《Ecological Engineering》：Coupling hydrology and vegetation management: Evidence that annual harvesting curtails greenhouse gases and nutrient release in a reservoir drawdown zone
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三峡水库干涸岸带植被年收获可同步减少温室气体排放（甲烷降低67%，二氧化碳降低40%）并抑制氮磷迁移，保持水体和土壤养分稳定，年均可移除氮3.0kt、磷0.8kt，为大型水库生态管理提供新策略。
刘星晨|刘晓波|朱大宇|黄伟|王金辉|王卓伟|刘伟桥|夏敏辉|周怀东|吴乐翔
中国水利水电研究院水循环与水安全国家重点实验室，北京100038
摘要
中国三峡水库的季节性裸露岸线生长着茂密的植被，这些植被会积累养分并释放温室气体（GHGs）。本研究测试了每年进行全区域范围的植被清除是否能够同时减少温室气体排放并防止养分从土壤转移到相邻水域。我们假设在重新蓄水之前清除地上植被可以减少甲烷（CH?）、二氧化碳（CO?）和一氧化二氮（N?O）的排放，而不会显著提高土壤或水中的养分水平。我们在上游、中游和下游区域分别监测了植被清除后四周内的土壤化学成分、近岸水质以及CH?、CO?和N?O的地面通量。结果表明，植被清除使甲烷排放量减少了67%，二氧化碳排放量减少了40%，一氧化二氮排放量减少了约20%，每平方米的总净收益为0.8公斤二氧化碳当量。包括总氮（TN）、总磷（TP）、奥尔森可提取磷（Olsen-P）、铵态氮（NH?-N）和硝酸盐氮（NO?-N）在内的关键土壤养分以及十一个水质指标均没有出现统计学上的显著变化，表明养分迁移非常有限。平均植被生物量（652 ± 239克/平方米）含有每千克16.2克氮和4.2克磷。如果将这一效果扩展到284.65平方公里的库区，每年清除的氮和磷的量分别约为3.0千吨和0.8千吨，这与几条支流的输入量相当。因此，机械化植被清除是一种可行的管理措施，既有利于气候改善，也有利于提高水质。
引言
水库退水区被全球公认为是重要的过渡生态系统，通常以显著的养分富集和温室气体（GHG）排放为特征（Almeida等人，2019；Beaulieu等人，2018；Dai等人，2023）。作为世界上最大的水电站，三峡水库的水位有明显的季节性波动，导致大面积的裸露区域在淹没和陆地状态之间交替（Gao等人，2023；Karami等人，2011；Zhang和Zhu，2025）。这些波动带来了两个潜在的环境问题：由养分驱动的富营养化风险和温室气体排放增加，而现有管理措施尚未有效解决这些问题（Jiang等人，2025；Liu等人，2025；Maavara等人，2020；Wang等人，2022a）。
退水区裸露的土壤中常见养分积累，尤其是氮（N）和磷（P），这主要是由于沉积物沉积、陆地径流和内部养分循环（Gatt等人，2020；Khurram等人，2023）。当水库重新蓄水时，这些养分会迅速进入相邻的水生生态系统，引发藻类大量繁殖并影响水质（Baldwin等人，2008；Carmignani和Roy，2017）。同时，富含有机物的土壤的周期性干湿循环为微生物活动创造了理想条件，从而促进了二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）和一氧化二氮（N?O）的大量排放（Muhr等人，2008；Vannuci-Silva等人，2022；Wang等人，2020）。以往的缓解策略主要集中在减少外部养分负荷（例如，改进废水处理和径流控制）或促进植被覆盖以稳定土壤（Qin和Wang，2009；Zaragüeta和Acebes，2017）。然而，这些方法往往没有考虑到退水区植被腐烂后最终会释放养分，因此只能提供暂时或有限的养分缓解效果。
管理水库退水区的温室气体排放同样具有挑战性（Wang等人，2024，2021）。周期性的湿润-干燥过程增强了微生物分解过程，使得这些区域成为CH?和CO?的重要来源，尤其是在生物量丰富的情况下（He等人，2009；Waroszewski等人，2021）。传统的措施，如减少植被以减少甲烷生成，可能会无意中增加养分迁移和侵蚀风险，这突显了孤立干预措施的有效性限制。
最近，植被清除作为一种潜在的综合策略出现，旨在实现多重效益：减少养分迁移、抑制温室气体排放，并同时将养分从水库系统中移除（Daus等人，2021；Majsztrik等人，2017；Zhu等人，2025）。通过在重新蓄水之前清除植被，可以物理上移除其中的养分，理论上减少了内部养分负荷，并剥夺了微生物产生温室气体所需的有机底物（Pinheiro等人，2021）。然而，关于这种清除实践的生态后果的大规模评估仍然有限，对其潜在副作用（包括下游养分迁移和对水质的意外影响）仍存在不确定性。
为了全面解决这些关键知识空白，我们在三峡水库的退水区进行了实地研究，系统地研究了植被清除的生态后果。具体来说，我们的目标是通过监测土壤养分动态和相邻河流水质来（i）量化与清除实践相关的养分迁移风险；（ii）评估清除对土壤表面和水表面CO?、CH?和N?O排放的影响；以及（iii）估算植被清除每年从水库生态系统中移除大量氮和磷的潜力。通过实现这些目标，我们的研究提供了关于战略性植被清除是否能够有效缓解大型调节水库中的富营养化压力和温室气体排放的全面评估。
研究区域和实验设计
实验在中国三峡水库的水位波动区进行（北纬30°44–31°47′，东经110°39′–111°25′）（Bao等人，2015；Zhu等人，2020）。沿着超过600公里的纵向梯度选择了三个区域：上游的长寿（CS）、中游的中县（ZX）和下游的巴东（BD）（图1）。在每个区域划分了两个海拔带：高海拔区（海拔165 ± 2米），这些区域在退水周期早期重新露出水面；低海拔区（海拔150 ± 2米），这些区域在整个退水期间保持淹没状态。
植被清除对土壤养分动态的影响
为了评估植被清除对三峡水库退水区土壤养分动态和养分迁移风险的影响，我们在从上游到下游的三个代表性地点（CS、ZX和BD）监测了关键的土壤物理化学性质（总氮（TN）、总磷（TP）、铵态氮（NH?-N）、奥尔森可提取磷（Olsen-P）和pH值（图2）。实验在水库完全裸露的早期阶段进行，重点关注清除植被生物量是否改变了土壤养分
结论
在三峡水库退水区进行战略性植被清除显著减少了基于土壤的甲烷（约67%）和二氧化碳（约40%）排放，同时没有对土壤养分或相邻水域水质产生负面影响。土壤养分（总氮、总磷、铵态氮、硝酸盐氮）和水质参数（如DIP、NH?-N、NO?-N）保持稳定，表明清除区域的养分迁移或淋溶风险可以忽略不计。结构方程模型显示，甲烷排放主要受到
作者贡献声明
刘星晨：概念构思。刘晓波：概念构思。朱大宇：软件开发、数据管理。黄伟：调查研究。王金辉：资金筹集。王卓伟：数据管理。刘伟桥：数据分析。夏敏辉：方法论设计。周怀东：数据分析。吴乐翔：项目管理、方法论设计、调查研究、资金筹集、数据分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本项目得到了国家重点研发计划（项目编号：2023YFC3207802）、中国水利水电研究院基础科学研究计划（项目编号：WE110145B0022025）以及云南省数字水利工程技术创新中心科技人才与平台计划（项目编号：202305AK34003）的支持。
