《Water Research》：Functional hydrological connectivity reshapes nutrient source-response relationships in plain river networks
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•源-响应不匹配影响了57.1%的TN断面和64.3%的TP断面。•高源强/高响应区域在TN和TP中均较为有限。•引入HCIS后，TN模型的R2从0.21提升至0.39。•低连通性河段可能充当隐性滞留-释放区。引言有效管理面源营养污染需要对那些源削减措施能确实改善水质的地点进
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源-响应不匹配影响了57.1%的TN断面和64.3%的TP断面。
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高源强/高响应区域在TN和TP中均较为有限。
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引入HCIS后，TN模型的R2从0.21提升至0.39。
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低连通性河段可能充当隐性滞留-释放区。
引言
有效管理面源营养污染需要对那些源削减措施能确实改善水质的地点进行精准定位，而不仅仅是选择营养负荷最高的地点（Deng等，2024；Wang等，2024；Chen等，2025）。这一区分至关重要，因为来自农业和乡村景观的氮磷损失在空间上呈分散分布、具有突发特征，且强烈受水文输移过程控制（Chen等，2019；Wang等，2024）。全国调查数据显示，反应性氮对淡水水体的持续污染不容忽视，亟需实施集污染削减与粮食安全保障于一体的综合管理方案（Deng等，2024；Chen等，2025）。然而，核心管理难题并非是否需要减少营养污染，而是源压力高地区的削减措施是否能在下游监测断面产生可量化的水质改善（Sharpley等，2011；Wang等，2024）。这一问题在闸控平原河网中尤为突出，因为低地形梯度和人工水力调控可能导致营养产生与水质响应之间的解耦（Bu等，2022；Yang等，2024，2025）。
传统面源污染框架基于源-输移-受体范式。源核算和输出系数模型用于定位营养排放热点，基于连通性的关键源区分析划定污染物输移廊道，受体监测则识别水质恶化及生态风险加剧（Pionke等，2000；Collins等，2016；Wang等，2024）。依托这些分析方法，管理者已实施分级控制方案，涵盖源削减、输移途中拦截和末端治理，具体包括肥料优化、乡村/水体重污染废水处理、河岸缓冲带、人工湿地和闸控调流等（Sharpley等，2011；Collins等，2016；Maavara等，2020；Wang等，2024）。然而，几乎所有传统框架都假设水文路径稳定、源汇配置固定，隐含要求源压力与水质响应在时空上保持一致（Collins等，2016；Yang等，2025）。这一假设在平原河网中并不成立，因为人工调度会间歇性地激活、重定向、截留或切断污染路径。因此，关键空白并非缺乏源-路径-受体思维框架，而是缺乏可操作的诊断代理指标，以量化人工变流制度下源-路径-响应的动态变化。由于水文输移是将营养产生转化为下游暴露的关键过程，连通性决定了源压力何时、何时及沿哪些路径以可测量的水质响应形式表现出来。
这一空白带来科学与管理双重后果。源控制措施可能被优先部署在与受监测受纳河段连通性弱的高负荷区。路径拦截设施可能布置在结构上相连但在关键污染期水文上不活跃的河道中。末端治理可能缓解河道内水质症状，却未能区分外源输入、河道内滞留和底泥内源释放（Wang等，2024；Yang等，2025）。这些问题在闸控平原河网中更为复杂：温和的地形坡度、复杂的沟塘湖镶嵌格局以及频繁的闸门操作使静态排水格局与实际水体交换脱节（Bu等，2022；Yang等，2024）。现有的河网连通性指标可从概念上区分为结构连通性和功能连通性。结构连通性描述输移路径的潜在组织方式，由地形、河道密度、节点连通性和网络拓扑等相对静态属性决定（Borselli等，2008；Cavalli等，2013；Rinderer等，2018）。功能连通性则描述水和相关物质沿这些路径的实际交换，因此随水文驱动和人工调控而变化（Bracken和Croke，2007；Rinderer等，2018；Bu等，2022）。在这一区分中，基于地形的指数如连通性指数和图论指标主要表征结构或潜在连通性，而水文或水动力指数则纳入流量或调控因素以表征动态实现的功能交换（Borselli等，2008；Cavalli等，2013；Rinderer等，2018；Bu等，2022）。这一区分在闸控平原河网中尤为重要，因为物理上连续的河道可能在交换受限时保持水力不活跃，而在降雨、排水或闸控排放期间成为有效的输移通道。
先前研究已推进了调控河网中功能连通性的动态表征。例如，Bu等（2022）为多闸城市河网开发了纵向功能连通性综合指数，强调复杂闸运用条件下的水文流量条件和纵向连续性。此类方法为评估动态纵向连通性提供了重要基础，但本研究针对的是一个不同的诊断问题。农业平原流域包含分散的沟塘蓄存、局部产生的径流和空间异质的闸控调度，而闸门运行和水力梯度的连续观测数据往往不可获得。HCIS因此整合了三个耦合约束条件——局部水力激活、调控介导的排放和网络尺度的结构传播——以表征沟-塘-湖系统的月尺度功能交换。其方法创新不仅在于纳入闸控调控，更在于识别结构上可用的路径何时被功能性地激活，进而检验这种激活是否能解释超出源压力和静态结构连通性范围的源-响应不匹配以及营养削减效应。
本研究构建了一个源-连通性-响应框架，用于诊断在闸控平原河网中营养压力何时以可观测的水质响应形式通过水文过程表现出来，以及出现在何处。具体目标为：(i) 量化TN和TP源压力热点与断面尺度水质响应区之间的空间吻合度；(ii) 构建闸控条件下的月尺度水文连通性指数（HCIS），检验HCIS在沿程营养削减方面是否能在源压力和静态结构连通性之上增加解释力；以及(iii) 利用交换受限沟系的过程证据解释指标特异性响应差异和低连通性风险。通过将源压力、结构路径潜力、功能交换状态和观测响应耦合起来，本研究为闸控平原河网中面源污染的靶向管理提供了可操作的诊断依据。
节段摘要
研究区与监测网络
本研究在中国中部江汉平原的闸控农业平原河网——崇湖流域开展（图1）。流域面积为121.3 km2，地形低平，高程范围为28.5至34.2 m，平均坡度小于2‰。崇湖通过密集的沟-塘-湖排水网络相连；人工沟渠系统全长约320 km，分布有430余个池塘和42座控制闸。
源压力热点与水质响应区不吻合
首先考察源压力热点是否与水质响应区吻合。TN和TP源压力在崇湖流域表现出明显的空间异质性，但高负荷区并不能可靠地代表水质响应区（图3）。高负荷区主要分布在农业排水区、养殖主导区和连湖通道附近。然而，源-响应不匹配类型更为常见，
源压力标识的是潜在压力而非实际水质响应
源压力图标识的是潜在营养压力，而非实际水质响应。TN和TP源压力热点与断面尺度浓度模式之间较弱的空间对应关系表明，在平原河网中，营养产生不能假设与受体尺度响应一致。源清单仍然不可或缺——耕地、养殖和乡村生活源输入界定了营养输送潜力的上限——但本
结论
本研究表明，平原河网中的营养风险受源压力、功能激活和滞留-释放过程的共同影响。TN和TP源压力热点未能可靠地与断面尺度水质响应区吻合，表明仅凭源压力图可能误判水质响应热点。HCIS表征了沟-塘-湖网络的月尺度功能激活，并为TN
CRediT作者贡献声明
孙志祥：撰写-原始草稿、可视化、调查研究、形式化分析。左青青：软件、数据整理。蒋嘉宇：方法学、形式化分析。王振华：验证、数据整理。龙蒙：可视化、形式化分析。胡艳萍：软件、数据整理。沈振尧：监督指导、项目管理、概念构思。陈雷：撰写-审阅与编辑、基金获取、概念构思。
利益冲突声明
作者声明，不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益关系或私人关系。
致谢
本研究得到国家自然科学基金联合基金（U2340219）、国家自然科学基金创新研究群体（编号52221003）以及中央高校基本科研业务费的资助。
孙志祥|左青青|蒋嘉宇|王振华|龙蒙|胡艳萍|沈振尧|陈雷
