《Ecological Modelling》：Modelling phosphorus dynamics under the impact of sediment dredging in small rivers, Huxi Region, Lake Taihu Basin: An ensemble model investigation
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•量化了河流-湖泊连续体中磷（P）的动态变化。•采用了一个综合框架来研究太湖流域的磷动态。•仅有21.6%的总磷损失通过河流输送到太湖。•清淤可以每年减少117.1吨磷进入太湖。引言过量磷（P）进入河流、湖泊、水库和其他水生生态系统是全球主要的環境威胁，尤其是在人类活动密集的地区
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量化了河流-湖泊连续体中磷（P）的动态变化。
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采用了一个综合框架来研究太湖流域的磷动态。
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仅有21.6%的总磷损失通过河流输送到太湖。
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清淤可以每年减少117.1吨磷进入太湖。
引言
过量磷（P）进入河流、湖泊、水库和其他水生生态系统是全球主要的環境威胁，尤其是在人类活动密集的地区（Carpenter, 2008; Penuelas et al., 2013; Sun et al., 2022）。1970年至2000年间，全球进入水库的磷负荷几乎翻了一番（Maavara et al., 2015）。磷含量的增加会导致水质恶化和富营养化（Conley et al., 2009）。在美国，超过40%的河流和溪流处于不良状态，磷含量超标（U.S. EPA, 2024）。在欧洲，超过一半的水域生态状况不佳，营养物质是导致环境退化的主要原因之一（Grizzetti et al., 2021; Poikane et al., 2019）。通过对中国1925个湖泊的遥感调查发现，32%的湖泊处于富营养化状态，主要原因是过量磷的排放（Hu et al., 2024）。在太湖流域，尤其是低洼地区，集约化的农业活动和城市的人为活动共同威胁着水质（Qin et al., 2019; Zhang et al., 2024）。过量磷从河流进入太湖导致了持续的富营养化和反复的藻类爆发（Xu et al., 2010）。作为太湖流域的主要源头地区，湖西地区贡献了湖泊年总磷负荷的76%（Lu et al., 2022）。因此，量化磷的动态变化对于控制磷污染和水资源管理至关重要（Sun et al., 2022）。根据当地河流分类标准，湖西地区有超过7000条小河流，占河流总数的97%。为了管理这些水体，当地环境保护部门每5到8年会对这些河流进行一次清淤。然而，尚不清楚通过清淤可以减少多少磷从河流进入湖泊。因此，量化清淤带来的磷减少量非常重要，因为这是减轻太湖流域磷污染、富营养化和藻类爆发的常用策略。此外，评估清淤项目的效果有助于指导公共环境资金的分配和管理（Jin and Xu, 2025a），从而促进社会经济系统与生态环境系统的可持续发展。多项研究探讨了清淤在控制磷污染方面的有效性（Gustavson et al., 2008; Kiani et al., 2020; Krzeminska et al., 2023）。然而，以往的研究主要集中在单个河流、湖泊或其他水生生态系统上。这些研究阐明了清淤对沉积物-水体界面处磷动态变化的影响（Yin et al., 2021; Zhong et al., 2021），以及不同时间尺度下磷污染控制的有效性（Jing et al., 2019; Liu et al., 2016a; Zhu et al., 2022）。然而，清淤带来的环境效益如何通过复杂的排水系统传递以减轻下游磷的输出，目前尚未得到充分量化。具体来说，以往没有研究在同一流域内，考虑到流域尺度过程、复杂的河流网络连通性和水文距离梯度的影响下，量化清淤带来的磷减少量。因此，从湖泊-流域的整体视角出发，对于解释清淤带来的磷减少效果及其对磷污染控制的影响至关重要。
为了解决上述知识空白，选择了湖西地区作为研究区域。我们结合了一个层次化的磷循环模型、一个水文距离分析模型和一个河流磷生物地球化学模型（River-P），从湖泊-流域的角度评估清淤带来的磷减少效果。本研究旨在量化（1）湖西地区河流中的磷损失量，（2）河流向太湖输送的磷量，以及（3）小河流中清淤带来的磷减少量。我们开发了一个新颖的陆地-河流-湖泊综合框架。与以往的单个河段评估不同，该框架系统地研究了清淤如何与河流网络连通性和水文距离梯度相互作用，从而控制整个流域范围内的磷输送。所提出的框架为复杂湖泊-流域系统中的水环境保护和磷污染控制提供了稳健的方法工具。
章节摘录
研究区域和数据集
湖西地区位于太湖流域的上游地区，总面积为7675.9平方公里，其中低洼地区和山区分别占54%和46%（图1）。该地区具有典型的亚热带季风气候，年平均气温为17.7摄氏度，年平均降水量为1511.4毫米（Li et al., 2023）。该地区共有7026条小河流（宽度≤30米，长度≤10公里），占所有河流的97%
河流中的磷损失
模拟结果显示，湖西地区河流每年的磷损失量为6310.5吨（图3a）。土地利用造成的径流占磷损失量的最大部分（37.9％），其次是未经处理的废水排放（36.0％）、大气沉降（8.9％）和生活污水排放（6.4％）（图3a）。水产养殖、畜牧业和污水处理厂的贡献相对较小，分别为5.3％、3.3％和2.2％。
磷损失存在显著的空间变异性，这主要是由于...
过量磷的成因及缓解策略
结果显示，河流中磷损失量的加权平均值为8.22公斤/公顷/年。这一数值是密西西比河流域（0.47–0.78公斤/公顷/年）（Beusen et al., 2015）和长江流域（0.82–0.94公斤/公顷/年）（Li et al., 2025）的9.1至18.3倍。此外，在更大的区域尺度上，这一数值是中国全国平均水平（3.13公斤/公顷/年）的2.7倍（Chen et al., 2019），是全球磷损失量的4.7至14.2倍
结论
为了准确定量河流中的磷损失量、河流向湖泊的磷输送量以及清淤带来的磷减少效果，我们开发了一个综合框架，结合了多高风险分辨率数据集、统计模型和基于过程的模型。研究结果显示，河流中的磷损失量为6310.5吨/年，河流向湖泊的磷输送量为1365.6吨/年，清淤带来的磷减少量为117.1吨/年。该框架系统地阐明了清淤如何影响河流中的磷动态变化
CRediT作者贡献声明
Qimou Zhang: 文章撰写 – 审校与编辑，原始草稿撰写，数据可视化，软件使用，资源协调，方法论设计，研究实施，数据分析，概念框架构建。Jing Zhang: 数据可视化，软件使用，资源协调，方法论设计，研究实施。Junfeng Gao: 项目监督，项目管理，方法论指导，资金筹措。
Qimou Zhang|Jing Zhang|Junfeng Gao
