《Journal of Hydrology》：Impact of water level fluctuations on lacustrine groundwater discharge and groundwater-borne nutrient import into lakes
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LGD及其营养通量受湖群水文连通性调控，自然连通湖泊因季节水位波动大导致更高LGD和营养输入，揭示水文连通性通过调节水位波动影响地下水向湖泊补给，进而改变湖泊营养状态。
姚杜|孙晓亮|徐家文|史环环|田豪|韩鹏|邓亚敏|甘一坤|王彦欣
地下水质量与健康重点实验室（中国地质大学），教育部，武汉430078，中国
摘要
湖泊地下水排放（LGD）在湖泊水文和养分动态中起着关键作用，但常常被忽视。虽然以往的研究已经量化了自然条件下单个湖泊的LGD和养分通量，但人为改变的水文条件对多个湖泊的影响仍不清楚。为了解决这个问题，我们研究了四个具有相似气候、地貌和地质特征，但与长江的水文连通性不同的牛轭湖，这些湖泊的水位季节性波动明显。通过使用222Rn质量平衡模型以及水文、水化学和养分数据，我们量化了LGD及其相关的养分通量。与长江自然相连的湖泊表现出更大的水位季节性波动，以及更高的LGD和养分通量，而通过水闸隔离的湖泊则水位较为稳定。这种现象可以归因于雨季湖泊水补给导致的更大地下水储存量，以及旱季湖泊水流出时地下水与湖水之间的更大水力梯度。因此，较高的LGD相关养分通量导致湖泊内的养分水平升高。本研究揭示了水文连通性通过改变湿润期和干旱期之间的水位波动来调节湖泊养分状态的作用，进而影响LGD。这为理解高度依赖地下水补给的湖泊中的养分动态提供了新的视角。
引言
湖泊生态系统具有多种宝贵的功能，包括水资源调节、污染物缓解和生态维护（Zedler和Kercher，2005；Vin?on-Leite和Cassenave，2019）。湖泊的环境和生态状况受到水文制度的重要影响（Wrona等人，2016），而水文制度主要受季节控制，并受到气候变化和人为干扰的影响（Yao等人，2018；Liu等人，2020）。在湖泊的水和养分预算中，地下水的贡献一直被低估，但近年来受到了越来越多的关注（Lewandowski等人，2020；Xu等人，2025）。许多研究表明，由于对不同类型湖泊的湖泊地下水排放（LGD）及其相关养分通量的广泛量化，地下水可以对湖泊的水和养分预算产生深远影响（Meinikmann等人，2015；Liao等人，2018）。
迄今为止，大多数关于LGD及其相关养分通量的研究都集中在自然条件下的单个湖泊上（Luo等人，2018；Shi等人，2022）。一些研究量化了湖泊群中多个单个湖泊的LGD速率或相关养分通量。然而，这些单个湖泊的环境条件各不相同，包括海拔（Boreux等人，2021）、水深（Su等人，2023）、盐度（Luo等人，2016；Yi等人，2020）、地质（Dimova等人，2013）、水文地质（Wang等人，2020）、降水量（Olid等人，2022）和地表水流入（Lei等人，2022）等。目前，对于共享同一流域内多个具有相似气候、地貌、地质和水文条件的单个湖泊之间LGD及其相关养分通量的空间变化了解有限（Dong等人，2016；Li等人，2019）。研究的另一个空白是缺乏对人为干扰对LGD及相关养分影响的充分考虑。在这些条件中，水文条件最容易受到人为活动的干扰（V?r?smarty和Sahagian，2000；Kumar和Jayakumar，2020），但其对湖泊养分状态的具体影响仍不清楚。因此，关于水文条件如何影响LGD、相关养分通量以及具有相似自然条件的流域内湖泊的养分状态的研究仍然有限。
在各种类型的湖泊中，牛轭湖是一种独特的类型，通常成群分布在广阔的河流系统附近（Glińska-Lewczuk，2009；Hudson等人，2012）。一组来自同一流域的牛轭湖通常具有相似的形成时期和湖泊几何形状，同时具有相似的气候、地貌、地质和水文条件。先前的研究已经认识到，牛轭湖通常与相邻的河道和地下水有频繁的水文交换，从而导致复杂的水循环过程（Gratzer等人，2020）。由于不同的牛轭湖在形成历史和演化阶段上存在差异，它们的水文连通性也有所不同，这又导致湖泊之间的水动力条件、水停留时间和物质传输过程存在显著差异（Obolewski等人，2014；Carlson Mazur等人，2022）。现有研究表明，较弱的水动力条件往往促进外部养分在湖床沉积物中的沉积，随后可能通过内部作用释放出来，从而提高湖泊的养分水平（Li等人，2022）。因此，水文连通性和水动力过程被广泛认为是驱动牛轭湖水质时空变异的关键因素。然而，大多数现有研究主要关注地下水对牛轭湖水文和水质影响的定性描述，对LGD在湖泊养分循环中的定量作用关注较少。特别是，关于在不同水文连通性条件下LGD强度的差异以及水文连通性如何调节湖泊水文过程从而影响LGD的机制的系统研究仍然缺乏。
在长江中游流域（CYR），一组牛轭湖分布在河流主干道附近，在湿地生态中发挥着重要作用（Wei等人，2002；Yang等人，2017；Sun等人，2025）。尽管这些CYR牛轭湖具有相似的气候、地貌和地质条件，但根据水文条件，它们可以分为两类：一类是通过河道自然与河流相连的湖泊，另一类则是仅通过水闸相连的湖泊（Jia等人，2017）。由于水文连通性的差异，这两种类型的湖泊在湿润期和干旱期之间的水位波动存在显著差异。因此，CYR牛轭湖群体是一个理想的案例，用于研究水文条件（表现为湿润期和干旱期之间的水位波动）的变化如何影响LGD及其相关养分通量的空间变化，从而进一步确定湖泊的养分状态。
本研究的主要目的是描述CYR中一组多个牛轭湖之间LGD及其相关养分通量的空间变化（图1和S1）。此外，该研究旨在阐明水文连通性对空间变化的影响机制，最终揭示湖泊的养分状态。这是通过应用222Rn质量平衡模型，并结合包含水文、水化学和养分数据的综合数据集来实现的。本研究的野外调查是在干旱季节进行的，此时地下水与湖水的相互作用表现为地下水向湖泊的排放。这项研究不仅能够为通过地下水排放改变水文条件对湖泊养分状态的管理提供新的见解，还能提供新的证据，强调LGD对湖泊生态系统的水资源和水生环境的不可忽视的影响。
研究区域
长江中游流域（CYR）具有亚热带季风气候，年平均气温在15至17℃之间。年平均降水量约为1269毫米，蒸发量约为1200毫米。在该区域内，湖泊广泛分布在坡度较低的冲积-湖泊平原上。该地区存在多个牛轭湖，这可以归因于自然过程或人工拦截（Jia等人，2017；Yang
湖泊群中LGD的空间变化
在干旱季节，可以在湖岸观察到许多深层泉水（图S2）。这些泉水通常具有较低的Eh值、较高的EC值、Ca2+浓度和222Rn浓度，与井水样本相似（表S3）。这种相似性表明存在显著的地下水排放。四个湖泊区域的水位测量结果进一步证明了干旱期间的地下水排放
结论
水文连通性已被广泛认为是影响泛滥平原湖泊养分状态的关键因素。以往的研究一致报告，与河流水文连通性较低的泛滥平原湖泊具有较高的养分水平。这历来被认为是由于闸门或大坝的控制导致的水体停留时间较长，从而促进了湖水中养分的积累（Huang等人，2014；Li等人，2022）。然而，本研究发现了
未引用的参考文献
Babka等人，2011；Castillo，2020；Kidmose等人，2013。
CRediT作者贡献声明
姚杜：撰写——初稿、方法论、调查、资金获取、数据管理。孙晓亮：撰写——初稿、方法论、调查。徐家文：调查。史环环：调查、数据管理。田豪：调查。韩鹏：调查。邓亚敏：项目管理。甘一坤：资源协调、项目管理、资金获取、正式分析。王彦欣：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、资源协调、项目管理
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本项目的资金由国家自然科学基金（编号：U21A2026、42422707）和教育部的基础与跨学科学科突破计划（编号：JYB2025XDXM911）提供。作者感谢所有参与审稿的评审人员，以及MJEditor（www.mjeditor.com）在准备本手稿期间提供的英语编辑服务。
