科学家发现全球河流入海磷通量“隐形平衡”现象

（来源：科普中国）

转自：科普中国

磷是不可再生的生源物质，其由陆地经河流向海洋输送的通量变化直接影响水质安全、水生态健康与海洋资源等。人类活动如何改变磷从陆地向海洋的输送过程与通量，一直是水环境科学领域的重要科学问题。

然而，传统模型方法存在计算难度大和结果不确定性高等问题，导致全球河流入海磷通量的时空动态及其驱动机制至今尚缺乏系统认知。

近日，北京大学环境科学与工程学院李东锋课题组在《科学·进展》上发表论文，构建了一整套包含28万条全球河流总磷浓度原位监测及相应的环境变量数据库，基于多模态机器学习方法揭示了全球420条主要河流过去四十年的入海磷通量变化趋势（1980-2019），发现了由北半球下降与南半球上升共同导致的“隐性平衡”新现象。

“该研究阐明了磷肥使用和大坝建设对入海磷通量的掩蔽效应机制，指出了小流域入海磷通量持续增加的潜在风险，并提出了‘精准溯源-源头减量-大坝调控-过程拦截’全链条流域磷管理的新模式。”论文第一作者、北京大学环境科学与工程学院博士后刘国王辰说。

研究结果揭示了河流磷入海的两种不同模式。结果发现亚马逊河、刚果河等57条大型河流贡献了超过全球80%的磷通量，主导了全球入海磷通量的变化。与这种“大河主导”模式形成鲜明对比的是，流域面积小于2万平方公里的小型河流，其单位面积磷通量输出强度是大型流域的5倍以上，表明小流域磷管理在区域水环境健康和海岸带富营养化控制中的关键作用。

尽管全球入海磷通量在近40年间整体呈平稳趋势，但南、北半球呈现强烈的区域异质性。北半球入海磷通量显著减少，而南半球入海磷通量却明显上升。研究基于可解释机器学习算法进一步阐明了磷肥使用和大坝建设是入海磷通量变化最主要的驱动力。南半球磷肥使用的持续增强导致了河流入海磷通量的增加，而北半球大量筑坝阻碍了磷的入海过程，驱动北半球入海磷通量的显著下降。

值得注意的是，水库中被截留的磷形成了巨大的“遗留磷”库，正随着时间推移逐渐释放，可能造成长期且难以逆转的生态环境风险。

研究进一步指出当前磷管理中存在的“空间错配”问题，磷控制措施多集中在发达地区和大流域，而磷污染的实际生态与社会经济影响却主要体现在发展中国家和小流域。

基于上述发现，研究团队提出了“精准溯源-源头减量-大坝调控-过程拦截”全链条流域磷管理的新模式。该模式遵循“诊断-预防-控制”科学原则，以污染源解析为基础，倡导磷管理策略与水利工程、环境工程的深度融合，为全球和我国的流域生态文明建设提供系统性的解决方案。