溶解性有机质（DOM）对全球碳循环和水生态系统健康发挥着重要作用。河口是连接陆地与海洋的关键区域，DOM在其中经历扩散、转化、降解、沉积等过程。黄河是世界级高泥沙河流，其“调水调沙”工程（WSRS）是一项大规模人为水沙干预工程。该工程通过水库联合调度，对小浪底水库及下游河道进行冲刷，从而提高水库的蓄水能力，增强汛期防控能力。工程的实施会在短期（约20天）内集中释放大量清水和泥沙，导致约占全年1/4的径流和超过1/2的泥沙迅速涌入河口，剧烈改变自然水文节律和物质输送过程。大量水沙营养物质的“脉冲式”排入对河口及邻近海域水体中DOM的环境过程与机制有待深入研究。近期，中国科学院烟台海岸带研究所海岸带环境过程研究组（唐建辉研究团队）采用光谱及质谱分析，系统解析了黄河口及近海水体中DOM在WSRS影响下的迁移与转化规律。该研究为深入认识人工调控河流的碳循环过程提供了一个典型案例。

图1 黄河口采样点示意图（a）及“调水调沙”过程中利津站水沙流量（b）

为揭示WSRS对河口DOM组成与性质的影响机制，研究团队在黄河入海口淡水端（河道内）设立固定采样点进行系统观测（图1）。采样时间为2022年调水调沙工程实施阶段（6月21日至7月12日），每日两次表层水体采集。研究发现，调水阶段开始后，黄河口径流量骤增，泥沙量略有升高（图2 a, g），DOM含量下降（图2e），但分子量升高（图2f），腐殖化程度降低（图2h）。调水的后半段，DOM的含量有所上升，但分子量降低，腐殖化程度略有上升。调沙阶段，黄河口径流量迅速降低，泥沙量骤升；DOM的含量显著上升，分子量略有降低，腐殖化程度也随之显著上升。工程实施的整个过程，DOC含量呈现波动性变化，但POC含量在调沙阶段显著上升（图2b），POM呈现出与POC相同的变化趋势（图2d）。

图2 “调水调沙”工程实施过程中黄河口水体参数及DOM光谱参数变化情况

研究分析认为，WSRS实施过程中，水库不同层位水体的释放是导致黄河口DOM组成与性质变化的主导因素（图3）。调水阶段，小浪底水库上层水体的快速排放增加了黄河口生物易降解DOM的比例。调沙阶段，水库底部沉积物的再悬浮及随后释放增强了河口水体中芳香族DOM组分。WSRS通过“脉冲式”输送，将可能在水库沉积或缓慢降解的碳（尤其是难降解的陆源碳）快速活化并输送至河口。这种输送方式导致河口碳循环模式从相对稳定转变为短时间尺度上的剧烈波动，具体表现为易降解碳的快速矿化，以及难降解碳的光化学转化与部分埋藏。

图3 工程实施过程对河口DOM组成及性质的影响过程

为探明WSRS对河口-近海区域DOM的影响过程与机制，研究团队于2022年分两个关键时段组织海上综合调查：一是在调水调沙工程启动前（6月8日至12日），二是在工程实施后（7月18日至22日）。调查范围覆盖黄河口、莱州湾及烟威近海海域，系统获取了该区域DOM的动态变化数据（图4a）。研究发现，WSRS实施后，河口区水体中高度不饱和化合物及陆源DOM的相对含量显著上升，芳香性和腐殖化程度同时呈现增强趋势（图4）。由于大量淡水和泥沙快速涌入近海水域，河口区光降解程度较低的DOM大量出现，而含硫化合物比例及溶解性有机碳（DOC）浓度显著下降。综之，调水调沙使得大量的黄河冲淡水向南输送至莱州湾西部，对莱州湾的生态环境带来剧烈改变，但短期内未观测到对渤海海峡的影响。

图4 “调水调沙”工程实施后黄河口及其邻近海域DOM分子组成变化情况

本研究通过整合主成分分析-冗余分析（PCA-RDA）与偏最小二乘法结构方程模型（PLS-SEM），对相关机制进行了深入解析（图5）。其中，PLS-SEM模型表明，水沙调节后，DOM的组成与性质改变，最终会提升河口-海岸系统的DOC储量。该研究初步解析了短期内高强度、以大坝为导向的人为调控下，河口及近海水域DOM的动态变化过程，补充了对陆海界面DOM转化机制的认知，并为评估人类活动对海岸带碳循环的影响提供了新的视角。

图5 工程实施对近海DOM组成及性质影响的调节机制

相关研究成果以 “The impact of water-sediment regulation scheme (WSRS) on the chemistry of dissolved organic matter in the Yellow River estuary and adjacent waters” 和 “Reservoir artificial flood discharge is a critical driver for the compositional and functional shifts of dissolved organic matter in river mouth”为题分别发表于《Water Research》和《Communications Earth & Environment》。论文第一作者是烟台海岸带所博士研究生牛东蕾，通讯作者为唐建辉研究员。该研究得到了国家自然科学基金专项项目和国家自然科学基金区域（山东）创新发展联合基金的资助。

成果信息：

Donglei Niu, Yanfang Li, Yang Tan, Chao Ma, Yulin Qi, Yanan Li, Jianhui Tang*. 2025. The impact of water-sediment regulation scheme (WSRS) on the chemistry of dissolved organic matter in the Yellow River estuary and adjacent waters. Water Research, 282, 123669. DOI: 10.1016/j.watres.2025.123669.

Donglei Niu, Yang Tan, Chao Ma, Yulin Qi, Yanan Li, Yanfang Li, Jianhui Tang*. 2025. Reservoir artificial flood discharge is a critical driver for the compositional and functional shifts of dissolved organic matter in river mouth. Communications Earth & Environment, 6: 996. DOI: 10.1038/s43247-025-02920-y.