突发性洪水导致人类活动主导河流的急性缺氧冲击

本研究针对洪水事件如何影响河流溶解氧(DO)这一关键科学问题，通过分析中国1156条河流三年期的高频监测数据，首次揭示了洪水引发的突发性缺氧现象及其与人类活动的关联。研究发现69.1%的河流在流量增加时DO下降，80.1%的河流在洪水期间出现DO骤降19.7%，且农业和城市区域受影响最严重。该成果为理解极端气候下河流生态系统响应提供了新视角，对全球水环境管理具有重要指导意义。

　　

河流是地球生命的重要支撑系统，但近年来随着气候变化加剧，极端洪水事件频发，这些突发性水文扰动如何影响河流溶解氧(DO)这一生命要素，成为环境科学领域的重大谜题。传统认知认为湍流会促进水体复氧，但洪水同时携带大量耗氧污染物，这种矛盾效应使得预测变得困难。更令人担忧的是，全球已有研究显示淡水系统正经历持续脱氧过程，而中国作为世界上河流最多的国家之一，其人类活动密集区域的河流健康状况尤其令人关注。

中国科学院南京地理与湖泊研究所水安全重点实验室的Yongqiang Zhou领衔的研究团队，在《Nature Communications》发表了一项突破性研究。通过构建包含1156条中国河流、覆盖三年期的高分辨率监测网络（4小时/次的DO测量和日尺度流量数据），首次系统揭示了洪水引发的"急性缺氧冲击"现象及其驱动机制。研究发现，与常规认知相反，69.1%的河流在流量增加时DO浓度反而下降，55.7%的河流氧饱和度(DO%sat)降低。当洪水来临时（流量>95%分位数），80.1%的监测点出现DO骤降（平均降幅19.7%），69.4%的站点DO%sat下降16.2%。

研究采用的关键技术包括：高频水质监测（4小时/次的DO、水温、浊度等参数）；流域尺度土地利用分析（30km半径内的农业和城市用地占比）；水文事件界定方法（95%分位数阈值定义洪水）；以及缺氧事件统计方法（DO≤2mg L^-1为缺氧，≤0.5mg L^-1为厌氧）。所有数据来自中国生态环境部国家监测网络，确保了数据的代表性和可靠性。

洪水期间的氧动态
研究发现洪水引发的缺氧冲击具有显著空间异质性。在农业和城市化程度高的华东平原（如松辽-海河、黄河-淮河和长江中下游流域），DO和DO%sat的下降幅度最大。通过比较洪水前4-9天的基准值，55.8%的站点DOflood:DOpre-flood<1，60.0%的站点DO%sat flood:DO%sat pre-flood<1，证实了缺氧冲击的突发性。

土地利用的关键作用
农业和城市用地占比>30%的流域，缺氧事件发生率是原始流域（用地<5%）的2.58倍，厌氧事件发生率更高达2.49倍。小中型河流（Strahler等级1-6级）尤其脆弱，这与人类活动密集区的营养盐输入直接相关。

营养盐驱动的缺氧机制
洪水期间铵态氮(NH₄⁺-N)浓度激增（最高>1mg N L^-1）是导致缺氧的关键因素。DOflood:DOnon-flood与NH₄⁺-Nflood:NH₄⁺-Nnon-flood呈显著负相关（R²=0.15），表明农业径流中的NH₄⁺-N通过硝化作用大量耗氧。化学需氧量(COD)的增加也加剧了这一过程，61.1%的站点显示DO与COD负相关。

恢复动态
有趣的是，人类活动密集区的河流表现出更强的恢复能力，DO恢复速率可达0.5mg day^-1，DO%sat恢复速率达8% day^-1。这可能与城市河流的工程化改造有关，但也暗示了这些生态系统已适应频繁的干扰-恢复循环。

这项研究从根本上改变了人们对洪水-氧气关系的理解，证明在人类主导的流域，洪水更多是作为"缺氧驱动者"而非传统认为的"复氧者"。随着气候变化加剧洪水频度，这种急性缺氧冲击可能对水生生物构成致命威胁，特别是对冷水性鱼类等敏感物种。研究结果为实施基于流域的土地利用管理提供了科学依据，建议将突发性缺氧纳入水生态健康评估体系。该发现不仅适用于中国河流，对全球面临类似发展压力的流域也具有警示意义，为应对气候变化下的水环境风险提供了新认知框架。