中國科學院華南植物園全球變化生態(tài)學團隊近日在Journal of Hydrology期刊上發(fā)表最新研究成果，探究了河口沉積物磷（P）釋放對升溫的動態(tài)響應機制。研究結合野外調查和室內控制實驗，捕捉到了溫度變化驅動下河口沉積物中錳-磷（Mn-P）耦合循環(huán)向鐵-磷（Fe-P）耦合循環(huán)轉變的關鍵證據。研究結果強調了Mn循環(huán)在河口高沉積速率區(qū)域P釋放過程中所起到的關鍵作用。

1.?提出科學問題

河口區(qū)域沉積物P釋放（內源P負荷）是調控水體營養(yǎng)狀況的重要過程。P的內源性釋放主要由Fe和Mn的氧化還原行為驅動：缺氧條件下微生物利用有機質作為電子供體，還原Fe/Mn氧化物，并釋放其吸附的P。溫度是該過程的關鍵影響因素，因為其直接控制微生物礦化有機質的速率。然而，在水動力和沉積環(huán)境復雜的河口區(qū)域，季節(jié)性溫度如何調控Fe/Mn與P的耦合循環(huán)，尤其是在新沉積的、氧化還原界面不穩(wěn)定的表層沉積物中，其作用機制尚不明確。

在此背景下，本研究旨在探討以下兩個科學問題：（1）在升溫驅動的P釋放過程中，Fe和Mn分別起到何種作用？（2）冬季溫度下降是否降低P的遷移性?

2.?主要研究結果

研究的整體遵循“野外現象發(fā)現→室內實驗驗證→數值模型量化”的思路鏈條，通過環(huán)環(huán)相扣的證據鏈，清晰地闡明P釋放對溫度的動態(tài)響應機制。

（1）野外調查發(fā)現關鍵現象：蕉門水道的原位觀測發(fā)現了夏季升溫導致沉積物活性P濃度升高的現象，而且P與Mn元素間的耦合關系增強。這與傳統(tǒng)認知中Fe主導P循環(huán)的模式不同，暗示在高溫和高沉積速率的條件下，Mn循環(huán)可能對P的活化起到了更重要的作用。

（2）微宇宙實驗驗證機制與可逆性：設計溫控試驗模擬季節(jié)更替，分為初始（17℃）、升溫（32℃）和降溫（17℃）階段。實驗結果證實了升溫首先觸發(fā)Mn氧化物還原溶解及其釋P現象，然后通過碳酸錳礦物形成而在短期內不可逆地解耦Mn-P關系，最終建立Fe-P耦合模式。

（3）數值模型量化貢獻并模擬動力學過程：構建的活性P對活性Fe和活性Mn的二元線性回歸模型顯示，Mn氧化物釋放的P在升溫初期起到主要貢獻，而后期則轉為Fe氧化物釋放主導。

3.?研究結論與展望

該研究驗證了以下假說：升溫促進了河口區(qū)域沉積物中P的遷移性。這種促進作用有不可逆性，主要是因為Fe/Mn氧化物轉化為硫化物或碳酸鹽過程導致的磷吸附劑損失。盡管Mn在新沉積物中對P循環(huán)至關重要，其敏感的氧化還原特性促成了Mn-P循環(huán)的快速解耦和Fe-P耦合模式的建立。然而，這種轉變是受氧化還原條件影響的過渡狀態(tài)，使得固相表征極具挑戰(zhàn)性。因此本研究主要采用被動采樣技術（HR-Peeper、DGT和Rhizon）獲取液相數據。未來應嘗試應用X射線近邊吸收光譜和冷凍電子顯微鏡等先進技術，在不破壞樣品原始結構的前提下深入探索該過程。

相關研究成果以“Phosphorus remobilization triggered by reduction of manganese oxyhydroxides in newly-deposited estuarine sediments under warming conditions: Robust evidence from field investigations and a microcosm experiment”為題近日發(fā)表在國際學術期刊Journal of Hydrology（《水文學雜志》）（IF=6.9）。中國科學院華南植物園博士后李睿為論文第一作者，高磊副研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和廣東省自然科學基金資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.134635