全球范围内，淡水生态系统面临着水质恶化与生物多样性丧失的持续挑战，其中富营养化被视为最严重的威胁之一（Giri, 2021; Ho et al., 2019; Reid et al., 2019）。数十年来大量使用磷酸盐肥料导致农业土壤中磷积累，增加了磷进入水生系统的风险。因此，农业非点源污染已成为淡水体中磷负荷的主要来源，也是导致富营养化的关键因素（Conley et al., 2009; Ji et al., 2024; K. Zhang et al., 2025）。从生物地球化学的角度来看，这一过程还受到陆地与水体之间碳、氮、磷元素化学计量关系的制约（Liu et al., 2023）。农业排水沟作为连接农田与下游湿地、河流和湖泊等水体的主要通道，其在磷的传输过程中起着关键的截留和转化作用（Li et al., 2021; Zhang et al., 2024）。因此，阐明这些排水沟中的磷保留与传输过程对于制定策略以减轻农业非点源污染和控制下游富营养化至关重要（Hu et al., 2026）。
农业排水沟是包含水、植被、沉积物和微生物的复杂生态系统。它们不仅具有水力传导功能，还是具有重要生态调控作用的生物活性系统。越来越多的证据表明，排水沟可通过多种机制截留和保留磷，包括植物吸收、沉积物吸附以及通过生物膜进行的微生物同化（Karl, 2014; Nsenga Kumwimba et al., 2018; Vymazal and B?ezinová, 2018）。尽管这些机制已得到广泛研究，但现有研究大多集中在特定生态组分内的单一过程或受控的特定地点条件下，难以全面了解整个排水沟尺度上的磷保留情况（Chen et al., 2022; De Oliveira et al., 2024; Gao et al., 2024; H. Li et al., 2025）。实际上，磷的保留是植被、沉积物、微生物和水动力过程共同作用的结果，因此对渠况变化及更广泛的生物地球化学约束条件极为敏感（Cui et al., 2020; C. Li et al., 2025）。
在影响排水沟状况的因素中，季节变化和清淤尤为重要（Bukaveckas, 2007; Moore et al., 2017）。季节变化通过调节植被生长、微生物活动和水文过程来影响磷的传输和保留。清淤作为农业排水沟常见的管理措施，不仅能恢复渠道的输水能力和排水功能，还能改善水质（Riza et al., 2023）。然而，清淤会通过清除植被、扰动沉积物、破坏生物膜以及改变渠道形态等方式，大幅改变生态和水动力条件（Xiang et al., 2024）。这些变化可能会改变水流动力学和溶质交换过程（J. Zhang et al., 2025; Zhao et al., 2024），进而影响磷的保留途径（Shigaki et al., 2008）。
排水沟中的磷保留存在明显的空间异质性，其分布沿渠道并不均匀，且深受水动力格局的调控。为描述这一过程，人们提出了瞬态储存模型（TSM）（Bencala and Walters, 1983）。在此基础上发展出了一维含入流和储存传输模型（OTIS），该模型已被广泛应用于包括排水沟在内的小型河流系统（Harvey et al., 1996; Runkel, 1998）。OTIS模型将渠道分为两个区域：流速相对较快的主渠道，以及流速接近为零且停留时间较长的储存带。这两个区域之间的溶质交换是通过瞬态储存过程实现的。该模型被广泛用于描述排水沟中养分传输和保留的空间异质性（Field et al., 2023; Gooseff et al., 2007; Liu et al., 2022）。研究表明，渠道形态、流速条件以及植被密度会直接影响主渠道与储存带之间的面积比和交换速率，从而影响养分的保留效率（Harvey and Gooseff, 2015; Zarnetske et al., 2007）。
在OTIS框架下，磷的保留可简化为三种主要过程：生物吸收和同化、吸附以及水动力过程（Liu et al., 2022; Runkel et al., 1996）。先前的研究已经指出，生物吸收和同化在主渠道和储存带中的磷保留过程中都起着重要作用（Runkel et al., 1996）。然而，针对季节变化和人为清淤所导致的渠况变化下，这两个区域对磷保留的相对贡献的定量比较仍十分有限（Field et al., 2023）。
为解决这些问题，本研究旨在：（1）量化季节变化和清淤引起的渠道变化对磷保留率以及主渠道和储存带相对贡献的影响；（2）阐明不同渠况下主导的磷保留机制的变化规律；（3）为农业排水沟的优化管理和生态修复提供科学依据。
