烟台海岸带所揭示海岸带典型入海河流和潮间带地下水流对氮磷循环的影响机制

近期，中国科学院烟台海岸带研究所滨海湿地演变机制与生态修复研究组（肖凯研究团队）采用沉积物磷形态分析结合扩散通量建模、多深度地下水采样和动态监测、稳定同位素示踪与多元统计等多种方法，系统解析了入海河流中磷在沉积物-水界面的迁移机制与潮间带地下水中营养盐的分布特征和转化输运过程。系列研究为深入理解近海富营养化的陆源驱动机制提供了关键科学依据。

成果1：沉积物-水界面磷形态及扩散通量的空间变异：从典型小流域到全国尺度的见解

磷作为控制淡水生态系统富营养化的关键限制性元素，其在小流域内的循环过程对理解和治理水体富营养化至关重要。该研究聚焦农业活动驱动的磷循环过程，以我国北方典型农业小流域为切入点，并结合国家尺度数据整合，不仅揭示了小流域沉积物磷循环的内在规律，也为理解与调控水体富营养化提供了关键科学依据。

研究团队沿弥河流域自上游至下游共布设了19个采样点（图1），于2024年11月采集了表层（0-10cm）沉积物样品，并同步监测上覆水化学特征，以揭示沉积物-水界面磷的迁移扩散机制。研究发现，弥河流域沉积物中的磷含量具有明显的纵向分异特征，自上游至下游呈现递减模式（图2a）；同时，沉积物向上覆水释放磷过程以有机磷为主要来源（图2b）。

研究进一步整合了全国2304个沉积物总磷（TP）含量数据，并对14个小流域的磷扩散通量进行分析（图3），以揭示了我国沉积物磷的空间分布特征和及输运转化规律。结果显示，西北地区沉积物总磷含量偏低，中西部及东北部与弥河流域相当；沉积物磷扩散通量高值区主要集中于我国西南部及沿海，多数小流域表现出沉积物向上覆水释放磷的趋势。

成果2：潮间带沉积物垂向分层调控溶解营养盐动态与界面输送通量

沙质和泥质海岸分别占世界无冰海岸线的31%和14%（图4a），其潮间带含水层是调控营养盐入海“组成”与“通量”的关键界面。以往研究多将潮滩沉积物视为均质体系，但实际普遍存在“表层细粒沉积物覆盖于粗粒沉积层”的垂向分层结构（图4b，d）。这种分层如何影响地下水中营养盐的迁移、转化与向海输送通量，其机制尚不清晰。为此，研究团队选取典型沙滩与泥滩两类潮间带剖面，开展多深度地下水采样，系统分析溶解态氮、磷、硅和碳的空间分布特征，并同步监测了地下水位的变化（图4c，e），以揭示潮间带地下水中营养盐迁移转化的关键驱动机制。

研究结果表明，沙滩和泥滩地下水中营养盐和碳在细粒层和粗粒层之间具有明显的空间分布差异（图5）。沙滩地下水中，营养盐组成从深层粗粒沉积物中以硝酸盐（NO₃^-）为主导（通过反硝化作用发生衰减），转变为表层细粒沉积物中以铵态氮（NH₄⁺）为主导（主要源于有机质矿化）。泥滩细粒沉积物中，地下水同样积累了高浓度的NH₄⁺、磷酸盐（PO₄^3-）和溶解硅。研究耦合聚类分析、Mantel分析、端元混合模型及同位素示踪（δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-）等多种方法，揭示以上过程是水文动力过程和生物地球化学反应协同调控的结果（图6）。

此外，沙滩是地下水排放的热点区域，其向海输送的溶解态营养盐和碳通量比泥滩高出约两个数量级。表层细粒沉积物的存在显著增加了地下水输送的溶解无机碳（DIC）和NH₄⁺通量，可能加剧近海富营养化与酸化风险（图6）。这些结果表明，潮间带沉积物的垂向分层结构是调控地下水中营养盐与碳向海输送组成和通量的关键因素，并提示通过调控沉积结构，有望增强潮滩对陆源营养盐的自然净化功能。

相关研究成果分别以“Spatial variability of the phosphorus forms and diffusive flux across the sediment-water interface: insights from a typical small watershed to the national scale”和“Vertical sediment stratification regulates dissolved nutrient dynamics and interface fluxes along the intertidal zone”为题，发表于《Journal of Hydrology》。论文第一作者分别为烟台海岸带所联合培养硕士生闫政和24级博士生李镇扬，通讯作者为肖凯研究员。该研究获得了国家自然科学基金面上项目、中国科学院人才引进计划青年项目、山东省泰山学者青年专家项目、青岛市地下水资源保护与修复重点实验室开放基金和省市科技业务等资助。

Zheng Yan, Jidong Zheng, Zhenyang Li, Jiahao Chen, Man Zhao, Jingjing Lv, Zhenyan Wang, Feng Pan, Kai Xiao, (2026). Spatial variability of the phosphorus forms and diffusive flux across the sediment–water interface: insights from a typical small watershed to the national scale. Journal of Hydrology 665, 134642. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.134642.

Zhenyang Li, Yueqi Wang, Yashu Qi, Kai Xiao, Guangxuan Han, Hailong Li, Liang Liu, Dejuan Jiang, Xiaoying Zhang, Chunmiao Zheng, (2026). Vertical sediment stratification regulates dissolved nutrient dynamics and interface fluxes along the intertidal zone. Journal of Hydrology 668, 134980. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2026.134980.