开发“泥碳耦合”新模型：揭示高浑浊河口tDOC-泥沙吸附沉降机制

　　近日，华东师范大学河口海岸全国重点实验室葛建忠研究员团队在高浊度河口陆源溶解有机碳（tDOC）迁移转化过程研究方面取得新进展。研究构建了一个tDOC吸附-悬沙絮凝的物理-生物地球化学耦合模型，首次将tDOC与泥沙直接相互作用过程纳入三维物理-生态耦合模型框架中，系统地解释了盐度、悬浮泥沙浓度和悬浮颗粒物大小对tDOC吸附过程的调控机制。该成果以“Regulating factors and spatiotemporal patterns of terrestrial dissolved organic carbon adsorption in a high-turbidity estuary”为题，发表于国际环境科学与生态学权威期刊Water Research。
 
研究背景
　　河口区作为陆地与海洋之间的重要过渡带，是全球碳循环中的关键界面。长期以来，tDOC在河口–近海的输运与转化过程备受关注，已有大量研究揭示了其混合行为和非保守特性。然而，对悬浮泥沙与tDOC之间的相互作用的探究却相对较少，给区域性碳收支的准确估算和碳储存机制的深入理解带来了挑战。
 
　　悬浮泥沙表面为溶解有机物提供了大量的附着点，促进了有机碳从溶解态向颗粒态的转变。这一过程受悬浮泥沙自身性质，盐度和水动力过程等多方面因素的影响。本研究聚焦于长江口典型的高泥沙浓度环境，发展了一种结合有机碳吸附和悬浮泥沙絮凝机制的耦合模型，旨在深入理解tDOC吸附在高浊度河口环境中的主要调控机制。
 
研究成果
　　研究将基于Smoluchowski碰撞方法建立的tDOC吸附模型与优化后的Winterwerp絮凝模型集成至FVCOM-FABM-ERSEM耦合模型中，并成功将该模型应用于长江口区域。
 
图一  研究区域、模型网格和观测航线
 
　　该研究提出tDOC吸附速率受布朗运动和差异沉降共同控制：在絮团粒径较小时，吸附主要由有机物分子与悬浮颗粒间的随机热运动引发的碰撞驱动；而在絮团粒径增大时，吸附过程则主要二者沉降速度差异所导致的碰撞主导。水动力条件是絮团大小的主要调控因素，进而间接控制了tDOC吸附过程。
 
图二  大潮（左）和小潮（右）期间的盐度、泥沙浓度、絮团大小、布朗运动和差异沉降引起的吸附速率
 
　　在长江口区域，tDOC吸附发生的区域受盐度和悬浮泥沙浓度的共同控制。该区域的内边界通常对应咸淡水界面，而外边界则由悬浮泥沙浓度决定：在大潮期间，外边界约为0.3g/L的悬沙浓度等值线；在小潮时则变为0.2g/L。
 
图三  大潮（左）和小潮（右）期间表层tDOC吸附速率与盐度和泥沙浓度等值线。
 
研究团队与资助
　　华东师范大学河口海岸全国重点实验室博士研究生陈智为第一作者，葛建忠研究员为通讯作者，合作者还包括普利茅斯海洋研究所Ricardo Torres 研究员，河口海岸全国重点实验室博士研究生姚佳玲，香港科技大学何丁博士，同济大学范代读教授，普利茅斯大学的Andrew Manning和Daniel Conley教授。研究得到国家重点研发计划（2024YFF0808803）、上海自然科学基金（24ZR1418000）、香港研究资助局和香港澳门海洋研究中心（AoE/P-601/23-N），英国自然环境研究理事会（NE/W005050/1）的资助。
 
文献信息
Chen, Z., Torres, R., Yao, J., He, D., Fan, D., Conley, D., Manning, A., & Ge, J. (2025). Regulating factors and spatiotemporal patterns of terrestrial dissolved organic carbon adsorption in a high-turbidity estuary. Water Research, 283, 123837. https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123837