竇傳彬，夏繼紅，王 玥，季書(shū)一

(河海大學(xué) 農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211100）

“潛流”是指地表水與地下水相互作用形成的水流,河岸帶發(fā)生潛流交換的區(qū)域稱為河岸帶潛流層［1-3］。碳、氮、磷等生源要素是河岸帶潛流層物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的主要參與者,其物理遷移與化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)平衡有重要影響［4-6］。例如,地表水中的有機(jī)態(tài)氮磷通過(guò)下降流遷移至河岸帶潛流層,為潛流生物提供良好的生存環(huán)境,但過(guò)量有機(jī)態(tài)氮磷的輸入會(huì)導(dǎo)致區(qū)域水質(zhì)惡化,破壞地下水生境平衡［7-8］。夏繼紅等［1］和李勇等［9］指出,潛流水動(dòng)力過(guò)程是河岸帶潛流層生源要素遷移轉(zhuǎn)化的驅(qū)動(dòng)條件,其易受河岸帶潛流層空間結(jié)構(gòu)的影響［10-12］。Kasahara 等［11］指出恢復(fù)河流蜿蜒型結(jié)構(gòu)有利于河岸潛流交換的發(fā)生。Wroblicky 等［12］指出河流彎曲部分河岸帶潛流層面積較大。目前對(duì)河岸帶潛流層的研究集中于其形態(tài)和組成對(duì)潛流交換過(guò)程的影響,如探討潛流交換通量、交換寬度、停留時(shí)間等隨河岸彎曲度、基質(zhì)組成的改變而產(chǎn)生的變化［10-13］。部分學(xué)者分析了河岸帶潛流層基質(zhì)組成特征［14］、近岸區(qū)植被分布特征［13］對(duì)溶質(zhì)遷移過(guò)程的影響機(jī)制,但河岸帶潛流層空間結(jié)構(gòu)特征對(duì)生源要素轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。筆者借鑒現(xiàn)有潛流交換理論,綜述河岸帶潛流層的空間結(jié)構(gòu)特征對(duì)碳、氮、磷三種生源要素遷移轉(zhuǎn)化的影響機(jī)制,并探討未來(lái)研究的發(fā)展方向。

1 河岸帶潛流層結(jié)構(gòu)及生源要素遷移轉(zhuǎn)化基本過(guò)程

1.1 河岸帶潛流層三維空間結(jié)構(gòu)特征

河岸帶潛流層是水域生態(tài)系統(tǒng)與陸域生態(tài)系統(tǒng)、河流地表水系統(tǒng)與河岸地下水系統(tǒng)的交界區(qū)域,是一個(gè)具有復(fù)雜三維空間結(jié)構(gòu)的交錯(cuò)區(qū)域［15-16］。河岸帶潛流層作為河岸帶的一部分,其縱向結(jié)構(gòu)由多個(gè)功能區(qū)潛流層以交錯(cuò)和嵌套的方式組成,具有不規(guī)則、蜿蜒型結(jié)構(gòu)特征；其在橫向上連接近岸水域與近岸陸域,從水域到陸域,水域生態(tài)特征逐漸減弱,而陸域生態(tài)特征逐漸增強(qiáng),具有顯著的過(guò)渡性特征；其在垂向上上接河岸非飽和土壤層以及地表陸域,下連地下水層,具有顯著分層特征,見(jiàn)圖1。另外,從近岸水域至近岸陸域河岸帶潛流層由植被覆蓋區(qū)域向單一土壤區(qū)域過(guò)渡,土壤由粗顆粒向細(xì)顆粒過(guò)渡［17］。

圖1 河岸帶潛流層空間結(jié)構(gòu)示意

1.2 河岸帶潛流層生源要素遷移轉(zhuǎn)化基本過(guò)程

1.2.1 基本遷移過(guò)程

(1)隨流遷移過(guò)程。河岸帶潛流層中顆粒態(tài)與溶解態(tài)生源要素在潛流上升流和下降流驅(qū)動(dòng)下遷移的過(guò)程為隨流遷移過(guò)程。河岸形態(tài)、河岸基質(zhì)組成、水文季節(jié)、岸坡植被變化均會(huì)形成地表水水力坡降及水壓力梯度,引起地下水水流的水力坡降,從而促使河流地表水與地下水之間交換,形成上升流和下降流,進(jìn)而影響隨流遷移過(guò)程［18-19］。

(2)擴(kuò)散遷移過(guò)程。溶解態(tài)生源要素在濃度梯度驅(qū)動(dòng)下發(fā)生擴(kuò)散遷移。當(dāng)溶解態(tài)生源要素隨下降流進(jìn)入河岸帶潛流層后,與周邊區(qū)域形成濃度梯度,促使其向周邊區(qū)域擴(kuò)散遷移。擴(kuò)散遷移過(guò)程并非均以下降流為擴(kuò)散源頭。林俊強(qiáng)等［20］通過(guò)物理模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在河岸基質(zhì)為均質(zhì)且形態(tài)為順直的條件下,河岸帶潛流層也會(huì)發(fā)生擴(kuò)散遷移。擴(kuò)散遷移過(guò)程主要受生源要素駐留時(shí)間、初始濃度、地表徑流、基質(zhì)組成以及孔隙介質(zhì)通道影響［20-22］。

(3)吸附解吸遷移過(guò)程。河岸帶潛流層孔隙水中溶解態(tài)生源要素可以被土壤及膠體吸附,但在固體顆粒表面吸附能降低,或因擾動(dòng)作用使得吸附在固體表面的粒子獲得起動(dòng)力時(shí),生源要素會(huì)由固體表面解吸至孔隙水中,此過(guò)程為吸附解吸遷移過(guò)程［23-24］。該過(guò)程主要分為兩種:第一種是土壤顆粒對(duì)生源要素的直接吸附過(guò)程,并以土壤顆粒吸附態(tài)儲(chǔ)存于河岸帶潛流層中,但在土壤表面自由能降低后易解吸出來(lái)［23］；第二種是溶解態(tài)氮、磷離子通過(guò)取代膠體表面的陰離子而被吸附在膠體表面的過(guò)程,這種吸附能量介于物理吸附和化學(xué)吸附之間,被吸附的氮、磷離子也會(huì)被其他陰離子(氫氧根離子)取代而重新進(jìn)入水體［24］。

(4)沉降再懸浮遷移過(guò)程。地表水中的顆粒態(tài)生源要素會(huì)在重力作用下沉降進(jìn)入淺層河岸帶潛流層,但受風(fēng)浪、水流、人為和生物擾動(dòng)等影響,顆粒態(tài)生源要素會(huì)重新懸浮遷移至地表水中,此為顆粒態(tài)生源要素的沉降再懸浮遷移過(guò)程［25］。

1.2.2 基本轉(zhuǎn)化過(guò)程

(1)碳循環(huán)轉(zhuǎn)化過(guò)程。河岸帶潛流層中碳元素的轉(zhuǎn)化主要通過(guò)有機(jī)碳化合物厭氧發(fā)酵與好氧分解實(shí)現(xiàn)。在厭氧條件下,由動(dòng)植物殘?bào)w分解所產(chǎn)生的有機(jī)碳化合物在微生物作用下發(fā)酵產(chǎn)生二氧化碳。當(dāng)溶解氧濃度足夠低時(shí),有機(jī)碳化合物在產(chǎn)甲烷菌的作用下產(chǎn)生甲烷［26］。在好氧環(huán)境下,河岸帶潛流層生物膜結(jié)構(gòu)(由真菌、細(xì)菌、原生生物和小型底棲動(dòng)物組成)會(huì)促進(jìn)有機(jī)碳化合物分解成二氧化碳［27］,而二氧化碳則在光合作用下被水生植物吸收轉(zhuǎn)化為植物性碳,見(jiàn)圖2。

圖2 河岸帶潛流層碳、氮、磷循環(huán)轉(zhuǎn)化示意

(2)氮循環(huán)轉(zhuǎn)化過(guò)程。河岸帶潛流層氮素的循環(huán)轉(zhuǎn)化過(guò)程主要以微生物為媒介通過(guò)蛋白質(zhì)水解—脫氨作用—硝化作用—反硝化作用—異化還原作用來(lái)實(shí)現(xiàn)［28］,其轉(zhuǎn)化過(guò)程見(jiàn)圖2。蛋白質(zhì)水解過(guò)程是指動(dòng)植物死亡后產(chǎn)生的蛋白質(zhì)被蛋白酶水解成氨基酸的過(guò)程［4］。脫氨作用是指有機(jī)態(tài)氮在氨化細(xì)菌脫氨基酸作用下分解產(chǎn)生氨［4,28］。該過(guò)程在好氧條件和厭氧條件下均可發(fā)生,例如丙氨酸在好氧微生物作用下發(fā)生氧化脫氨；在厭氧條件下,丙氨酸在兼性厭氧菌和專(zhuān)性厭氧菌作用下發(fā)生還原脫氨。除此之外,水生動(dòng)物排泄產(chǎn)生的尿素在微生物作用下水解,從而產(chǎn)生氨［4］。硝化作用是指有機(jī)態(tài)氮分解產(chǎn)生或植物根系吸收轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的氨在亞硝化細(xì)菌作用下先被轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮,接著在硝化細(xì)菌的作用下被轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的過(guò)程［4］。河岸帶潛流層中的反硝化過(guò)程分為同化反硝化和異化反硝化兩種:同化反硝化是指硝態(tài)氮先在硝酸還原酶的作用下被還原成氨,再被同化成微生物體內(nèi)的有機(jī)態(tài)氮的過(guò)程；異化反硝化是指硝態(tài)氮在厭氧條件下被反硝化細(xì)菌還原為氣態(tài)氮的過(guò)程,此過(guò)程也是河岸帶潛流層氮素去除的主要途徑［4,28］。異化還原過(guò)程是指硝態(tài)氮在微生物作用下先被還原成,再被還原成氨的過(guò)程。

(3)磷循環(huán)轉(zhuǎn)化過(guò)程。磷在河岸帶潛流層中以有機(jī)態(tài)磷、無(wú)機(jī)態(tài)磷和還原態(tài)PH3三種狀態(tài)存在［29］。水生生物排泄、死亡所產(chǎn)生的有機(jī)態(tài)磷(核酸、磷脂、植素)可以被微生物直接分解［30］。顆粒態(tài)無(wú)機(jī)磷可以在微生物生命活動(dòng)產(chǎn)生的有機(jī)酸或硝化細(xì)菌硫化細(xì)菌產(chǎn)生的硝酸和硫酸作用下溶解［31］。上述過(guò)程分解產(chǎn)生的溶解態(tài)磷酸鹽可被水生生物吸收并同化為生物體內(nèi)的有機(jī)態(tài)磷,見(jiàn)圖2。此外,偏磷酸鹽在強(qiáng)還原條件下會(huì)被微生物還原成PH3［29］。

2 河岸帶潛流層結(jié)構(gòu)對(duì)生源要素遷移轉(zhuǎn)化的影響

2.1 對(duì)遷移過(guò)程的影響

(1)縱向蜿蜒鑲嵌結(jié)構(gòu)對(duì)生源要素遷移過(guò)程的影響。隨著地表水的流動(dòng),河岸凹岸處極易形成渦流,使得凹岸迎水面壓力增大,背水面壓力減小,從而促進(jìn)河流地表水從凹岸迎水面進(jìn)入河岸帶潛流層,駐留一段時(shí)間后,從凹岸背水面返回地表水,生源要素也會(huì)隨著潛流在河岸帶潛流層內(nèi)遷移［20,32］。河岸帶潛流層縱向彎曲程度對(duì)生源要素的遷移過(guò)程影響強(qiáng)烈,Peterson等［33］指出河流彎曲處頸部潛流交換速度較快,林俊強(qiáng)等［20］通過(guò)物理模型試驗(yàn)指出溶質(zhì)在河岸帶潛流層內(nèi)的遷移速度隨河岸彎曲度的增大而增大。

功能區(qū)鑲嵌排列方式會(huì)導(dǎo)致河岸帶潛流層土壤基質(zhì)組成呈連續(xù)帶狀分布特征。例如,居民區(qū)河岸帶潛流層表面以漿砌塊石為主,濕地自然保護(hù)區(qū)潛流層基質(zhì)以砂性土為主,前者的滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于后者的,從而導(dǎo)致生源要素隨流遷移量減小。曹偉杰［14］通過(guò)室內(nèi)物理模型試驗(yàn)指出河岸帶潛流層基質(zhì)越粗溶質(zhì)遷移通量越大,遷移速度越快,駐留時(shí)間越短。

(2)橫向過(guò)渡結(jié)構(gòu)對(duì)生源要素遷移過(guò)程的影響。近岸水域中根植于河岸帶潛流層的水生植物會(huì)影響區(qū)域水流流速、紊動(dòng)強(qiáng)度,甚至?xí)饻u流,從而影響河流地表水與河岸孔隙地下水的交換過(guò)程,進(jìn)而對(duì)生源要素的遷移過(guò)程產(chǎn)生影響［13,34-36］。夏繼紅等［13］通過(guò)物理模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),近岸水域高稈挺水植物的存在不僅壅高了稈莖迎水面的水位,而且在稈莖背水面產(chǎn)生了渦流,使得區(qū)域水流的擾動(dòng)度和壓力梯度增大,增強(qiáng)了潛流交換作用,促進(jìn)生源要素的遷移。此外,水流流經(jīng)植被覆蓋區(qū)域時(shí)受到阻滯,流速降低,迫使顆粒態(tài)生源要素從近岸水域沉降進(jìn)入河岸帶潛流層［34-36］。除了通過(guò)改變水流流態(tài)間接影響生源要素外,水生植物還可以通過(guò)改變土壤物理性質(zhì)影響生源要素遷移過(guò)程。根植于近岸水域的水生植物可以穩(wěn)固河岸從而降低區(qū)域土壤流動(dòng)性,這將降低河岸帶潛流層的沖淤交換量,從而抑制生源要素的遷移［36］。不僅如此,水生植物根系的季節(jié)性生長(zhǎng)和萎縮將導(dǎo)致土壤內(nèi)部產(chǎn)生大孔隙,增強(qiáng)河岸帶潛流層的滲透性,促進(jìn)生源要素的遷移［36］。

河岸帶潛流層土壤在橫向上具有分層結(jié)構(gòu),且離河道越遠(yuǎn)土壤基質(zhì)越細(xì),對(duì)溶解態(tài)生源要素的吸附作用越強(qiáng),不利于生源要素的擴(kuò)散遷移［17］。河岸帶潛流層除了連接近岸水域外,還與近岸陸域連接。當(dāng)?shù)乇硭唤档蜁r(shí),地下水由近岸陸域遷移至河岸帶潛流層再遷移至地表水,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)地表水的補(bǔ)充,此時(shí)河岸帶潛流層生源要素得到近岸陸域的補(bǔ)充；當(dāng)?shù)乇硭簧仙龝r(shí),水流的遷移方向則完全相反,此時(shí)河岸帶潛流層向近岸陸域輸送生源要素；當(dāng)?shù)乇硭黄椒€(wěn)時(shí),生源要素的濃度梯度決定其遷移方向。

(3)垂向分層結(jié)構(gòu)對(duì)生源要素遷移過(guò)程的影響。河岸帶潛流層土壤基質(zhì)在垂向上具有分層結(jié)構(gòu),土壤粒徑隨距地表距離的增加而減?。?7］,因此深度越深,通過(guò)入滲作用由地表陸域進(jìn)入河岸帶潛流層的生源要素濃度越低。但這并不代表區(qū)域生源要素的濃度在垂向上始終保持降低趨勢(shì),地下水中生源要素可以通過(guò)隨流(上升流)和擴(kuò)散遷移的方式進(jìn)入河岸帶潛流層,使得下部河岸帶潛流層生源要素濃度升高。

2.2 對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響

(1)縱向蜿蜒鑲嵌結(jié)構(gòu)對(duì)生源要素轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響。在凹岸迎水面,潛流下降流攜帶地表水中的生源要素及氧氣進(jìn)入河岸帶潛流層；在凹岸背水面,潛流上升流則攜帶還原性生源要素返回地表水中,潛流中所攜帶的生源要素的種類(lèi)決定其轉(zhuǎn)化類(lèi)型。Storey等［37］、Holmes 等［38］指出下降流中含有的硝態(tài)氮可以為反硝化過(guò)程提供反應(yīng)物,而高濃度的溶解氧被淺層潛流層微生物所消耗,從而為反硝化過(guò)程提供厭氧環(huán)境,因此下降流區(qū)域以反硝化過(guò)程為主,且隨著深度的增加,反硝化作用逐漸增強(qiáng),而上升流中攜帶深層地下水中溶解氧為硝化作用提供了有氧環(huán)境,因此潛流層上升流主要發(fā)生硝化反應(yīng)。但Stelzer 等［39］指出如果上升流中有機(jī)碳含量較高,溶解氧濃度和硝態(tài)氮濃度會(huì)明顯下降,表明上升流中發(fā)生了反硝化反應(yīng)和有機(jī)碳的好氧分解反應(yīng)。

河岸帶潛流層的縱向鑲嵌結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致不同功能區(qū)生源要素的濃度和潛流生物的群落數(shù)量存在差異。例如,若河岸帶潛流層表面由漿砌塊石構(gòu)成,由下降流攜帶進(jìn)入該區(qū)域的生源要素和溶解氧濃度均較低,導(dǎo)致微生物生存環(huán)境惡化,從而抑制生源要素的轉(zhuǎn)化［29］。不僅如此,漿砌塊石結(jié)構(gòu)會(huì)抑制兩棲類(lèi)等潛流生物在河岸帶潛流層的生存、繁衍,從而影響生源要素在食物鏈內(nèi)的轉(zhuǎn)化過(guò)程。

(2)橫向過(guò)渡結(jié)構(gòu)對(duì)生源要素轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響。根植于河岸帶潛流層的植物可直接吸收溶解態(tài)生源要素。Salehin 等［40］指出,可溶性氮、磷流經(jīng)水生植物密集區(qū)域時(shí),會(huì)被植物直接吸收并同化,導(dǎo)致其濃度降低。不僅如此,近岸水域的水生植物可以通過(guò)為微生物和水生動(dòng)物創(chuàng)造適合的水流條件來(lái)間接影響生源要素的轉(zhuǎn)化過(guò)程。微生物的生命活動(dòng)受河流水動(dòng)力條件影響劇烈,水流流速越快、湍流越劇烈對(duì)其攝食和繁衍活動(dòng)的抑制作用越強(qiáng)［41］,而水生植物的存在會(huì)降低近岸水域水流流速,從而為微生物和水生動(dòng)物提供適合生存的場(chǎng)所,進(jìn)而促進(jìn)生源要素的吸收和轉(zhuǎn)化［42］。

土壤的橫向過(guò)渡結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)形成溶解氧濃度梯度,從而影響生源要素的轉(zhuǎn)化過(guò)程。Shen 等［43］通過(guò)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),淺層河岸帶潛流層內(nèi)的微生物是溶解氧的主要消耗者,有機(jī)態(tài)碳和氮也在該區(qū)域被生物膜分解轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)碳和銨態(tài)氮。隨著距河道距離的增大,溶解氧濃度降低,硝化作用和碳素好氧分解作用減弱,而反硝化作用和碳素厭氧發(fā)酵作用逐漸增強(qiáng)［37-38］。不僅如此,在厭氧環(huán)境下,有機(jī)態(tài)氮的脫氨作用受到抑制,脫氨速率大大降低［28］。因水生植物的阻水作用而沉降在淺層河岸帶潛流層內(nèi)的顆粒態(tài)生源要素也會(huì)在水力侵蝕及氧化還原反應(yīng)的作用下發(fā)生溶解。例如,當(dāng)氧氣濃度較高時(shí),Fe3(PO4)2中的Fe3＋被還原成Fe2＋,原本與Fe3＋結(jié)合的磷酸根成為自由離子釋放進(jìn)入孔隙水中［44］。

溫度同樣是影響生源要素轉(zhuǎn)化的重要因素之一。Heathcote 等［45］研究發(fā)現(xiàn)氣候變化會(huì)影響地表水溫度,從而對(duì)微生物的生命活動(dòng)起到促進(jìn)或抑制作用,進(jìn)而影響有機(jī)質(zhì)的分解過(guò)程。河岸帶潛流層僅靠近河流一側(cè)可受陽(yáng)光直射,因此隨著距河流橫向距離的增加,溫度逐漸下降,微生物及酶的活性降低,生源要素的轉(zhuǎn)化過(guò)程受到抑制。

(3)垂向分層結(jié)構(gòu)對(duì)生源要素轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響。溶解氧是影響生源要素轉(zhuǎn)化過(guò)程的重要因素。河岸帶潛流層的垂向結(jié)構(gòu)決定了該區(qū)域溶解氧來(lái)源于地表陸域以及深層地下水。地表陸域中的生源要素和溶解氧隨土壤水入滲進(jìn)入上部河岸帶潛流層,并在該區(qū)域形成好氧區(qū)域,促進(jìn)有機(jī)態(tài)氮的硝化和有機(jī)碳的分解。下部河岸帶潛流層通過(guò)上升流獲取深層地下水中的溶解氧,從而促進(jìn)有機(jī)碳的分解,同時(shí)消耗溶解氧［39］。

3 結(jié)語(yǔ)

河岸帶潛流層獨(dú)特的三維空間結(jié)構(gòu)對(duì)生源要素的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程影響顯著?？v向蜿蜒鑲嵌結(jié)構(gòu)通過(guò)影響河岸帶潛流層表面水壓力梯度實(shí)現(xiàn)對(duì)生源要素隨流遷移過(guò)程的影響。橫向過(guò)渡結(jié)構(gòu)通過(guò)影響近岸水域水動(dòng)力條件實(shí)現(xiàn)對(duì)生源要素?cái)U(kuò)散遷移和沉降再懸浮遷移過(guò)程的影響。垂向上生源要素遷移過(guò)程受地表陸域以及深層地下水輸入的影響。河岸帶潛流層空間結(jié)構(gòu)特征對(duì)生源要素轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響是,先影響生源要素的遷移過(guò)程,使得區(qū)域內(nèi)形成生源要素、溶解氧濃度及溫度梯度,再影響其轉(zhuǎn)化過(guò)程。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)河岸帶潛流層生源要素遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程有了一定認(rèn)知,但是該領(lǐng)域未來(lái)的研究仍有很大的發(fā)展空間,筆者認(rèn)為未來(lái)可加強(qiáng)以下方向的研究。

(1)河岸帶潛流層結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的演變規(guī)律。河岸帶潛流層結(jié)構(gòu)除了具有空間上的三維結(jié)構(gòu)特征外,還具有隨時(shí)間變化的特征。隨著時(shí)間的推移,在人為或自然因素作用下,河岸帶潛流層的空間結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)狀態(tài)及主要功能等均持續(xù)變化,然而現(xiàn)有研究多集中于靜態(tài)的空間結(jié)構(gòu)特征對(duì)生源要素遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響,未來(lái)的研究可考慮動(dòng)態(tài)變化條件下河岸帶潛流層結(jié)構(gòu)對(duì)生源要素遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響。

(2)環(huán)境條件與河岸帶潛流層生源要素遷移轉(zhuǎn)化的互饋機(jī)制。河岸帶潛流層生源要素遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程與環(huán)境條件之間存在著相互影響的關(guān)系。例如現(xiàn)有的生態(tài)修復(fù)措施(地形塑造措施以及自然植被修復(fù)措施)會(huì)改變河岸帶潛流層的縱向蜿蜒結(jié)構(gòu)以及橫向過(guò)渡結(jié)構(gòu),進(jìn)而間接影響生源要素的對(duì)流和擴(kuò)散遷移過(guò)程；顆粒態(tài)生源要素的沉降再懸浮過(guò)程會(huì)改變土壤孔隙的過(guò)流能力,從而影響河岸帶潛流層的孔隙結(jié)構(gòu)特征。再如,生源要素的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程會(huì)在河岸帶潛流層內(nèi)形成濃度梯度,從而影響潛流生物的活動(dòng)軌跡及群落數(shù)量；潛流生物的生命活動(dòng)過(guò)程直接影響生源要素的沉降再懸浮遷移過(guò)程,以及通過(guò)改變河岸形態(tài)、土壤滲透系數(shù)間接影響生源要素的對(duì)流和擴(kuò)散遷移過(guò)程。然而目前的研究多集中于環(huán)境條件對(duì)生源要素遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的單向影響,未來(lái)的研究可綜合考慮不同水文季節(jié)、基質(zhì)組成、河岸地形地貌、水生生物分布等環(huán)境條件與生源要素遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的互饋機(jī)制。

(3)河岸帶潛流層監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)開(kāi)發(fā)。未來(lái)可以對(duì)河岸帶潛流層進(jìn)行水溫、pH 值、溶解氧、總氮、總磷、總有機(jī)碳等指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警,并將結(jié)果以數(shù)字化的形式呈現(xiàn),從而為河岸帶管理提供參考。實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)可分兩步走:第一步,傳統(tǒng)技術(shù)深度開(kāi)發(fā),不同生源要素的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制具有差異性,而傳統(tǒng)技術(shù)偏向于單一類(lèi)型數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè),未來(lái)應(yīng)深度開(kāi)發(fā)多類(lèi)型、多維度數(shù)據(jù)的聯(lián)合監(jiān)測(cè)技術(shù),以實(shí)現(xiàn)河岸帶潛流層監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確化；第二步,現(xiàn)代技術(shù)集成運(yùn)用,運(yùn)用地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感技術(shù)(RS)、地質(zhì)雷達(dá)(GPR)、高密度電阻率成像法(ERT)等,獲取水文、地形、植被、土壤等信息,在此基礎(chǔ)上集成大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)字仿真等技術(shù),實(shí)現(xiàn)河岸帶潛流層的數(shù)字化管理。