ABSTRACT Groundwater biogeochemistry in coastal areas is spatially and temporally dynamic because fluctuations in groundwater level may cause alternate redox between distinct hydrological conditions. Recent studies have proposed connections between biogeochemistry and large-scale hydrological processes, specifically focusing on the role of redox-active compounds in changing the oxidation state during flooding and draining events. While water saturation generally results in a shift of redox-active compounds from electron donors to acceptors, the specific mechanisms underlying the transition of groundwater between oxidizing and reducing conditions in response to water level fluctuations are uncertain. To determine the effects of groundwater levels on redox dynamics, we monitored groundwater redox potential across the terrestrial-aquatic interface in Lake Erie coastal areas throughout the high and low-water seasons. In contrast to previously observed responses to flooding in soils, our results revealed patterns of oxidizing redox potentials during high-water and reducing during low-water periods. Furthermore, short-term fluctuations in water table levels significantly impacted the redox potential of groundwater when dissolved oxygen increased, and redox dynamics displayed voltage hysteresis in most events. Based on these findings, we propose that for improved predictions of microbial functions and biogeochemical cycles, redox-informed models should incorporate the antagonistic changes in groundwater redox balance compared to soils and consider the time lags in redox fluctuations. Graphical Abstract Conceptual diagram of groundwater redox fluctuations in coastal ecosystems. Large redox fluctuations are derived by dissolved oxygen inputs and smaller more frequent redox fluctuations are led by redox sensitive species leaching from topsoil.

As global change processes modify the extent and functions of terrestrial–aquatic interfaces, the variability of critical and dynamic transitional zones between wetlands and uplands increases. However, it is still unclear how fluctuating water levels at these dynamic boundaries alter groundwater biogeochemical cycling. Here, we used high-temporal resolution data along gradients from wetlands to uplands and during fluctuating water levels at freshwater coastal areas to capture spatiotemporal patterns of groundwater redox potential (Eh). We observed that topography influences groundwater Eh that is higher in uplands than in wetlands; however, the high variability within TAI zones challenged the establishment of distinct redox zonation. Declining water levels generally decreased Eh, but most locations exhibited significant Eh variability, which is associated with rare instances of short-term water level fluctuations, introducing oxygen. The Eh-oxygen relationship showed distinct hysteresis patterns, reflecting redox poising capacity at higher Eh, maintaining more oxidizing states longer than the dissolved oxygen presence. Surprisingly, we observed more frequent oxidizing states in transitional areas and wetlands than in uplands. We infer that occasional oxygen entering specific wetland–upland boundaries acts as critical biogeochemical control points. High-resolution data can capture such rare yet significant biogeochemical instances, supporting redox-informed models and advancing the predictability of climate change feedback.