河口及邻近海域的季节性缺氧，是威胁海洋生态系统健康的关键环境问题。近日，山东科技大学石洪华教授团队取得重要突破，揭示了巨量泥沙在黄河调水调沙（WSRS）期间充当河口生态系统的“调节器”，并通过“磷限制”与“有机碳埋藏”双路径耦合作用，将潜在的河口富营养化缺氧风险转化为受控碳沉积事件的新机制。相关成果以“Sediment discharge regulates estuarine hypoxia: coupled mechanisms of phosphorus limitation and organic carbon burial during the Yellow River WSRS”为题在国际环境领域著名期刊《Water Research》在线发表。
研究背景：水沙脉冲下的生态谜题
在全球“人类世”背景下，受大坝建设等人类活动影响，河流入海泥沙量锐减。长江、密西西比河等全球大型河口因泥沙减少及人为营养盐富集，正面临日益严峻的季节性缺氧危机。自2002年实施黄河调水调沙工程以来，短时间内超大规模的水、沙、营养盐被集中排入渤海。按传统海洋学理论，大量淡水引发的强烈水体分层，叠加大规模的氮输入，是触发缺氧的“完美前置条件”。然而，长期野外观测发现，黄河口底层水体总体保持良好的溶解氧状态。高负荷氮的去哪儿了？泥沙在其中扮演了何种角色？这一科学谜题长期悬而未决。
新发现：双路径耦合的“控氧”新机制
为破解这一谜题，研究团队敏锐地抓住了2024年黄河调水调沙期间一次罕见的天然实验窗口——“水沙解耦”（即淡水脉冲与泥沙脉冲在时间上发生了分离）。借助这一契机，团队采用现场观测、室内实验与数值模拟相结合的研究方法，在黄河调水调沙期间，对河口区水沙、营养盐、有机碳及溶解氧开展多要素同步监测，从三个维度揭示了调水调沙破解河口缺氧危机的机制：
一是泥沙输移驱动磷限制效应，抑制浮游植物过度增殖。黄土高原来源的悬浮泥沙富含铁、铝氧化物，在入海过程中宛如巨大的“磷海绵”。通过强烈的表面络合吸附动力学作用，使高浓度泥沙（>1 g/L）快速剥离水体中的溶解态无机磷（DIP）。监测数据显示，泥沙羽流核心区的氮磷比飙升至160:1，约为经典Redfield比值的10倍。这种极端的磷限制状态，为浮游植物增殖踩下“急刹车”——尽管氮营养充足，生态系统仅形成横向分布广但生物量积累低的“受限生产”，从源头上控制了表层水体有机碳的合成总量。
二是泥沙沉积促进有机碳埋藏，大幅降低底层水耗氧负荷。水沙脉冲带来的巨量悬浮泥沙在河口近岸快速沉积，将大量活性颗粒有机碳迅速埋藏于沉积物中。研究表明，调水调沙期间有机碳埋藏效率显著高于非调度期，且埋藏的有机碳多被稳定封存，大幅降低了其在水体和沉积物—水界面的降解耗氧，直接缓解了底层水体的缺氧压力。
三是双路径耦合形成“控氧协同效应”。磷限制通过“源头控碳”减少有机碳产生，有机碳埋藏通过“末端固碳”降低耗氧释放，二者在时空上相互衔接、协同作用，共同构成了黄河调水调沙期间河口缺氧的核心调控机制。这种耦合效应使得调水调沙对缺氧的缓解作用，显著优于单一过程的影响。
研究意义：为黄河口生态保护提供科学支撑
该研究不仅丰富了流域-河口-近海连续体生态系统动力学研究，更为黄河水沙调度的生态优化提供了科学参考。研究成果可直接服务于黄河“泥沙—溶氧”联动监测体系的优化设计，为制定兼顾河道防洪减淤与河口缺氧防控的精细化水沙调度方案，保障黄河口及邻近海域生态安全，推动黄河口国家公园的规划建设，助力黄河流域生态保护和高质量发展国家战略实施提供科技支撑。
图1黄河调水调沙期间泥沙调控河口缺氧的耦合机制示意图
本研究受到国家自然科学基金委—山东联合基金项目、崂山实验室相关科研经费的资助。由山东科技大学海洋学院特聘教授、海洋生态安全工程与数智化研究中心主任石洪华作为通讯和共同第一作者，中国海洋大学博士研究生韩龙江为第一作者，联合自然资源部第一海洋研究所丁德文院士、崂山实验室相关科研人员等共同完成。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.125564
