水闸调控对河口生物地球化学过程的切换效应：基于韩国锦江口门操作与氮循环转化的实证研究

针对河口调控工程如何通过改变水体滞留时间影响生物地球化学循环的关键问题，韩国全南大学团队对比分析了锦江河口闸门关闭期（2021年8月）与开启期（2022年8月）的DOM（溶解有机质）、POM（颗粒有机质）及营养盐动态。研究发现闸门操作如同"生物地球化学开关"：开启期形成以NO3-为主的磷限制系统（RDIN/TDIN～0.29），关闭期则转为以还原态氮为主的氮限制系统（RDIN/TDIN～0.76），为全球受调控河口管理提供科学依据。

　　

河口作为陆海交互的关键界面，其生物地球化学过程对全球物质循环具有重要影响。然而，随着全球范围内闸坝等水利设施的兴建，这些人工调控工程如何改变河口的自然水文节律，进而影响碳氮磷等元素的转化过程，成为当前环境科学领域亟待解决的核心问题。特别是在东亚季风区，暴雨事件与干旱期的交替使得河口管理面临巨大挑战——既要保障防洪安全，又需兼顾生态系统健康。

韩国全南大学地球系统与环境科学系的Min-Young Lee、Tae-Hoon Kim等研究人员选择韩国西海岸的锦江河口作为天然实验室，巧妙利用该河口在2021年8月（闸门关闭期）和2022年8月（闸门开启期）形成的极端水文对比条件，开展了一项揭示人工调控影响机制的创新研究。通过整合水文测量、三维荧光光谱(EEM-PARAFAC)、双硝酸盐同位素(δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-)等先进技术，团队首次量化了闸门操作对河口功能的"开关式"调控效应，相关成果发表在《Journal of Immunological Methods》上。

研究采用多学科交叉方法：通过箱式模型计算不同操作模式下的水体滞留时间；运用高精度总有机碳分析仪(Shimadzu TOC-L)测定DOC（溶解有机碳）和TDN（总溶解氮）；采用荧光分光光度计(SCINCO FS-2)结合平行因子分析(PARAFAC)解析DOM组成；通过同位素比值质谱仪(Isoprime 100)测定硝酸盐同位素比值；并建立POC/Chl-a（颗粒有机碳/叶绿素a）和POC/PN（颗粒有机碳/颗粒氮）比值体系追溯有机质来源。

3.1 滞留时间的极端分化

水动力学模型显示，闸门关闭期滞留时间达3.5天，而开启期骤降至0.5天。这种量级差异远超自然季节变化范围（通常1.6-10天），证实人工调控可完全覆盖自然水文节律。

3.2 DOM的"身份转换"

荧光指数(FI)在开启期飙升至5.68±0.85（关闭期仅1.35±0.08），表明暴雨冲刷使DOM组分从陆源腐殖质主导转为微生物代谢产物为主。三维荧光显示，开启期蛋白类组分(C3)强度增加50%，而关闭期出现底部富集的类腐殖质组分(C2)，反映不同降解路径。

3.3 POM的源汇重构

POC/PN比值在开启期达14-26（关闭期<10），结合悬浮物(SS)浓度倍增现象，证实开启期POM主要来自流域侵蚀。而关闭期底部Chl-a浓度2.8倍的爆发式增长（9.5±1.7 μg/L），则揭示了滞留时间延长激发的初级生产力。

3.4 营养盐限制的戏剧性反转

最具突破性的发现是氮形态的转化：开启期氧化态氮(ODIN)占比达71%（NO₃^-主导），而关闭期还原态氮(RDIN)比例跃升至76%。同位素指纹证实，这种转变源于关闭期延长的滞留促进反硝化（δ¹⁵N富集7.0-37.8‰）和藻类吸收的双重作用。

3.5 生态系统服务的管理启示

研究量化了闸门操作对生态功能的调控：开启期像"传送带"快速输出陆源有机物（281×10⁶吨/次），而关闭期则成为"生物反应器"，通过促进藻华可能加剧温室气体(N₂O)排放。这种权衡关系为制定适应性管理策略提供了定量依据。

这项研究开创性地揭示了人工调控河口"功能切换"的微观机制，建立了滞留时间-元素循环-生态响应的定量关系模型。特别是发现3.5天的滞留时间即可触发氮限制状态（RDIN/TDIN>0.7），这一阈值对全球近万座河口闸坝的生态调度具有普适指导价值。研究团队强调，未来管理需在洪水防御与生态健康间寻找平衡点，而基于δ¹⁵N-NO₃^-等生物地球化学指标的实时监测，可成为优化闸门操作的"生态罗盘"。该成果不仅为东亚季风区河口管理提供范式，也为全球气候变化背景下水利工程的生态适应性改造提供了新思路。