中国科学院华南植物园全球变化生态学团队近日在Journal of Hydrology期刊上发表最新研究成果，探究了河口沉积物磷（P）释放对升温的动态响应机制。研究结合野外调查和室内控制实验，捕捉到了温度变化驱动下河口沉积物中锰-磷（Mn-P）耦合循环向铁-磷（Fe-P）耦合循环转变的关键证据。研究结果强调了Mn循环在河口高沉积速率区域P释放过程中所起到的关键作用。

1. 提出科学问题

河口区域沉积物P释放（内源P负荷）是调控水体营养状况的重要过程。P的内源性释放主要由Fe和Mn的氧化还原行为驱动：缺氧条件下微生物利用有机质作为电子供体，还原Fe/Mn氧化物，并释放其吸附的P。温度是该过程的关键影响因素，因为其直接控制微生物矿化有机质的速率。然而，在水动力和沉积环境复杂的河口区域，季节性温度如何调控Fe/Mn与P的耦合循环，尤其是在新沉积的、氧化还原界面不稳定的表层沉积物中，其作用机制尚不明确。

在此背景下，本研究旨在探讨以下两个科学问题：（1）在升温驱动的P释放过程中，Fe和Mn分别起到何种作用？（2）冬季温度下降是否降低P的迁移性?

2. 主要研究结果

研究的整体遵循“野外现象发现→室内实验验证→数值模型量化”的思路链条，通过环环相扣的证据链，清晰地阐明P释放对温度的动态响应机制。

（1）野外调查发现关键现象：蕉门水道的原位观测发现了夏季升温导致沉积物活性P浓度升高的现象，而且P与Mn元素间的耦合关系增强。这与传统认知中Fe主导P循环的模式不同，暗示在高温和高沉积速率的条件下，Mn循环可能对P的活化起到了更重要的作用。

（2）微宇宙实验验证机制与可逆性：设计温控试验模拟季节更替，分为初始（17℃）、升温（32℃）和降温（17℃）阶段。实验结果证实了升温首先触发Mn氧化物还原溶解及其释P现象，然后通过碳酸锰矿物形成而在短期内不可逆地解耦Mn-P关系，最终建立Fe-P耦合模式。

（3）数值模型量化贡献并模拟动力学过程：构建的活性P对活性Fe和活性Mn的二元线性回归模型显示，Mn氧化物释放的P在升温初期起到主要贡献，而后期则转为Fe氧化物释放主导。

3. 研究结论与展望

该研究验证了以下假说：升温促进了河口区域沉积物中P的迁移性。这种促进作用有不可逆性，主要是因为Fe/Mn氧化物转化为硫化物或碳酸盐过程导致的磷吸附剂损失。尽管Mn在新沉积物中对P循环至关重要，其敏感的氧化还原特性促成了Mn-P循环的快速解耦和Fe-P耦合模式的建立。然而，这种转变是受氧化还原条件影响的过渡状态，使得固相表征极具挑战性。因此本研究主要采用被动采样技术（HR-Peeper、DGT和Rhizon）获取液相数据。未来应尝试应用X射线近边吸收光谱和冷冻电子显微镜等先进技术，在不破坏样品原始结构的前提下深入探索该过程。

相关研究成果以“Phosphorus remobilization triggered by reduction of manganese oxyhydroxides in newly-deposited estuarine sediments under warming conditions: Robust evidence from field investigations and a microcosm experiment”为题近日发表在国际学术期刊Journal of Hydrology（《水文学杂志》）（IF=6.9）。中国科学院华南植物园博士后李睿为论文第一作者，高磊副研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和广东省自然科学基金资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.134635