库湾营养盐循环对三峡库区营养盐输运的影响:以草堂河为例

三峡水库蓄水后,库区众多支流下游形成库湾回水区,这些库湾回水区是库区水环境调整最为活跃的地区.为了探究支流库湾对于库区生源要素循环及物质通量的作用和意义,于2012年8月~2013年7月对草堂河库湾、相邻干流、支流上游水体中溶解态无机氮(DIN)、溶解态无机磷(DIP)、溶解态硅酸盐(DSi)的时空分布进行逐月现场观测.结果表明,草堂河库湾回水区营养盐的浓度与库区干流相近,二者的月变化趋势也高度一致.干流输入是库湾DIN、DIP、DSi的主要来源.草堂河库湾与干流连通性很好,干支流水体交换迅速且充分,其影响可到达库湾回水区的末端.春、夏季,干流输入的营养盐通过表层生产力在库湾截留,秋、冬季库湾中的营养盐释放并输送到干流.营养盐在库湾的这种循环过程,在一定程度上改变了库区干流不同季节营养盐输送的节律.库区支流库湾众多,其对干流物质通量的季节调配作用不容忽视.     

三峡水库干流倒灌对支流库湾营养盐分布的影响

三峡水库蓄水后,库区普遍存在干流水体倒灌支流的现象。为探明干流倒灌对支流库湾水动力学特性及其营养盐分布的影响规律,于2010年对库区4条典型支流库湾水流速度、水深、总氮(TN)、总磷(TP)等进行了监测。监测结果表明,干支流以异重流形式进行水体交换;大宁河、磨刀溪、小江3条支流库湾水体TN、TP浓度均低于干流水体;香溪河库湾水体TN浓度同样低于干流水体,但库湾上游水体TP浓度高于干流水体;受干流倒灌影响,支流库湾水体主要营养盐空间分布不均,营养盐浓度高的干流水体倒灌进入库湾,对其影响范围内的支流水体的营养盐起到补给作用。     

分层异重流对香溪河库湾主要营养盐补给作用分析

为弄清分层异重流对三峡水库支流库湾主要营养盐的补给过程,通过分析2011年7月19日香溪河库湾常量离子、营养盐等监测数据,利用物质守恒规律,借用常量离子Cl-估算了分层异重流倒灌水量,计算了香溪河上游径流和水库干流倒灌对回水区氮、磷、硅负荷的贡献.研究表明:水库干流中的Na+、Cl-、K+、Ca2+、SO24-等离子浓度比香溪河上游径流高,在香溪河库湾中自河口至上游逐渐降低,Mg2+相反;SO24-、Cl-、Na+等离子空间分布差异显著,能够作为示踪离子;水库干流倒灌流量与上游径流流量比为12.59∶1;由长江干流倒灌输入的TN、TP、D-Si通量分别为54.97、3.53和221.90 t.d-1,香溪河上游径流输入通量依次为3.00、0.57和10.02 t.d-1;干流倒灌输入TN、TP、D-Si贡献率分别高达94.83%、86.13%和95.68%,沿河口逆向上游,干流倒灌对香溪河库湾营养盐的补给作用逐渐减小.     

干流倒灌异重流对香溪河库湾营养盐的补给作用

三峡水库蓄水以来,其支流库湾每年均暴发严重的春季水华.为研究三峡水库支流营养盐受干流的逆向影响,于2010年对三峡水库库首区域最大的支流香溪河库湾水流特点及总氮、总磷的时空动态分布进行了详细监测.研究发现库湾水体表现为分层异向流动,存在明显的倒灌异重流现象,分别以表、中、底3种形式倒灌入香溪河库湾;特定的水流特性为库湾营养物质的运输提供了水动力基础,香溪河河口处由干流倒灌输入总氮、总磷的平均瞬时通量分别为501.92 g.s-1、48.17 g.s-1,在2010年干流倒灌输入香溪河库湾的总氮、总磷污染负荷分别占总量的43.4%、21.5%.结果表明,倒灌输入的总氮、总磷占有很大的比例,同时加强三峡水库支流及干流上游流域污染控制才是有效控制支流水华发生的根本途径.     

河道型水库支流库湾营养盐动态补给过程

河道型水库支流库湾营养盐季节变化直接决定支流藻类群落结构的演替及初级生产力变化过程.为分析三峡水库支流香溪河库湾主要营养盐来源对营养盐季节性变化的影响,基于2010~2011年香溪河库湾野外监测数据,选取干、支流差异显著(P0.01)的常量离子Cl-和Na+作为水团混合示踪离子,采用二元线性混合模型计算不同时期营养盐各来源的贡献率.结果表明,在枯水运行期(11月~次年2月)和汛后蓄水期(9~10月)时,长江干流对支流库湾营养盐贡献率超过75%,干流倒灌为库湾营养盐主要来源;在汛前泄水期(3~5月)和汛期(6~8月)时,干流倒灌和上游来水的贡献率差异缩小,库湾营养盐来源需考虑两者共同的影响,但干流倒灌仍占据优势.上游来水磷营养浓度相对较高,而长江干流氮、硅营养盐浓度较高,不同时期香溪河库湾分层异重流模式不同,库湾营养盐各来源的贡献率也随之改变,因此库湾营养盐在水库不同运行时期呈现出规律性变化.     

三峡库区库中干流及支流水体夏季二氧化碳分压及扩散通量

以三峡库区库中干流以及主要支流——梅溪河为研究区,于2013年5月对该区域水体中溶解二氧化碳分压(pCO2)进行了走航观测.结果表明,夏季梅溪河表层pCO2为6.8~7.5 Pa,三峡库区库中长江干流表层pCO2为201.4~210.2 Pa.在库区干、支流交汇的过渡区水体剖面上,表层水体pCO2最低为53.5 Pa,随着水深增加,pCO2急剧增大,在3 m处达到约210Pa后基本保持不变.通过计算,库区支流梅溪河和库区干流表层水体的CO2释放通量分别为-7.48 mmol·(m2·d)-1和39.58 mmol·(m2·d)-1.结果表明,库区支流梅溪河表现为大气中CO2的"汇",而库区干流表现为CO2的"源",库区干、支流水体在CO2的释放上有显著差异.     

基于浮游轮虫三峡水库营养状况评价

水体富营养化是三峡水库建成蓄水后面临主要的水环境问题,如何准确地评价水体营养状态是三峡水库水环境管理的基础。目前,三峡水库水体营养状态评价主要基于水质指标,而利用浮游生物群落结构评价的研究仍未见报道。该研究利用轮虫群落指标,系统开展了基于轮虫营养状态指数(rotifer trophic state indices,TSIROT)的三峡水库水体营养状态评价。该研究于2015年4月在三峡水库长江干流及其支流库湾完成了139个样点的采集,共鉴定出轮虫49分类单元。基于轮虫营养状态指数评价的结果显示三峡水库整体处于中营养状态,其中长江干流TSIROT均值为43.9,评价结果为中营养状态,空间上长江干流湖北段的水体营养状况比长江重庆段的要差一些。支流库湾TSIROT均值为46.7,评价结果为中-富营养状态,整体来看靠近大坝的支流库湾水体营养状况要好于远离大坝的支流库湾。比较分析轮虫营养状态指数与综合营养状态指数,发现两者评价结果的一致性较好。这说明TSIROT是评价水体滞留时间短、水位波动较大的水库生态系统的可靠指标,可用于三峡水库富营养化的监测与评价。     

三峡水库支流回水河段氮磷负荷与干流的逆向影响

通过分析三峡库区大宁河回水河段氮磷的来源、数量及时空特征,研究三峡水库成库初期和稳定运行期,次级支流回水段受干流的逆向影响.结果表明,成库初期,支流回水段的氮磷分配特征初步呈现干流逆向影响效应,分别有19.05%TN、28.93%TP源于干流倒灌输入;由于干流顶托作用,氮磷呈现具峰值的空间分布特征.在稳定运行期,支流回水段的氮磷来源及数量将明显受干流逆向影响,在其中的藻类适宜生长期,大宁河回水段干流倒灌输入的TN、TP分别高出上游径流输入近3倍、10倍,明显高于成库初期.当运行水位从145m升至175m时,支流回水段纳受干流倒灌输入的TN、TP可分别达15484.99、1185.75t.研究表明,干流逆向影响可能加剧三峡水库水体的富营养化.     

三峡支流大宁河库湾水质分布变化原因及其生态效应

为探讨三峡支流大宁河库湾水体水质分布变化的原因及其产生的生态效应,从大宁河库湾污染源、三峡干支流水体交换等视角,建立三峡干流与大宁河库湾交换水量的计算公式,监测大宁河库湾表层水样水质的逐月变化情况,重点分析不同调度期三峡干支流水体交换变化驱动下大宁河库湾水质时空分布的响应变化.结果表明:①三峡干流回水倒灌、大宁河上游来流是大宁河库湾水量、TN、TP等的主要来源,干流表层水体EC（电导率）、ρ（TP）和ρ（TN）均高于大宁河上游来流.②蓄水期至高水位期,在干流回水倒灌作用和库湾水量滞留作用的影响下,库湾表层水体EC、ρ（TP）和ρ（TN）高值分布向上延伸至距离入江口0~20 km及以上的库湾水域.泄水期至低水位期,干支流交换水量为负值,表示库湾流出水量高于干流回水倒灌水量.这两个时期库湾表层水体EC、ρ（TP）和ρ（TN）高值分布首先集中于距离入江口0~5 km的库湾水域,随后向库湾中游方向延伸,可能因泄水后期、低水位期仍有少量干流回水从中表层方向倒灌以及库湾中游藻密度高引起.③5-9月距离入江口0~20 km的库湾中游、下游水域藻密度明显高于其他时期其他水域,与水温适宜、非氮非磷限制的营养结构[TN/TP（摩尔比）为30~40]促进藻类生长繁殖有关.研究显示,不同调度期干支流水体交换是驱动大宁河库湾水质分布变化的重要因素,进而库湾水体氮、磷营养结构的时空变化一定程度上影响着浮游藻类生长分布.      

长江水体营养盐输入及对长江口海域营养盐浓度和结构的影响

根据2011—2014年共12次长江大通站的调查数据,分析了长江水体中溶解无机氮（DIN）、活性磷酸盐（PO₄-P）和活性硅酸盐（SiO₃-Si）浓度的季节变化规律并估算了各项营养盐入海通量,比较分析了自1960s以来通过长江输入的各项营养盐通量变化及对长江口海域营养盐浓度和结构的影响。结果表明,长江水体中DIN浓度夏秋高、冬春低,而PO₄-P浓度则呈现秋冬高、春夏低的变化特点,SiO₃-Si浓度与总悬浮颗粒物浓度显著相关,但无明显季节变化。DIN、SiO₃-Si通量与长江径流变化一致,呈现夏季高、冬季低的变化特征;PO₄-P通量则呈现秋季高、冬季低的变化特征。自1960s以来,DIN和PO₄-P通量均呈上升趋势,2010s较1960s分别增加9.5倍和3.6倍,而SiO₃-Si通量呈下降趋势,2010s较1960s减少0.6倍;导致长江口海域DIN和PO₄-P年均浓度分别升高4.5和0.8倍,SiO₃-Si年均浓度则下降0.6倍,氮磷比升高两倍,硅氮比和硅磷比分别降低0.9和0.8倍,这可能是导致近60 a来长江口海域赤潮发生面积增加和硅藻比例减少的原因之一。     

昌黎近岸海域扇贝养殖区沉积物-水界面溶解无机氮磷及尿素扩散通量研究

分别于2015年12月、2016年4月和2016年9月,分3个航次采集了昌黎近岸海域扇贝养殖区沉积物柱状样品和原位底层海水,通过实验室培养法对该水域沉积物-海水界面DIN,DIP和尿素的扩散通量进行了测定。结果表明,昌黎近岸海域扇贝养殖区沉积物-海水界面DIN的扩散通量平均为52.72 μmol/（m2·h）,DIP年平均通量为0.074 μmol/（m2·h）,尿素年平均通量为1.00 μmol/（m2·h）,扩散方向总体表现为从沉积物向上覆水扩散。昌黎近岸扇贝养殖区沉积物-海水界面尿素的通量为胶州湾通量的2~3倍,为黄海通量的2倍多,沉积物所提供的尿素为北戴河抑食金球藻褐潮的爆发提供了可能。沉积物每年向养殖系统输入的DIN总量估算为1680.73 t,溶解无机磷为2.36 t,尿素为136.66 t,表明沉积物是昌黎近岸海域扇贝养殖区水体氮磷,尤其是溶解无机氮和尿素的重要输入源。     

舟山渔场近岸海水中营养盐的分布特征

根据１９９６年对舟山渔场近岸海域的三期调查结果，讨论了海水中营养盐的含量及分布特征。结果表明，调查海区海水中营养盐含量较高，超标严重；营养物质的浓度一般在长江和线塘江河口最高，由岸向外渐低，且表层高于底层，呈现与盐度负相关的规律性；由于受化学和生物过程的影响，活性磷酸盐在空间分布上表现出明显的特殊性，８月和１１月磷酸盐含量在长江口没有形成峰值区，５月和８月大部分分外侧站位磷酸盐含量底层明显高于表层     

基于LOICZ收支模型的涠洲岛近海营养盐浓度及结构变化的关键影响因素研究

本文根据2018-2019年广西涠洲岛近海营养盐的时空变化数据,采用海岸带海陆相互作用（LOICZ）营养盐收支模型对涠洲岛南湾营养盐进行收支估算,研究了影响营养盐浓度及结构变化的关键因素。此外,本研究利用流动式反应器（FTR）模拟实验,探究了在不同的有机碳含量条件下,沉积物−水界面营养盐交换对海水营养盐浓度及结构的影响...     

烟台四十里湾海域营养盐和沉积物-水界面交换通量

利用2009年5月、7月、10月和2010年1月4个航次对烟台四十里湾养殖海域的调查资料,分析了该海域营养盐分布、季节变化、主要控制过程以及沉积物-水界面交换通量。结果表明,四十里湾海域营养盐的分布整体趋势是近岸高,由近岸向外部海域递减;受到陆源输入的影响,高值区出现在调查海域东部。DIN的季节变化表现出冬高、秋低、春夏居中的趋势,整体上变化不大;SiO3-Si和PO4-P浓度均为春季最低。在春秋季P为四十里湾浮游植物生长的限制性因素,在夏季,N/P>30,P也是一个潜在的限制因素。四个季度培养结果表明DIN总体上由上覆水交换到沉积物中;近岸区沉积物是PO4-P的汇;调查区域SiO3-Si的扩散方向均是从沉积物到上覆水中。四十里湾沉积物释放的SiO3-Si对初级生产力的贡献较小;与其他浅海环境相比,四十里湾沉积物-水界面的营养盐通量处于较低水平。