三峡库区回水区营养盐和叶绿素a的时空变化及其相互关系

为探讨三峡水库调度运行背景下,库区回水区营养盐和叶绿素a时空变化及其相互关系,于2013年5月~2014年5月在三峡库区北岸最大、也是库区水华频发的支流——澎溪河的回水区高阳平湖进行了定点和高频监测.结果表明水体热分层是高阳平湖水华发生的诱导因素.高阳平湖水体热分层发生于春季(3月初),消亡于夏末(9月中旬),冬季没有分层.2014年春季,随着水体分层的发生和发展,表层叶绿素a在69 d内从14.92μg·L-1骤增至183.73μg·L-1,并暴发水华,之后叶绿素a随着混合层深度增加而下降.水体没有分层时,表、中和底层营养盐浓度相近;水体分层之后,各层磷浓度有了明显差异,表层和底层总磷浓度相差(0.18±0.04)mg·L-1.高水位期(9月至次年4月),高阳平湖硝氮和溶解性磷高于低水位期(5~8月)的含量,分别占总氮、总磷浓度的71.4%~95.4%和42.7%~94.4%,是总氮和总磷的主要组成部分,干流倒灌输入的硝氮和溶解性磷是其主要来源.     

三峡库区澎溪河与磨刀溪电导率等水质特征与水华的关系比较

三峡库区北岸最大一级支流自三峡大坝2003年蓄水以来,频繁暴发水华,而毗邻的一级支流磨刀溪却少有水华暴发.本文以澎溪河和磨刀溪作为研究对象,于2014年春季和夏季三峡库区水华高发期对两条河流同时采样,对比分析两条河流水体水质以及叶绿素a(Chl-a)含量的时空变化,探索澎溪河水华暴发机理.结果表明:澎溪河Chl-a含量较磨刀溪高,澎溪河春季Chl-a最大值为60.5μg·L~(-1),夏季Chl-a最大值仅7.8μg·L~(-1);磨刀溪Chl-a变化趋势与澎溪河相反,磨刀溪春季Chl-a含量为2.92μg·L~(-1),夏季Chl-a达到7.48μg·L~(-1).澎溪河与磨刀溪春季和夏季节水体温度分层,为温跃层+滞温层模式,而没有混合层;两条河流Chl-a含量均位于水深10 m温跃层.澎溪河春季总氮(TN)、总磷(TP)平均值为2.305 mg·L~(-1)和0.053 mg·L~(-1),夏季为1.673 mg·L~(-1)和0.097 mg·L~(-1);磨刀溪春季为1.875 mg·L~(-1)和0.075 mg·L~(-1),夏季为1.79 mg·L~(-1)和0.054 mg·L~(-1).TN、TP水平均超过了国际公认发生富营养化的阈值;水体氮磷含量与Chl-a浓度并无显著相关性,营养盐并不是藻类生物量的限制性因素.然而在水体电导率的规律方面,两条河却存在很大的差异;春季,磨刀溪上游上层水体(0~10 m)电导率只有下游和长江干流的75%,来自长江干流的回水可覆盖至磨刀溪中游(断面MD03),与Chl-a在此处密集保持一致;夏季电导率和回水区分布与春季相似.与磨刀溪不同,澎溪河春季上游电导率为下游和干流的150%,长江干流回水可到PX04与PX05之间,上游高电导率对应着高Chl-a含量;澎溪河电导率与藻类生长分布表现出显著正相关关系,水体中除N、P营养盐外的其它离子对澎溪河水华暴发起重要作用.     

三峡库区澎溪河回水区溶解态金属离子来源和时空分布特征分析

以三峡库区北岸最大支流澎溪河的高阳平湖段为例,探讨随着调水方式导致的水位变化,三峡库区支流金属离子Ca、Zn、Fe、Cr、Pb、Cu和Hg等在时间、水平和垂直空间维度上的分布和动态.在2013年6月5日~2014年5月29日为期1 a的采样周期内于澎溪河长年回水区高阳平湖的4个采样点采样共21次,平均每17.3 d采集一次.水体样品分别采自水体表层(0~0.5 m)、中层和底层(底泥以上0.5 m).冬季水体不分层期间,中层样品采自水深1/2处,分层时则采自温跃层.应用RBR-80220型水质自动分析仪监测各样点水温、电导率、水深等数据.水样采用冷原子吸收法和电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定各金属质量浓度.运用Excel、SPSS软件进行数据统计分析;以Hg离子为例,利用Matlab软件构建各水位时期金属离子质量浓度分布三维柱状图.结果表明:(1)从水体可溶性金属离子质量浓度角度,澎溪河水质总体较好,Cr、Pb、Cu、Zn和Hg等离子均低于地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准相应离子质量浓度;(2)在来源上,Cr、Pb和Cu等离子来源于干流回水;Fe和Zn离子来源于澎溪河内源;Hg离子来源受干流回水和内源影响.金属离子随着温度分层出现质量浓度分层现象;(3)影响高阳平湖电导率的主要物质是非金属离子.     

三峡水库春季营养盐和浮游植物空间分布及其影响机制

为研究三峡水库春季水体营养盐与浮游植物的空间分布状况,于2013年3月对三峡水库22条支流及干流的6个断面进行采样监测. 结果表明:来水、回水、河口和干流4类断面ρ(TN)平均值分别为1.69、1.84、2.01、1.51 mg/L;ρ(TP)平均值分别为0.115、0.191、0.179和0.181 mg/L;不同类型断面间ρ(TN)、ρ(TP)差异不显著;水体中N、P的主要形态分别为NO₃--N和PO₄3--P;N/P〔n(N)/n(P)〕从来水(110.8)至干流(18.9)逐渐降低. 三峡水库总体上为中营养状态,回水和河口区富营养化程度较高,富营养断面比例分别为45.4%和36.4%. 研究期间共检出浮游植物8门98属,其中以绿藻门、硅藻门和蓝藻门为主,分别检出42、26和17属;从组成上看,来水和干流断面以硅藻-绿藻为主,回水、河口断面以绿藻-硅藻为主. 浮游植物丰度由高到低依次为回水、河口、来水和干流断面. 调查期间,22条支流中有15条支流在不同位置发生水华,但主要集中在回水区;拟多甲藻水华为主要类型且集中在库区的下游支流,而库区中上游支流则以隐藻、衣藻、小球藻、小环藻等水华为主. 环境因子排序分析表明,在水华集中的回水-河口区域,影响浮游植物丰度分布的主要环境因子数明显少于其他区域,温度和ρ(DO)为该区域浮游植物丰度分布的主要影响因子,而ρ(TN)、ρ(TP)的影响不明显.      

三峡库区支流回水区水体分层与藻类生长

三峡水库自2003年蓄水以来,库区支流形成了长短不一的回水河段,缓慢的水流和蓄积的营养盐导致回水河段由库区蓄水之初在短时间内出现水华,逐步发展到一年内水华可维持数月。为了研究回水区水环境与水华发生的关系,从2013年4月—12月,对库区北岸最大支流澎溪河的长年回水区——高阳平湖进行了定点监测。监测结果显示,季节性变化及三峡库区特殊的调度方式,导致高阳平湖水体在春、夏和秋季有明显分层。春季水华期间藻类群落结构单一,只出现4门9属,以蓝藻门的微囊藻(Microcystis)、绿藻门的实球藻(Pandorina)和空球藻(Eudorina)为主,秋季藻类结构组成增至7门52属,优势属逐渐被硅藻门的小环藻(Cyclotella)和针杆藻(Synedra)取代,水体各层藻类细胞密度差异消失。研究结果说明高阳平湖水体分层状况影响藻类生长和分布。     

三峡库区支流澎溪河水华高发期环境因子和浮游藻类的时空特征及其关系

分别在2014年春季和夏季三峡库区水华高发期,在库区北岸最大支流澎溪河流域从其河口处逆流而上至回水末端共布置8个采样点,对浮游藻类和环境因子进行了监测,运用数理统计分析手段,对浮游藻类的群落结构及其与环境因子的关系进行了分析.结果表明在4月中旬,除河口样点外,其他采样点水体出现分层,但断面多只有温跃层和滞温层,而没有混合层;上游水体层次间温差高于下游水体;各采样点的水深以及表层水体(水面向下至0.5 m深的水层)的水温、浊度、p H、电导率、溶解氧、叶绿素a、总氮和总磷的空间分布差异显著(ANOVA,P0.05);共检测到浮游藻类25种(属),丰度在(2.76~145.8)×10~4cell·L~(-1)之间,以角甲藻(Ceratium hirundinella)为主要优势藻,鱼腥藻(Anabaena sp.)为次优势藻;上游接近支流来水的样点S7(63.4×10~4cell·L~(-1))和S8(145.8×10~4cell·L~(-1))水华最为严重;硝酸盐氮、水温、p H、电导率和溶解氧是藻类生长的决定因子.在7月下旬,水体分层,趋势与春季相似;各采样点深度和0~0.5 m水层的水温、浊度、氧化还原电位、p H、电导率、叶绿素a、氨氮、硝酸盐氮、总氮和总磷的空间分布仍然差异显著(ANOVA,P0.05);共检测到浮游藻类46种(属),丰度在(9.56~278.88)×10~4cell·L~(-1)之间,总体以席藻(Phormidium sp.)为主要优势藻,鱼腥藻(Anabaena sp.)为次优势藻;下游接近澎溪河河口的样点S2(216.44×10~4cell·L~(-1))、S3(278.88×10~4cell·L~(-1))和S4(108.12×10~4cell·L~(-1))水华严重;浊度、水深、总氮、氧化还原电位、电导率和溶解氧是藻类生长的决定因子.水体分层与水华形成有重要关系.