科研进展|长江及其主要支流营养盐时空格局研究取得新进展：揭示自然与人为因素对营养盐输送的调控效应

　　在全球气候变化和人类活动加剧的背景下，大型河流的营养盐输运格局正在发生显著变化。长江作为世界第三大河，营养盐的变化不仅影响流域水生态系统健康，并直接关系河口近海的生态安全。近日，华东师范大学河口海岸全国重点实验室侯立军研究员团队以长江干流及其主要支流为研究区，基于现场观测和历史数据整合，深入探究了长江及主要支流营养盐时空变化特征，发现大坝修筑、政策改变和水文泥沙对长江营养盐输移变化扮演着重要角色。相关成果以“Spatial and historic changes of nutrients across the Changjiang River and associated major tributaries”为题，发表在国际知名期刊Water Research。
 
 
研究背景
 　　河流作为连接陆地与海洋的关键纽带，营养盐输运对全球生物地球化学循环与近海生态系统具有重要影响。作为世界长度第三的长江，其干流和支流遍及我国19个省份，对其营养盐演变规律的研究，不仅是深化河流生物地球化学循环研究的重要内容，更是协同推进流域高质量发展与生态保护、实现人与自然和谐共生的重大现实需求。近年来，随着流域内农业集约化发展、快速城镇化进程以及三峡大坝等重大水利工程的建设，长江营养盐的来源、组成和输送格局正在发生深刻改变。同时，大规模生态保护工程的实施也对营养盐浓度和输送通量产生显著影响。然而，当前对不同营养盐组分（氮、磷、硅）在长江干流及主要支流中的时空分布规律认识不足，自然与人为因素对营养盐输送的调控作用认识有限。此外，支流与干流之间营养盐的相互影响关系，以及长期政策实施对营养盐变化的影响特征，仍有待深入探究。本研究通过野外调研和多源数据整合，系统揭示长江营养盐的时空演变规律及其驱动机制，对流域水环境保护与近海生态安全管理具有重要科学意义。
 
研究成果
　　研究结果发现从长江上游至下游，溶解无机氮（DIN）浓度在中、下游显著高于上游；溶解无机磷（DIP）和溶解无机硅（DSi）的浓度则下游显著高于中游和上游。在氮形态组成上，硝酸盐（NO₃⁻）是DIN的主要组成部分（57.3-99.8%），而铵盐（NH₄⁺）的贡献在上游相对较高，向下游递减但在河口激增。这些空间分异规律表明了长江不同河段营养盐来源的差异，上游主要受自然环境影响，而中下游主要来自农业与城市排放。
 
图1 长江干流营养盐浓度分布
 
　　三峡大坝（TGD）成为长江干流营养盐输送格局关键调控节点，其拦截效应显著改变营养盐比例。研究发现，大坝上游至TGD段，DIN:DSi、DIN:DIP和DSi:DIP比值均显著上升；而TGD至河口段，这些比值则明显下降。这一结果表明，大型水利工程（特别是三峡大坝）深刻改变了河流营养盐的输送格局和生物可利用性，对下游及河口生态系统产生深远影响。根据限制性营养盐判定标准，长江干流及多数支流均处于磷限制状态（Si:P>22，N:P>22）。而且，相邻的主要支流具有相似的营养盐结构特征。
 
图2 长江干流及支流氮磷硅比
 
　　基于近六十年波动但相对稳定的径流量分析发现，长江营养盐浓度与通量的变化主要受外源输入和泥沙输运量控制。无机氮浓度自1997年以来持续上升，尤其在2003年后增幅显著（图3），主要驱动因素是农业氮肥施用、畜禽养殖与水产养殖废水的增加等。相比之下，磷浓度在中游河段呈现下降趋势，这与2010年后农业磷肥使用量减少密切相关（图4）。硅浓度在时间与空间上均保持相对稳定，主要受流域土壤淋溶与侵蚀过程主导，其通量与输沙量呈显著正相关，自1990年代以来因大规模植树造林和三峡工程泥沙拦截而明显下降。人类活动、工程建设与政策实施的综合作用，共同塑造了长江营养盐输送格局的长期演变。
 
图3 长江营养盐浓度历史变化
 
图4 长江年径流量与输沙量、N和P输入源
 
　　在过去六十年里，无机氮和无机磷的通量有所增加，而硅的通量则有所减少。近年来，尽管一些环境保护政策的实施，但“时间滞后效应”延迟了营养盐通量显著下降的时间。研究系统揭示了人类活动与重大工程对长江营养盐输送和结构组成的长期影响，为长江大保护和国家水环境治理提供了重要科学依据。
 
研究团队及资助
　　华东师范大学河口海岸全国重点实验室硕士研究生林秋汛、博士研究生宋振阳为论文共同第一作者，河口海岸全国重点实验室李小飞研究员、地理科学学院李晔副教授为共同通讯作者，博士研究生漆梦婷、尹国宇副教授、孙东耀博士、侯立军研究员、刘敏教授为共同作者。该研究由国家重点研发计划项目（2023YFC3208404）和国家自然科学基金（42422604、42271101、42030411）资助。
 
文献信息
Qiuxun Lin, Zhenyang Song, Mengting Qi, Guoyu Yin, Dongyao Sun, Ye Li, Lijun Hou, Min Liu, Xiaofei Li (2025). Spatial and historic changes of nutrients across the Changjiang River and associated major tributaries. Water Research, 125140.