乌江流域梯级水库的氮磷分布及其滞留效率研究

河流梯级水坝建设不仅造成营养元素在水库累积,向下游的输送通量降低,而且由于对不同元素的不同拦截效率会影响到元素的计量关系,从而影响水库生态系统和水质变化。为了厘清水库对N、P的拦截效率,本研究于2013~2015年分三次对乌江流域七个大型梯级水库水体总氮(TN)和总磷(TP)浓度进行了采样分析,探讨了不同梯级水库中氮磷营养元素的分布及其滞留效率。结果发现,乌江流域各梯级水库中TN浓度从上游到下游有逐级降低的趋势,每一级水库拦截了2%~13%的氮。乌江流域梯级水库较低的生产力和较高的氧浓度使其对TP的拦截效率更高,但水库较低的TP浓度使得拦截效果容易受到外源P输入的抵消。水库对TN、TP的拦截效率差异导致水库N/P比值发生了明显变化,因而在流域管理控制N、P的方法选择上应充分考虑这一自然过程的影响。     

梯级水库修建对乌江甲基汞分布的影响

采用蒸馏-乙基化结合(GC-CVAFS)法,测定了2006年乌江流域梯级水库系统入、出库河流甲基汞的含量,探讨了其分布特征和时空变化规律以及梯级水库修建对河流甲基汞分布的影响. 结果表明:乌江流域梯级水库系统入库河流水体中ρ(总甲基汞)和ρ(溶解态甲基汞)分别为0.07～0.70和0.03～0.16 ng/L;出库河流水体中ρ(总甲基汞)和ρ(溶解态甲基汞)分别为0.10～0.34和0.04～0.26 ng/L.入库河流水体中ρ(总甲基汞)与ρ(悬浮物)有显著的正相关关系,并且丰水期高于枯水期;出库河流水体中ρ(总甲基汞)在夏秋季节显著高于冬春季节. 梯级水库的修建使乌江在多个河段的ρ(甲基汞)升高,并且随着水库生态系统的不断演化,下游河流水体中ρ(甲基汞)有升高的可能.      

澜沧江梯级水库对汞输运的影响

拦河筑坝对河流中汞的输运产生重要影响,但有关高海拔落差河流中汞的来源及输运特征的认识较为匮乏.以澜沧江为研究对象,监测了筑坝河段水体中汞浓度的年时空变化过程（2017—2018）,量化了梯级水库对汞沿程输运的影响.结果表明,澜沧江水体中汞浓度总体与径流的季节分配呈同步变化趋势,但在上下游因土地利用类型的差异而呈现相反的季节性变化特征.因水库的拦截,溶解态汞与总汞的比值沿程呈上升趋势,加之水库泄水量的沿程增加,共同导致了河流汞通量自上游至下游呈非连续累积的趋势,从144 kg·a^-1增加至788 kg·a^-1.相应地,梯级水库对汞的拦截率自上游至下游由88%逐渐降低至65%.该项研究丰富了对梯级水库中汞的补给和输运的认识.     

梯级水库建设对怒江与澜沧江沉积物氮形态分布的影响

为探究梯级水库建设对沉积物氮形态分布的影响,通过分级浸取方法得到沉积物的离子交换态氮（IEF-N）、弱酸提取态氮（WAEF-N）、强碱提取态氮（SAEF-N）以及强氧化剂提取态氮（SOEF-N）,对比研究了有梯级水库建设的澜沧江和干流无水电站建设的怒江沉积物中氮形态的分布特征,分析了可转化态氮的主要影响因素.结果表明,两条流域沉积物赋存环境存在差异,进而使沉积物的理化性质呈现明显的差异,最终导致沉积物可转化态氮的含量及空间分布也不同,澜沧江沉积物可转化态氮的含量高于怒江,且澜沧江的空间变化也大于怒江,怒江IEF-N、WAEF-N、SAEF-N与SOEF-N含量范围分别为1.56~2.55,16.91~46.42,1.83~10.66,486.61~719.27mg/kg,澜沧江IEF-N、WAEF-N、SAEF-N与SOEF-N含量范围分别为1.55~14.35,20.77~83.08,1.36~92.15,562.61~1404.82mg/kg.两条河流的可转化态氮含量大小排列顺序一致,均为SOEF-N > WAEF-N > SAEF-N > IEF-N,怒江与澜沧江上游自然河段可转化态氮含量及空间分布基本一致,但在澜沧江的梯级水库段上,4种可转化态氮空间分布特征发生了较明显的变化,产生这种现象的原因主要是水库的建设导致了沉积物理化性质的改变,总有机碳、粒度、氧化还原电位对可转化态氮的影响不同.     

SWAT模型水库模块改进及流域氮磷通量模拟

水库在发挥防洪、供水、航运功能的同时,也改变了库区和下游生态环境.现有的流域模型中水库模块相对简单,无法准确评估水库对河流氮、磷通量的影响.针对这一局限性,本研究从蓄泄规则、库区氮磷反应模拟两个方面改进了经典流域模型—SWAT模型的水库模块.以长江二级支流涪江流域为研究对象,模拟了水库建设对逐月流量、泥沙、总氮、总磷过程的影响.结果表明,新模型模拟的逐月流量、泥沙、总氮、总磷的绝对误差百分比从原来的41.1%、33.4%、99.0%、130.5%分别降低到8.6%、23.9%、38.4%、52.9%,在汛期6—9月总磷的平均模拟误差仅为12.1%.新模型合理刻画了梯级水库群的级联效应,提高了梯级水库影响下的河流氮、磷通量模拟能力,为流域水环境管理与水库调度提供了有效工具.     

汉江支流梯级水库氮磷营养盐分布及驱动因子

基于汉江支流堵河梯级水库2019年1-10月的水环境调查数据,该文分析了堵河梯级水库氮磷营养盐的时空分布特征及驱动因素,并运用水质指数法(WQI)评价了堵河梯级水库的水质现状。单因素方差分析显示:堵河上游龙背湾水库的磷酸盐(PO_4~(3-)-P)高于中、下游,但无机氮(DIN)差异不显著(p0.05),DIN中硝酸盐氮(NO_3~--N)占比最高(89.38%～97.52%),亚硝酸盐氮(NO_2~--N)最低(0.35%～0.80%),但各水库间差异不显著(p0.05)。堵河梯级水库的N/P比值时空差异明显(p0.05),1月为氮限制,4-10月为磷限制,中、上游为氮限制,下游为磷限制。皮尔逊相关性分析显示:PO_4~(3-)-P含量变化与电导率呈极显著正相关关系(p0.01),与水温呈显著负相关关系(p0.05),相关系数为0.38和-0.28。NO_2~--N与溶解氧和pH呈显著正相关关系(p0.05),与高锰酸盐指数呈极显著正相关关(p0.01),相关系数分别为0.35、0.31和0.45。水质评价显示:调查期间,堵河梯级水库的WQI均值为83.5,但有一定的时空异质性,上游水库的水质优于中、下游;10月水质优于1月、4月和7月。总之,堵河梯级水库水环境因子的变化存在时空异质性,WQI水质健康评价等级为良好,表明堵河梯级水库的水环境受到轻微的破坏。     

乌江流域表层水体中汞的形态与时空分布特征

为了弄清乌江流域表层水体中汞的形态与时空分布规律,于2009年1~12月,每月采集乌江流域河流表层水样,采用两次金汞齐-冷原子荧光光谱法和蒸馏-乙基化结合GC-CVAFS法测定了水中不同形态汞的浓度。结果表明:(1)监测期间各采样点总汞、甲基汞、溶解态汞、颗粒态汞、活性汞、颗粒态甲基汞、溶解态甲基汞的年均算数平均值分别为5.20±10.89、0.09±0.20、3.31±10.66、1.89±1.08、0.30±0.36、0.06±0.19、0.04±0.03 ng/L。不同形态汞的沿程分布显示,水库的修建改变了原有的汞的地球化学过程。(2)通过不同季节各形态汞浓度的变化发现,河流表层水中不同形态汞有明显的季节变化趋势。(3)相关分析发现,总汞受总悬浮颗粒物含量的影响相对较大;活性汞浓度的季节变化可能与降雨对乌江水体的影响有关。     

三岔河梯级水库浮游植物光合作用效率的时空变化

浮游植物最大光合作用效率(F_v/F_m)可以判断水生生态环境状况,是探究梯级筑坝对河流生态环境影响的重要参数。本研究对三岔河梯级水库的浮游植物F_v/F_m及相关的水化学参数进行了季节性调查,探讨F_v/F_m的时空变化及其环境影响因素。结果表明,F_v/F_m具有明显的时空差异性,在空间分布上为库区下泄水河流;F_v/F_m和浮游植物总细胞丰度呈现显著正相关,库区总细胞丰度大,F_v/F_m比其它区域高。在时间分布上为冬季夏季≈秋季春季,表明浮游植物在水温较低时,会提高光合作用效率,F_v/F_m增高。     

梯级水库运行对沉积物氮形态时空分布的影响——澜沧江和怒江对比研究

为探究梯级水库运行对河流沉积物氮形态时空分布的影响,分别在枯水期和汛期对澜沧江和怒江沿程表层沉积物进行跟踪监测,并利用分级连续浸取分离法得到了离子可交换态氮(IEF-N),弱酸可浸取态氮(WAEF-N),强碱可浸取态氮(SAEF-N)和强氧化剂可浸取态氮(SOEF-N)等四种沉积物氮形态.结果表明:(1)怒江和澜沧江自然河流段可转化态氮(TTN)含量略低于水库段,沿程分布含量范围512.2～1548.5mg/L,同时期4种可转化态氮形态分布规律基本一致,枯水期SOEF-N>WAEF-N>SAEF-N>IEF-N,含量范围分别为486.6～1424.8,3.3～83.1,1.4～88.8和1.2～10.7mg/kg;汛期WAEF-N>SOEF-N>SAEF-N>IEF-N,含量范围分别为360.7～755.7,42.8～656.2,6.8～394.3和35.8～153.6mg/kg;(2)梯级水库运行导致有机质富集,颗粒物粒径变小,对WAEF-N的释放有抑制作用;梯级水库运行导致水库段沉积物粒径变小,而SOEF-N主要分布在细颗粒中,致使沉积物的矿化作...     

乌江流域大气降雨中不同形态汞的时空分布

2006年1～12月测定了乌江流域5个水库库区大气降雨中不同形态汞的浓度.结果表明,总汞、溶解态汞、颗粒态汞、活性汞、甲基汞的浓度范围分别为7.49～149.13ng·L-1、1.23～10.02ng·L-1、5.76～141.92ng·L-1、0.56～2.94ng·L-1、0.082～0.821ng·L-1.降雨中颗粒态汞为主要形态,约占总汞比例的67.6%～96.1% (平均87%),活性汞、甲基汞占总汞的比例分别为5.1%和0.68%.除活性汞外,其它形态汞的浓度存在明显的季节变化趋势,冬春季的浓度明显高于夏秋季,而不同形态汞的空间分布特征不明显.降雨中汞的浓度主要受降雨量及燃煤等人为活动的影响.     

乌江梯级筑坝对河流碳酸氢根的影响机制

梯级筑坝显著改变了河流碳的生物地球化学循环。为了了解梯级筑坝对河流HCO_3~-的影响,本文对乌江中上游梯级水库的HCO_3~-浓度、溶解无机碳同位素(δ~(13)CDIC)及相关的环境参数进行了长时间跨度的分析。乌江中上游梯级水库-河流体系HCO_3~-浓度为1 42154～3 38752μmol/L,平均值为2 36321μmol/L;δ~(13)CDIC为-1066‰～-452‰,平均值为-854‰;梯级筑坝导致河流具有下游HCO_3~-浓度升高的变化趋势。河流筑坝发电,易形成峡谷型深水水库。碳同位素证据和相关性分析表明,上层的光合作用和下层的呼吸作用成为控制发电水库碳循环的主要因素。这导致HCO_3~-浓度在水库剖面上呈现出由上层至下层逐渐增高的变化规律,再加上水库底层泄水的发电方式,最终导致梯级筑坝河流下游HCO_3~-浓度逐渐升高。本研究将加深梯级筑坝对河流碳循环影响机理的理解。     

水电梯级开发对乌江流域浮游植物分布的影响

调查研究了乌江流域贵州段5个水库上游来水、库区、坝下浮游植物的种类、密度和生物量,结果显示,库区较电站上游来水浮游植物种类增加,其中绿藻门、蓝藻门种类增加较多,硅藻门种类仍然是水库库区的主要种类,库区浮游植物密度和生物量分别为上游来水的2.06倍和1.77倍。库区浮游植物数量的增加幅度与水库调节能力、水体营养负荷及库区周边环境等因素有关。索风营水库为日调节型水库,水文情势较原河流变化较小,库区浮游植物增加幅度较小,而洪家渡水库为多年调节水库,水文情势的变化差异很大,库区浮游植物密度和生物量较上游来水显著增加。     

黄河三角洲湿地盐生植物氮和磷的根际效应

通过比较黄河三角洲湿地三种盐生植物柽柳(Tamarix chinensisLour).、盐地碱蓬(Suaeda salsa Pall).和白茅(Imperata cylindrica Beauv.)的根际与非根际土壤中氮、磷的根际效应,分析了不同植物种类根际效应差异的原因。研究结果表明,三种盐生植物根际土壤总氮、速效氮以及有效磷的含量与非根际土壤相比均显著增加(p0.01),根际土壤的总磷含量也高于非根际土壤。柽柳植株对氮、盐地碱蓬植株对磷的富集作用最强,并表现出明显的根际累积效应,这一结果对于滨海湿地氮、磷污染截留的植物修复技术建立具有重要的指导意义。同时,造成不同植物种类的根际效应差别的原因不同,pH值是影响柽柳根际速效氮累积效应的主要原因,而盐地碱蓬根际有效磷累积主要受到根际微生物和盐度变化的共同影响。     

嘉陵江梯级水库水化学特征及氮硅的时空分布研究

随着水电开发的迅速兴起,河流筑坝拦截引起的生态环境效应已不容忽视。为探究筑坝拦截对流域内营养元素生物地球化学循环过程的影响,本研究于2016年1月和7月对嘉陵江中下游4座梯级水库的入库、库内及出库水体进行采样,分析了营养盐(TDN、NO_2~-、NO_3~-、NH_4~+、DSi)及水化学组成;研究在大坝拦截作用下,嘉陵江流域水库水体营养盐及主要阴、阳离子浓度的时空变化特征。结果发现,沿程Na~+、K~+浓度上升的变化趋势表明从上游到下游人为因素的影响在不断加强。受降水稀释影响,TDN和DSi浓度枯水期(冬季)高于丰水期(夏季);剖面水体氮和硅的浓度呈现出表层低、深层高的特征,夏季尤为显著;NO_3~-浓度与NH_4~+和NO_2~-浓度存在负相关关系。上述结果表明氮的转化在表层水体以藻类的吸收同化为主,浅层水体以硝化反应为主,深层水体以反硝化反应为主。     

阿什河流域10种水生植物对水质氮磷的净化能力比较

阿什河是松花江重要的一级支流,水环境污染问题最为突出.针对阿什河流域氮磷污染严重、水质恶化、生物多样性低等问题,选取千屈菜（Lythrum salicaria）、菖蒲（Acorus calamus）、泽泻（Alisma plantago-aquatica）、慈姑（Sagittaria trifolia）、芦苇（Phragmites australis）、菰（Zizania latifolia）、显脉苔草（Carex kirganica）、水葱（Scirpus validus）、狭叶香蒲（Typha angustifolia）、香蒲（Typha orientalis）10种阿什河流域常见植物作为研究对象,在室内静水条件下对其氮磷富集和水质净化的能力进行比较研究.结果表明:①不同植物净增生物量之间具有显著差异（P < 0.05）,生物量的变化范围为492.71~939.19 g/m2,其中净增生物量最高的泽泻是最低的慈姑的1.91倍.②不同植物的植株茎叶部和根部的氮、磷含量也具有一定的差异,茎叶部TN含量（以质量分数计）为3.46~19.55 mg/g,TP含量为1.34~4.77 mg/g;根部TN含量为3.88~13.59 mg/g,TP含量为1.16~7.59 mg/g;TN、TP在茎叶部的富集能力均大于根部,有效刈割是彻底去除污染物的有效手段.③在水体中TN、TP浓度（以质量浓度计）为2.08~3.03、0.56~0.77 mg/L时,不同植物对水质的净化能力也存在一定的差异,不同植物对TN、TP的去除率为64.96%~86.03%、64.64%~85.12%.④不同植物TN、TP富集贡献率范围分别为50.24%~80.71%、54.85%~93.44%.研究显示,植物净增生物量湿质量、干质量均与TP富集率相关性较高,可以作为植物筛选的一个重要的参考因素;水葱、芦苇、菰和千屈菜可作为阿什河流域生态修复的备选植物.      

三岔河梯级水库生源要素的时空变化特征

氮磷硅等生源要素是影响水体初级生产力、水生态系统结构与功能的重要因素。为了解梯级水库-河流体系营养盐的时空变化特征,对三岔河梯级水库(平寨水库、普定水库、引子渡水库)及入库河流进行了季度调查,分析了其氮、磷、硅营养盐浓度及其相关环境因子。结果显示,溶解硅(DSi)、总溶解氮(TDN)、PO_4~(3-)浓度分别为049～381、212～498、064～761×10~(-2)mg/L,平均值分别为199、325、003 mg/L。TDN和PO_4~(3-)浓度季节性变化较为明显,但空间变化较小;DSi的时空变化均较为显著。TDN浓度夏季较高,而PO_4~(3-)浓度春、冬季较高。TDN与叶绿素显著正相关,而PO_4~(3-)与温度显著负相关,表明两者的影响因素不同。DSi浓度水平沿程依次降低,主要受生物作用控制。DSi浓度随水体深度增加而增加,秋季尤为显著;而TDN和PO_4~(3-)在剖面上的变化因季节和水库的不同而不同。     

乌江干支流河水中U元素的地球化学特征

本研究对乌江流域河水U浓度进行了测定,系统讨论了乌江流域干支流河水中U的元素地球化学特征,并对其主要来源进行了辨析。研究结果显示,乌江河水中溶解态U的平均浓度约为0.504μg/L,比世界河流平均水平0.186μg/L及长江平均含量0.45μg/L高,但是低于黄河U含量4.86μg/L,同时也低于世界平均海水U浓度3.3μg/L。来源分析显示,乌江河水中的U主要来源于碳酸盐岩风化,尤其是白云岩的风化,对U行为有决定性的控制作用,说明了在海洋沉积成岩过程中生物作用过程对U行为的重要性。蒸发岩和硅酸盐等的风化过程对乌江河水U的贡献不大。和十年前相比,人类活动对流域河水U的影响明显增加。