统污染的主要污染物。地表水（河流）是我国重要的淡水资源，亦是连接各水系统的重要枢纽。本研究解决了中国氮磷地表水水质模拟面临的以下挑战：（1）模拟过程与结果中的生物物理与行政尺度不匹配性；（2）点源模拟中的空间代表性差；（3）禽畜工业化的点源、面源区分排放模拟不足；以及（4）综合性模型关注河流向海洋的氮磷输出，缺失对河流断面水质的分析模拟。基于以上，本研究开发了新一代MARINA 3.0跨尺度氮磷地表水水质综合模型，用于模拟氮磷河流断面浓度及主要污染源定量溯源，并区分不同营养盐形态。模型验证显示其模拟结果与全国155个河段监测结果基本吻合。结果表明，14%和9%的地区分别贡献了总溶解氮和总溶解磷入河污染的一半以上。各营养盐形态导致12%到66%的河流受到高度污染（超过地表水水质等级3）。在76%的河流断面中，面源是可溶解性无机氮的主要来源。在46%至59%的河流断面中，点源（如动物粪便的直接排放）是可溶解性有机氮、可溶解性有机无机磷的主要来源。各县之间和各县内部的污染源差异很大。综上，跨尺度模拟结果同时为厘清氮磷地表水水质的时空演变特征及水污染防治政策的制定提供了有力支撑。

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