《Journal of Environmental Management》：Wind-wave-induced sediment resuspension regulates total phosphorus in a large, shallow, muddy lake during the dry season
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本研究通过现场观测揭示大型浅湖风浪引起的沉积物悬浮与总磷（TP）动态的关联机制。确定临界剪切应力为0.028 N/m2，对应东北风≥4.4 m/s，TP与悬浮物浓度（SSC）呈显著正相关（回归斜率0.8‰），其截距反映背景溶解TP浓度（0.0357 mg/L）。研究证实风浪悬浮是维持湖泊干季TP升高的关键驱动因素，并提出植被恢复与水位调控结合的管理策略。
王文才|姜京刚|王玉涛|安乐生|罗向新|范忠亚|贾良文
中山大学海洋工程与技术学院，中国珠海519082
摘要
风浪引起的沉积物再悬浮是大型浅水湖泊中的常见现象，据认为这种现象在中国中下游长江附近的大型浅水泥质湖泊——龙岗湖（LGL）中，会在旱季导致总磷（TP）浓度升高。然而，该湖泊中沉积物再悬浮的动态及其对TP的定量影响与悬浮沉积物浓度（SSC）之间的关系仍不清楚。本研究通过实地观测，记录了旱季期间的风速、波浪、浊度、悬浮沉积物、磷含量以及底部沉积物的数据。结果表明，当底部波浪剪切应力超过0.028 N/m2（对应东北风速度大于4.4 m/s）时，会发生沉积物再悬浮。TP与SSC之间存在强相关性，回归斜率（0.8‰）与底泥中的磷含量（0.8 mg/kg）相匹配，截距（0.0357 mg/L）反映了背景溶解总磷（DTP）的水平。这些发现确定了LGL中沉积物再悬浮的临界阈值。此外，我们证明风浪引起的沉积物再悬浮是SSC变化的关键驱动因素，进而调控了大型浅水泥质湖泊中的颗粒磷（PP）浓度，从而影响TP水平。我们建议通过恢复水生植被并结合水位管理，可以作为一种潜在策略来减轻沉积物再悬浮并降低TP浓度。总之，本研究揭示了TP动态与风浪引起的沉积物再悬浮之间的动态过程，为大型浅水湖泊的环境管理提供了宝贵的见解。
引言
磷（P）被广泛认为是大多数淡水湖泊初级生产力的关键限制营养素，因此在湖泊生态系统中起着核心作用（Ding等人，2019；Lin等人，2021；Zhu等人，2025）。几十年来，来自人为来源的过量外部磷负荷——如农业径流、森林砍伐和城市排放——已成为全球湖泊富营养化和有害藻类爆发的主要原因（Zhu等人，2025）。因此，控制磷浓度已成为湖泊管理策略的关键目标。
然而，越来越多的证据表明，即使外部磷输入大幅减少，沉积物内部释放的磷仍可能维持水柱中的高磷水平，并持续引发富营养化现象——尤其是在频繁发生沉积物再悬浮的大型浅水湖泊中（Jiang等人，2025；S?ndergaard等人，2003；Tang等人，2020；Wang等人，2024）。因此，了解沉积物再悬浮的动态及其对磷循环的影响对于有效恢复和管理这些系统至关重要。
沉积物再悬浮是大型浅水湖泊中的常见水动力过程。当风浪、水流和湍流在沉积物-水界面施加的总剪切应力超过使底部沉积物移动所需的临界阈值时，就会发生这种过程（Li等人，2016）。在这些因素中，风浪引起的剪切应力在这些类型的湖泊中比水流引起的应力更显著地促进沉积物再悬浮（Reardon等人，2014；S?ndergaard等人，1992；Zheng等人，2015）。
在再悬浮事件中，沉积物颗粒被卷入水柱，增加了SSC和浊度，同时降低了水的透明度（Chung等人，2009a；Ding等人，2018；Hawley和Lesht，1992；S?ndergaard等人，1992；Tang等人，2020）。重要的是，这种物理扰动还增强了沉积物中磷的释放，从而显著提高了上层水中的磷浓度（Kristensen等人，1992；Luettich等人，1990；S?ndergaard等人，2003；Wu和Hua，2014）。
在水生系统中，磷主要以两种形式存在：溶解磷（DP）和颗粒磷（PP）。在许多富营养化湖泊中，PP占TP的主要部分（Jiang等人，2025）。最近的研究表明，在沉积物再悬浮过程中，水柱中的PP浓度显著增加，而DP的变化相对较小（Tang等人，2020；Wang等人，2024）。这些动态在中下游长江的洪泛区湖泊中尤为重要——这里湖泊深度较浅，沉积物颗粒细小，且风驱动的混合作用频繁。
一个典型的例子是LGL湖。该湖泊的水位在旱季和雨季之间有明显的变化，每月变化范围为11.21–17.24米。LGL湖的季平均TP浓度分别为：旱季0.083 mg/L，上升季节0.061 mg/L，洪水季节0.050 mg/L，退水季节0.059 mg/L（Lesheng等人，2025）。对水文和水质数据的统计分析表明，沉积物再悬浮是旱季TP升高的主要原因（Fan等人，2020a；Lesheng等人，2025）。
尽管在几个浅水湖泊中的实地实验已经综合测量了风速、波浪、浊度、沉积物动态和磷含量，以阐明再悬浮过程中的内部磷释放机制，但仍存在关键的知识空白——特别是关于触发再悬浮的水动力阈值条件以及LGL中TP与SSC之间的定量关系。为了解决这些问题，我们在2019年12月29日至2020年1月2日期间对龙岗湖进行了实地观测。在此期间，记录了一次明显的风浪事件，直接证明了沉积物再悬浮是TP动态的关键调节因素。这一结论得到了该大型浅水湖泊在旱季中SSC与TP之间强相关性的有力支持，该湖泊的沉积物颗粒细小且易于再悬浮。我们的发现加深了对水动力作用下磷循环的理解，并为类似湖泊系统的生态管理提供了实际指导。
研究区域
LGL湖是怀阳湖泊系统（北纬29°52′–30°58′，东经116°00′–116°33′）的一部分，该系统包括四个相互连接的水体：LGL湖、大观湖（DGL湖）、黄湖（HL湖）和鄱湖（PL湖），位于长江中游北部（图1）。当水位达到17米时，怀阳湖泊系统的总面积约为966平方公里。年平均气温为16.6°C，年降水量为1307.2毫米，主要集中在5月至8月。该地区以东北风为主。
风和波浪的变化
在野外观测期间，记录了一次显著的风浪事件。如图3所示，这次事件的特点是风向、风速和波高的显著变化。2019年12月30日9:00之前，风向变化较大；之后稳定为东北方向（平均：45°±10°），2020年1月1日10:00有一个异常值。2019年12月30日17:00之前，风速一直较低。
动态分析和沉积物再悬浮
时间序列分析显示，风速和方向、显著波高、底部波浪剪切应力以及浊度的变化表明，在旱季，风浪是这种大型浅水泥质湖泊中沉积物再悬浮的主要驱动因素。使用激光粒度分析仪测得的监测点沉积物成分主要为粘土和粉砂颗粒，这证实了该湖泊属于泥质湖泊。
结论
总结如下：（1）在旱季，LGL湖发生了一次显著的风浪引起的沉积物再悬浮事件，其特征是显著波高、浊度、SSC和TP的显著增加；（2）在持续超过4.4 m/s的东北风作用下，沉积物再悬浮发生，产生的底部波浪剪切应力约为0.028 N/m2，这被认为是该监测点沉积物再悬浮的临界阈值。
CRediT作者贡献声明
王文才：撰写——初稿、可视化、调查、正式分析、数据管理、概念构思。姜京刚：撰写——审阅与编辑、数据管理。王玉涛：调查、数据管理。安乐生：撰写——审阅与编辑。罗向新：撰写——审阅与编辑。范忠亚：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取、概念构思。贾良文：撰写——审阅与编辑、监督。
利益冲突声明
我们声明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
本研究得到了长江保护联合研究项目（编号：2022-LHYJ-02-0504-05）的支持。我们感谢丁云阳、张亚国和洪元在数据收集方面的协助。
