研究导读

领域内广泛使用的溪流养分吸收能力测算方法具有潜在缺陷：在高养分浓度条件下，该方法会系统性高估养分吸收长度。

昆山杜克大学顾传辉研究员团队在HydroResearch发表原创研究论文，提出一种经修正的零阶解析方法，能更准确描述养分充足时溪流的养分处理过程，显著提升河流健康评估工具和生态修复决策制定的准确性。

研究内容简介

河流与溪流是天然的养分过滤器：水流向下游流动时，河床中的微生物与植物会吸收氮、磷及其他污染物。科研人员用养分吸收长度（Sw） 衡量这一过滤能力，即养分在被吸收前流经的平均距离。吸收长度越短，代表溪流越健康、净化效率越高。

数十年来，研究人员一直采用一级动力学模型计算Sw值，该模型假设养分去除率与浓度始终呈对数线性关系。这种方法简单易用，已被整合进主流野外研究框架 TASCC（Tracer Additions for Spiraling Curve Characterization） 中。但该方法存在一个潜在缺陷：在养分饱和状态下不再适用；而农业流域、城市集水区与高负荷实验恰恰处于这种状态。当生物吸收接近上限时，养分随距离的衰减呈线性变化，而非指数关系。强行用对数线性拟合线性数据，会系统性高估 Sw值：在恒定添加实验中高估幅度最高达 48%，在脉冲投加实验中甚至可达 2.4 倍。

本文作者在HydroResearch发表的最新研究中，给出了针对上述问题的直接解决方案。研究团队基于米氏酶促动力学（Michaelis–Menten），推导得出零阶解析方法，更适合养分浓度的算术线性衰减，而非对数转换。

以反应输运模型为 “真值” 开展 200 次蒙特卡洛模拟，结果显示：饱和条件下零阶方法显著优于一级方法；而在养分受限环境中，一级方法依然适用。研究给出简易判断准则：若系统处于养分饱和状态，且采样点前吸收的添加养分比例超过 40%，应采用零阶方法。

脉冲养分添加实验零阶方法概念示意图

研究意义

Sw值通常被用于评估溪流修复成效、校准流域生物地球化学模型以及为养分管理政策制定提供依据。系统性高估Sw值会让管理者误判退化溪流的净化能力，进而影响正确的治理资金投入与监管决策。随着农业集约化与城镇化推进，越来越多溪流进入养分饱和状态，这一问题正变得愈发普遍。

对于使用 TASCC 框架的研究者，该研究团队提出混合修正策略：穿透曲线低浓度尾部仍采用标准对数线性推导，而在高浓度峰值段（估算最大吸收速率的关键区段）改用零阶方法，并且实施方案过程中无需新增设备或重新设计实验。

引用格式

Gu C.,Yang Y.,2026. A zero-order approach for estimating nutrient uptake length in streams: A Michaelis-Menten-based theoretical analysis.HydroResearch.9,1-8.

通讯作者简介

顾传辉

昆山杜克大学环境研究中心研究员、武汉大学兼职教授

研究方向：地球关键带中的生物地球化学循环研究、地下水和地表水的相互作用及其对污染物在河/湖岸带和潜流区迁移转化的影响、湿地水文连通和生物地貌反馈过程研究。

邮箱：cg294@duke.edu

期刊简介

HydroResearch是生态水文领域的综合类英文学术期刊，旨在搭建高水平的国际学术交流平台，推动生态水文等学科方向发展，全面提升我国在水文、水资源、水生态等领域的全球话语权和学术影响力。

HydroResearch发文范围包括局地、区域、全球尺度上地表水、地下水、咸淡水、虚拟水等相关的所有生态水文过程，涵盖水资源、水生态、水环境、水安全、水足迹、水文化等所有涉水方向，同时鼓励结合水文、生态、地质、气象、社会、经济等技术方法对涉水问题进行多学科、跨领域的交叉研究。

目前期刊已被DOAJ、Scopus、GEOBASE、CAS、CABI数据库收录，2024 Scopus Citescore 三个学科领域排名均位于Q1区。

期刊亮点

• 聚焦水文水生态领域的中国主办学术交流平台

• 所有文章将经过严格的同行评审，发表在月活用户超过2000万的ScienceDirect平台，供全球读者免费阅读、下载及引用

• 优秀研究成果可以享受APC减免

• 创新性突出的稿件，编辑部提供快速评审选项

专刊征稿

Intelligent Sensing and Collaborative Governance of Water Systems

https://www.sciencedirect.com/special-issue/332076/intelligent-sensing-and-collaborative-governance-of-water-systems

Submission deadline: 31 December 2026

Guest Editors：

• Nan Xu, Shenzhen University

• Junfeng Xiong, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences

• Shaohua Lei, Nanjing Hydraulic Research Institute

• Xuejiao Hou, Sun Yat-sen University

Aquatic ecological processes and management

https://www.sciencedirect.com/special-issue/332083/aquatic-ecological-processes-and-management

Submission deadline: 01 October 2026

Guest Editors：

• Yan Xu, China University of Geosciences, Wuhan, grawain007@163.com

• Hongwei Yu, Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing

  hwyu@rcees.ac.cn