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。     

金泽水库浮游植物功能群时空变化特征

于2018年7月—2019年6月对金泽水库浮游植物进行调查,研究浮游植物FG功能群时空变化及其与环境因子的关系,探讨进、出水口浮游植物群落特征异同的原因.调查期间,该水域整体处于轻到中度富营养化水平,库内共检测出浮游植物8门139种,主要由蓝、绿、硅藻门种类构成,共25组功能群,优势功能群有M、H1、L_O、K4组,喜好富营养水体环境,所属种类主要为蓝藻门,以微囊藻属为代表的M功能群为绝对优势功能群;进、出水口分别有7门87种、7门102种,分属于23组、20组功能群,优势功能群分别有5组、9组,两个点位种属相似度超过0.6,达中等相似,共有优势功能群为M、H1、L_O、K 4组,主要为蓝藻门种类,M功能群为绝对优势功能群.库内生物密度月变化为280.1162×10⁴ ~1750.7050×10⁴ cells·L^-1,出水口生物密度年均值比进水口降低29.78%,但差异不显著,蓝藻的生物密度决定着库内藻类生物密度月变化及进、出水口藻类生物密度年均值的差异.冗余分析结果显示,环境因子对库内浮游植物解释率为53.59%,占绝对优势的M 功能群,受总氮影响较大且正相关.研究结果表明,库内一系列净化措施有一定作用,但受来水影响,该水库仍有水华暴发的风险,需调整库内净化策略,加强净化水质,以保障饮用水安全.     

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。     

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.     

骆驼刺叶绿素荧光特性对不同程度干旱处理的响应

干旱是影响荒漠生态系统植物生长主要因素之一,研究其对干旱区植物叶绿素荧光特性影响有助于为干旱程度变化对干旱区植物生理生态影响的研究提供一定的理论依据.本文选择准噶尔盆地南缘荒漠区典型植物骆驼刺(Alhagi sparsifolia),设置0(对照)、轻度、中度和重度3种干旱程度的处理,研究干旱程度变化对骆驼刺叶绿素荧光...     

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...     

水体营养盐质量浓度对苦草光合荧光特性的影响

通过室内培养,利用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)研究了不同质量浓度的营养盐对苦草光合荧光特性的影响. 结果表明:①水体中N,P营养盐质量浓度的高低对苦草叶片PSⅡ和F_v/F_m影响不显著(P＞0.05). ②在日变化过程中,各处理组苦草的ΔF_v/F_m′均呈升—降—升的变化趋势,但方差分析显示,水体ρ(TN)和ρ(TP)变化不直接影响苦草的ΔF_v/F_m′(P＞0.05).③试验第4天各处理组的苦草叶片光响应能力大小依次为处理组B＞处理组C＞处理组D＞处理组A;在苦草生长初期,质量浓度较高的营养盐可以提高苦草叶片的光响应能力和捕光能力,并可增强叶片的光合活性;从整个试验过程来说,分别是处理组B的ρ(TN)和处理组C的ρ(TP)更利于苦草的生长.      

乌溪江梯级水库的营养特征及水生态健康评价

大量梯级水电开发对河流生态系统的健康状况产生重要影响。以乌溪江梯级水库为研究区域,2017年6—11月对上游湖南镇水库和下游黄坛口水库的营养特征及浮游植物组成进行了调查,并应用生物完整性评价指数对水库水生态系统进行健康评价。结果表明,乌溪江梯级水库氮、磷、有机物含量较低,处于贫营养状态。调查期间共鉴定浮游植物8门152种,其中蓝藻门和绿藻门的密度较高,下游黄坛口水库的浮游植物密度低于上游湖南镇水库。生物完整性指数评价结果显示,乌溪江梯级水库生物完整性较高,处于一般到亚健康状态,该指数受水温影响明显,水温低时黄坛口水库的健康状况较好,水温高时湖南镇水库的健康状况较好。     

金沙江下游梯级水库浮游细菌群落结构及生态过程

浮游细菌是淡水生态系统的重要组成部分,对碳氮磷等生源要素的生物地球化学循环过程具有重要作用.大坝运行会导致水库的水文条件发生显著变化,影响淡水生态系统.探究不同水文条件下浮游细菌群落结构和生态过程是了解大坝对河流生态系统影响的关键.以金沙江下游溪洛渡-向家坝梯级水库为研究对象,利用16S rRNA扩增测序分析了水库不同调度运行下水体中浮游细菌群落结构和群落构建生态过程的差异.结果表明：Simpson指数、Chao指数、水温、溶解性有机碳（DOC）浓度和总磷（TP）浓度在低水位时期更高,水力停留时间、pH、水位在高水位时期更高.高、低水位时期浮游细菌群落组成差异显著.绿弯菌门（Chloroflexi）、芽单胞菌门（Gemmatimonadota）、蓝细菌门（Cyanobacteria）、硝化螺旋菌门（Nitrospirota）和噬氢菌门（Hydrogenedentes）对水位变化环境敏感.蓝细菌门（Cyanobacteria）和硝化螺旋菌门是浮游细菌网络的关键物种.低水位时期浮游细菌网络关键物种类别和丰度高于高水位时期,低水位时期浮游细菌网络复杂性和稳定性更高.高、低水位时期浮游细菌群落构建均以随机性过程为主导.因此,水库不同调度运行影响了浮游细菌群落结构和生态过程,进而影响了碳氮元素的循环过程.研究结果对于认识筑坝蓄水下河库生境水生态系统结构及功能,以及指导高坝大库管理具有重要的学术价值与科学意义.     

海洋微藻对游离氨基酸的利用特性研究

分别以4种游离氨基酸——丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸和天冬氨酸为唯一氮源,采用实验室一次性培养的方法,研究典型赤潮藻——东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)、球形棕囊藻(Phaeoecystis globosa)和米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)及常见种类中肋骨条藻(Skeletonema costatum)的生长特性、光合特征及对氨基酸的吸收动力学特征,以无机氮源硝氮、氨氮作为对照.研究结果表明,在无菌条件下,东海原甲藻和球形棕囊藻可以利用多种游离氨基酸快速生长,而米氏凯伦藻和中肋骨条藻在以游离氨基酸为唯一氮源条件下不能维持生长.东海原甲藻和球形棕囊藻在丙氨酸中的生长速率最高,天冬氨酸和谷氨酸次之,甘氨酸最低.氨基酸处理组的Fv/Fm值在培养后期降幅小、降速慢,且高于无机氮处理组.东海原甲藻和球形棕囊藻对丙氨酸的最大吸收速率和半饱和常数分别为3.32、0.41 pmol·cell-1·h-1和6.99和20.54 pmol·L-1.因此,海洋微藻对游离氨基酸的吸收利用具有显著的种间差异,东海原甲藻和球形棕囊藻具有更广的氮营养生态位,在近海有机污染不断加剧的背景下,更容易形成优势甚至暴发赤潮.     

黄河源区水库二氧化碳逸出暖季变化规律及影响因素分析——以刘家峡水库为例

河流上修建水库改变了自然状态下的水流运动,而且深刻影响着物质传输和交换过程.本文以黄河源区12级梯级水库群末端的刘家峡水库为例,在2016年4、8月和2017年5月进行了3次野外试验,采用Li-7000静态箱法监测了刘家峡水库入库前、库中和出库河道内的二氧化碳分压(p(CO2))、二氧化碳逸出量(F(CO2)),并测定了相关水化学因素,包括pH、溶解氧(DO)和水温(T),综合分析了水库碳逸出的暖季时空变化规律及其影响因素.结果表明:在河流流向上,刘家峡水库库区内的p(CO2)和F(CO2)(601.6μatm和85 g·m-2·a-1,以C计,下同)均低于入库前水体(670μatm和328 g·m-2·a-1)和出库后水体(680.5μatm和372 g·m-2·a-1),水体的pH变化范围为7.90~8.80,DO变化范围为102%~145%;垂向上,pH为7.81~8.65,DO为82%~140%,从水面至水库库底p(CO2)的变化范围为617~1087μatm,p(CO2)、pH和DO均随水深增加而降低,且8月变化强于4月和5月;水温在垂向上存在明显的分层现象,温度范围为5~25℃.库区内的光合作用降低了水体溶解CO2的含量,出库水体由于水流波动较大,F(CO2)明显增加,8月水体的F(CO2)均低于5月,可能是由于水库中的热分层现象更加显著,进一步促进了浮游植物的生长,对溶解性CO2的利用增加.通过对世界范围内不同纬度和海拔高度的水库F(CO2)的统计发现,刘家峡水库的F(CO2)在温带地区水库的F(CO2)中呈较低水平,其高海拔的地理位置及梯级水库的拦截作用是重要原因.本研究可为高寒高海拔地区水库的F(CO2)评估和全球水库碳排放评价提供依据.     

利用主要缺氧段ORP作为连续流单污泥污水脱氮除磷系统调控参数

为了优化污水脱氮除磷系统的运行,基于试验结果和物料平衡分析,以系统脱氮除磷性能和缺氧吸磷性能为评价依据,考察主缺氧段氧化还原电位(ORPm)作为连续流单污泥脱氮除磷系统运行调控参数的可行性,并揭示其与氮、磷物质转化规律的关系,确定最佳ORPm设定值.试验期间,以硝化液内循环流量为被控变量,采用PLC自动控制系统调控ORPm,其它运行参数保持不变.试验分为6个阶段,各阶段控制系统ORPm设定值分别为-143、-123、-105、-95、-72以及-57 m V.结果表明,不同ORPm设定值条件下,出水氨氮浓度变化较小,但TN、TP浓度变化较明显,当ORPm设定值为-95 m V时,连续流单污泥脱氮除磷系统具有最佳的氮磷去除性能.物料平衡分析结果表明,当ORPm设定值由-143 m V增加至-57 m V时:1主缺氧段硝酸盐氮反应量分别为214.40、235.16、241.16、244.02、240.90以及233.65 mg·h-1;该段内TN转化量分别为244.92、255.85、328.04、347.45、336.42以及320.60 mg·h-1,硝酸盐氮和TN反应量均在ORPm设定值为-95 m V时达到峰值.2厌氧段释磷量分别为-214.12、-228.64、-259.26、-264.54、-256.92和-252.84 mg·h-1,系统总吸磷量分别为252.15、275.85、332.25、338.10、336.15和324.30 mg·h-1,其中主缺氧段吸磷量分别为30.27、62.14、124.58、154.41、150.41和138.30 mg·h-1,吸磷量在ORPm设定值为-95 m V时达到峰值.结果表明,ORPm值可作为连续流单污泥脱氮除磷系统运行调控参数.     

河流库区沉积物-水界面营养盐及气态氮的释放过程和通量

以九龙江北溪西陂电站库区为例,于2013年不同季节开展原状泥柱静态培养、气态氮水柱剖面观测和通量模拟实验,结合水和沉积物理化参数和微生物参数,研究河流库区沉积物-水界面营养盐及气态氮的释放过程和通量.结果表明,库区沉积物NH+4和PO3-4总体表现为释放行为[平均NH+4通量(480±675)mg·(m2·d)-1,平均PO3-4通量(4.56±0.54)mg·(m2·d)-1],而NO-3和NO-2表现为吸附行为.洪水季节带来大量的有机质沉积在库区,造成枯水期沉积物无机氮磷向上覆水体释放.湖泊区气态氮释放以N2为主(>98%),沉积物-水界面N2释放通量平均为(15.8±12.5)mg·(m2·d)-1.水柱N2净增量有明显的空间差异和垂向分布规律,受沉积物-水界面生地化过程(反硝化和厌氧氨氧化作用)和流动水团的综合影响.下游站位存在较强的硝化作用,N2O相对富集,主要受水中氨氮占无机氮的比例控制.     

黄河泥沙中的腐殖质对高锰酸盐指数测定的影响

通过模拟试验研究了黄河泥沙对高锰酸盐指数的影响,结果表明:①浑水高锰酸盐指数(COD_Mn)和水样加酸处理后水相COD_Mn随着泥沙含量的增加而显著增长;但水样未加酸处理水相的COD_Mn随着泥沙含量的增加只呈微上升趋势;②随着泥沙含量的增加,浑水生化需氧量(BOD₅)的增长率显著低于浑水COD_Mn和加酸处理条件下的水相COD_Mn的增长率;③黄土中含量仅为0.76%的腐殖质对含泥沙浑水COD_Mn的贡献较大,当泥沙含量为7.5g/L和15g/L时,腐殖质对浑水COD_Mn的贡献分别为15.9%和 21.7%;④泥沙中腐殖质的主要组成之一富里酸溶于酸,当泥沙含量为7.5g/L和15g/L时,富里酸对水样加酸处理后水相COD_Mn的贡献分别为23.6%和50.6%.由于富里酸在自然条件下不容易发生生物降解,因此,目前黄河水质监测中的COD_Mn夸大了黄河耗氧性有机物的污染.     

三峡水库澎溪河水-气界面CO2与CH4通量特征及影响因素初探

澎溪河流域是三峡水库典型支流,对水库区域碳循环及区域化学风化的影响非常重要。2016年5月—2017年2月对澎溪河流域水-气界面CO_2与CH_4通量特征进行监测与分析,采用顶空平衡法结合模型估算法计算表层水体CO_2与CH_4的分压以及水-气界面的交换通量,并运用spearman相关分析法分析了二氧化碳和甲烷的分压和排放通量与其他环境变量之间的相关性。研究发现:澎溪河是温室气体排放\"源\",表层水体p(CO_2)平均值为(1807.635±315.605)μatm(1μatm=0.101325 Pa,下同),表层水体p(CH_4)平均值为(218.7725±127.9425)μatm;CO_2扩散通量平均值为(32.53±3.86) mmol?m~(-2)?d~(-1),水-气界面CH_4扩散通量平均值为(0.208±0.143) mmol?m~(-2)?d~(-1),通量与分压趋势基本保持一致。通过与世界上典型河流温室气体扩散通量对比,得出澎溪河流域CO_2通量释放量为中等水平,而CH_4扩散通量较小,且CH_4通量与p(CH_4)、水温、pH值显著正相关,而水-气界面CO_2扩散通量与p(CO_2)显著正相关,与DO、pH值、叶绿素a(Chl-a)显著负相关。     

三峡水库两条支流水-气界面CO2、CH4通量比较初探

三峡水库是亚热带气候背景下的超大型水库,其水生生态系统碳循环过程存在显著的时空异质性.本研究于2010年6月～2011年5月对三峡水库两条支流(龙溪河、澎溪河)水-气界面CO2、CH4通量特征进行了1 a的定位跟踪观测与比较分析.研究发现,位于三峡水库库尾变动回水区的龙溪河CO2、CH4通量年均值分别为(7.30±1.89)mmol·(m2.h)-1、(0.11±0.095)mmol·(m2.h)-1.而位于三峡水库库中常年回水区的澎溪河CO2、CH4通量年均值分别为(0.71±0.46)mmol·(m2.h)-1、(0.007 4±0.001 7)mmol·(m2.h)-1.龙溪河的温室气体通量水平显著高于澎溪河,季节性变化剧烈,幅度也显著大于澎溪河.相比澎溪河,龙溪河回水区极不稳定的水力、生境条件让浮游植物难以稳定生长,其水体固碳能力显著受限;加之龙溪河受淹区域土壤有机质、全氮含量以及单位流域面积内污染负荷程度均显著高于澎溪河,共同导致了龙溪河温室气体通量水平普遍高于澎溪河流域.两条支流CH4通量的主要影响因素仍需进一步研究.     

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.     

FeSm原位修复砷污染地下水的实验研究

在以高砷地下水为主要饮水水源的偏远农村地区,研发一种经济高效、操作简便的砷污染处理技术对解决其饮水安全问题具有重大意义。本文通过室内柱实验,利用FeSO4、NaAsO2和Na2S交替注入方法,完成并优化了硫化亚铁型除砷材料的制备。同时,探讨了强还原条件下含水层原位搭载除砷过程与机制。研究表明,FeSO4∶Na2S摩尔比为5∶4,连续注入120 h为最佳原位搭载条件;搭载实验柱除砷过程中,As（Ⅲ）（1000 μg·L-1）穿透时间（100 h）远高于示踪剂荧光素钠（1.25 h）所需时间,其阻滞因子达37,表明硫化亚铁型除砷材料具有显著的除砷效果;除砷前后硫化亚铁涂层的表征结果说明,原位搭载除砷过程中,As（Ⅲ）与硫化亚铁发生的吸附/共沉淀形成富砷草莓状黄铁矿是实现固砷的主要机理。