峡谷型水库温度分层期关键界面N_2O的产生和释放机理

温度分层期峡谷型水库不同界面上氮的动态转化过程对准确评价水体N_2O产生机理和释放通量具有重要的影响。通过采集乌江中上游梯级开发的洪家渡水库、东风水库和乌江渡水库的温度分层期水体样品,分析了氮形态和N_2O的含量。结果发现,洪家渡水库、东风水库和乌江渡水库剖面水体N_2O含量分别为14.3～64.4、16.5～35.7与17.0～70.8nmol·L~(-1),均表现为大气N_2O的释放源。东风水库全剖面和乌江渡水库均温层以上(0～58 m)的ΔN_2O与表观氧利用(AOU)之间具有显著相关关系,说明其N_2O的产生主要受控于硝化作用。乌江渡水库和洪家渡水库均温层的DO、NO_3~--N和N_2O剖面变化规律表明,乌江渡水库均温层主要为利用原位NO_3~-进行的反硝化作用,而洪家渡水库均温层反硝化作用则主要利用上层水体传输的NO_3~-。洪家渡、东风和乌江渡水库的水-气界面N_2O释放通量分别为0.4、0.5与0.4μmol·m~(-2)·h~(-1),均显著高于10年前同期的释放水平,说明随着水库库龄增大和水库自身蓄水调节方式的改变,水库N_2O释放潜能有逐渐增大的趋势。洪家渡、东风和乌江渡水库在7月份以下泄水方式释放的N_2O量分别为0.19×10~4、1.6×10~4与6.7×10~4mol,在梯级开发的河流-水库体系中,下泄水体排放的N_2O量受水库间的联合调度和蓄水调节方式的影响。     

乌江流域不同营养水平的梯级水库沉积物中磷形态特征

分析了乌江干流及支流不同营养水平的梯级水库(东风-贫营养、红岩-中营养、乌江渡-富营养)沉积物粒度的垂向分布,并以改进的连续提取法(SEDEX)调查了不同磷形态垂向分布特征。结果表明:3水库沉积物粒径均随深度的增加而减小,东风水库粒径最大,红岩水库其次,处于下游的乌江渡水库粒径最小;乌江渡、红岩和东风水库沉积物总磷(TP)的平均含量分别为2.07、1.22和1.11mg.g-1,总无机磷分别占到总磷53.8%、44.5%和81.9%,有机磷占TP的41.9%、55.5%和18.1%;3水库各形态磷所占比例不同,其中,乌江渡水库交换态磷所占比例相对较大,与其富营养化状态一致;乌江渡水库沉积物表层10cm,各形态磷含量随深度的增加呈下降趋势,红岩水库除交换态磷,其他各形态磷变化趋势不明显。东风水库各形态磷变化趋势不明显;河流梯级开发使下游水库颗粒物粒径变小,从而使下游水体中的磷更易吸附和释放,下游水库沉积物与水体交换也更强烈,除总磷外,交换态磷、自生磷和有机磷也可较好地反映水库富营养程度及演变。     

漳泽水库主要入库河流氮、磷营养盐特征

以2006—2007年的漳泽水库3条入库河流(南漳河、石子河、绛河)的水文、水质调查数据为依据,研究了漳泽水库入库河流的主要水文变化特征、氮磷营养盐浓度及其通量的逐月动态。3条入库河流水体流速缓慢,水温适宜,年平均值在12.5℃～15.1℃。3—5月水温回升较快,夏季水温高,光照充足,易发生水华。3条入库河流中总氮含量年平均值在1.75～8.90mg·mL-1,总磷含量平均值在0.005～3.760mg·mL-1,氮磷营养盐浓度总体偏高,其中石子河贡献了48.3%的总氮和77.3%的总磷。溶解态无机氮(DIN)是氮的主要存在形式,而其中又以硝酸盐氮(NO3--N)为主,平均占到DIN的60%以上。氮磷通量季节性变化规律不明显,且月均波动较为平缓。点源污染是氮磷进入南漳河、石子河的主要途径,而绛河的氮主要来自面源污染。从保护漳泽水库的角度考虑,应重点控制南漳河和石子河的点源污染。     

大沙河水库主要入库河流氮磷营养输入分析

为了解大沙河水库流域内营养盐输入对水库水质的影响,以 2011年3月~2012年2月大沙河水库5条主要入库河流(大沙河、白沙河、双石河、富食河和沃江河)的水文水质监测数据为依据,分析了这些入库河流的流量和氮磷营养盐浓度,并估算了外源负荷总量,旨在为水库进行高效和合理的流域规划以及水质保护方案的制定提供科学依据。结果表明:位于西南方向的白沙河年平均流量最大(1.01 m³·s^-1),西北部富食河流量最小(0.23 m³·s^-1)。各入库河流总氮平均浓度变化范围为1.62~4.37 mg·L^-1,总磷平均浓度范围为0.08~0.36 mg·L^-1,其中富食河氮和磷营养盐的浓度最高,大沙河总氮浓度最低,白沙河总磷浓度最低,总体上西北部河流的氮磷浓度高于西南部河流。全年大沙河水库总氮输入量为176.7 t,总磷输入量为13.7 t。在所有入库河流中,位于水库北部的沃江河对水库营养盐输入量贡献最大,氮、磷负荷分别占总输入量的33%和32%,位于西部的双石河氮负荷最小(12%),西南方向大沙河磷负荷最小(9%)。     

山美水库氮营养盐滞留特征及其影响因素的多时间尺度分析

水库对氮营养盐的滞留效应对水体富营养化防控有重要影响,为揭示不同时间尺度下水库氮营养盐的滞留特征及影响因素的差异,通过构建山美水库流域生态动力学模型,在统计水库氮滞留量和滞留率的基础上,从年、月、日不同时间尺度对氮营养盐的滞留效应进行分析;并通过多元线性相关分析,对入库流量、出入库流量比、水力滞留时间、流速、温度5种因素的影响进行研究.结果表明: 不同时间尺度下山美水库的氮滞留过程均呈现波动特征.在年尺度上,水库主要呈现正滞留效应,是流域重要的氮汇;在月尺度上,氮滞留呈现丰枯期变化特征,水库在源和汇的角色上发生转变;在日尺度上,枯水年氮滞留过程波动剧烈,滞留率在-300%～100%之间变化.不同时间尺度下,出入库流量比、流速因子均是影响水库氮滞留的重要因素;随着时间尺度的降低,入库流量和温度因子对氮滞留的影响程度有所增强;水力滞留时间对氮滞留的影响程度则随时间尺度变化而有正负差异.     

河流输送硅通量降低的机制及生态效应

从筑坝成库、硅藻吸收和固定、渔业发展、水体富营养化、水文结构变化几方面对河流输送硅通量降低的影响机制进行了归纳分析,综述了河流输送硅通量降低对河流、河口和近海产生的生态效应。研究表明,河流输送硅通量降低对硅的地球化学循环平衡产生了巨大影响,并造成了一系列的生态变迁。其中,硅藻是河流输送硅通量降低的主要因素,大量繁殖的硅藻将水库水体溶解性硅(DSi)吸收后转化成自身的生物硅(BSi),死亡后沉积到水库底部贮存起来,导致下游河流和海洋缺乏DSi,从而产生对人类具有重大影响的生态效应。     

高州水库氮磷营养盐变化特征及水质管理对策

通过2012-2013 年对广东省高州水库氮磷营养盐的趋势变化进行分析, 探讨了水库中氮磷浓度的变化特征,并从水库管理与水动力学两方面对水库水质管理对策进行了讨论。研究结果表明: 高州水库总氮、总磷浓度均表现为丰水期高, 说明受强降雨的影响, 农业面源污染携带大量的氮磷随地表径流进入库区, 致使库区氮磷营养盐含量升高。其次, 入库河流是库区氮磷营养盐的主要来源。氮磷比分析结果表明, 高州水库流域内部分水体在时空上处于氮限制与磷限制交替出现的状态, 且氮磷比与总磷呈现显著地正相关, 进一步反应了高州水库水体主要处于磷素限制状态。水库上游集雨区人口分布集中, 大量的生活排污与农业面源污染的输入是库区营养盐的主要来源; 合理处理上游居民生活垃圾并严格控制工业污染, 是降低库区营养盐的主要途径。此外, 人为改变高州水库的出流方式, 可以抑制浮游植物及藻类的生长, 从而减少水库富营养化的可能。     

广州流溪河氮磷浓度的季节变化和空间分布特征

广州市流溪河横跨北回归线,是典型的热带-亚热带过渡区河流。为了解该河流的营养盐分布特征,设置了20个采样点,于2015年2月至2017年2月进行季节性采样,共开展了8次水质监测,利用多元统计方法分析了主要营养盐(氮和磷)的季节动态和空间分布,并探讨影响营养盐时空分布的主要因素。结果表明:TN和TP的浓度范围分别为0.29~11.88 mg·L~(-1)与0.01~0.59 mg·L~(-1),TN浓度枯水期高于丰水期,总体上受降雨量的调节和河水稀释效应的影响; TP浓度丰水期高于枯水期,总体上受降雨量的调节及外源输入的影响; TN与TP在枯水期具有相似的季节变化特征,而在丰水期季节变化特征差异大;NO_3~--N和TN浓度的空间变化趋势相似,分为三个区段:流溪河水库上游的中值区河段,流溪河水库下游到街口大桥处的低值区河段和街口大桥下游的高值区河段,流溪河上游的两座大型水库对营养盐的滞留是导致其空间差异的主要因素之一; NH_4~+-N和TP浓度沿流域上游至下游总体上呈上升的趋势;三级河流氮和磷浓度显著高于一级河流和二级河流,河流氮、磷浓度与土地利用类型显著相关,建筑用地、裸露地和耕地所占比例的扩大会增加水体中TP、NH_4~+-N和NO_3~--N的浓度,而增加林地面积有助于水土保持和减少水体中氮、磷浓度。因此,上游水库的调节和下游城镇地区增加林地面积等方式对改善流溪河水质具有积极作用。     

西江调水对珠海市供水水库富营养化的影响及其管理对策

2006-2011年间,对西江珠海段和7座江河抽调水型水库水体总氮、总磷进行的长期监测结果发现,西江水体营养盐水平显著高于7座水库,抽调江河水导致水库营养盐水平在短期内急剧升高,水库富营养化和蓝藻水华问题凸显。7座水库总氮、总磷浓度最低的为3座中型水库:凤凰山水库、乾务水库和大镜山水库;最高的为南屏水库和竹仙洞2座小型水库,小型水库纳污、缓冲和自净能力较弱,更易受抽调来水水质的影响。设立合理的水质调度标准和构建生态工程是减缓调水水库富营养进程的有效措施。通过科学、合理的优化调度,调整水库水力滞留时间,改善水体流动性,能有效降低水库蓝藻水华发生的风险。     

流溪河水库丰水年与枯水年营养盐动态的比较分析

流溪河水库是一座位于北回归线上的大型山谷型水库,典型的热带-亚热带过渡区水体。为了解该水库的营养盐动态特征,于2008-2009年对水库的营养盐状况和环境因子进行了逐月监测,分析了其丰水年(2008)和枯水年(2009)营养盐动态的动态特征和影响因素。两年的降雨量分别为2660mm和1583mm,降雨主要集中在季风期(4-9月)。丰水期初期(4-5月)是全年营养盐浓度最高的时期,该时期丰水年与枯水年的营养盐空间分布相似:营养盐浓度沿入库河流至水库大坝方向递减,地表径流带来的外源输入是这个期间营养盐变化的主要因素。河流区的营养盐主要受地表径流带来的外源输入的影响,湖泊区营养盐主要受水位变化导致的内源输入的影响。较大的降雨量差异导致两年不同的营养盐季节动态,丰水年有着更高的营养盐水平,更小的DIN/TN与DIP/TP值。河流区较高的营养盐水平会带来湖泊区较高的TN浓度,但不会导致湖泊区更高的TP浓度。     

广东省韶关市3座大中型饮用水水库浮游植物功能类群特征

于2011年1-12月调查分析了韶关市南水水库、瀑布水库和花山水库3座大中型饮用水库的富营养化状况、浮游植物功能类群和优势功能类群的演替特点。结果表明: 南水水库为贫营养型水库, 全年以适应低营养盐环境的Lo和A等功能类群占优势, 枯丰两期浮游植物功能类群变化不明显, 全年低浓度的氮、磷营养盐是水库浮游植物功能类群的重要影响因子; 瀑布水库和花山水库为中营养型水库, 虽然枯、丰两期Lo和A等功能类群占优势, 但在丰水期, 适应富营养环境的X1、MP和J等功能类群也占优势, 浮游植物功能类群动态变化相对明显, 枯、丰两期氮磷营养盐浓度差异、水体稳定性和透明度变化是其动态变化的重要影响因子。     

引黄水库藻类变化特征及其影响因素研究

以济南鹊山引黄水库为研究对象,系统研究了2008-2012 年间其水中浮游藻类的种类和数量变化特征以及藻类细胞密度与总氮、总磷浓度的相关性,并在实验室模拟条件下分析了温度、光照、氮磷营养盐等条件对其藻类生长影响。结果表明,该水库水藻密度年际、年内变化较大,年平均值均在500 万个/L 以上,藻种共7 个门,37 个属,蓝藻和硅藻为水库的优势藻种。该水库藻类生长的最佳温度为25℃,光强为3 000 lx,氮磷营养盐对藻类生长影响排序为硝酸盐>磷酸盐>亚硝酸盐>氨氮。磷可能是藻生长的限制性因子,在夏、秋季及水库磷浓度大幅变化时易发生水华。     

三峡水库香溪河库湾主要营养盐的入库动态

基于香溪河及其主要支流高岚河的5a监测数据,估算三峡水库香溪河库湾氮磷营养盐的入库通量,并分析了氮磷营养盐的浓度及其通量的逐月动态.研究发现,每年大约有1623.49 t总氮和331.85 t总磷汇入香溪河库湾,其中,香溪河贡献了68.50%的总氮和91.74%的总磷.在这两条河流中,溶解无机氮是氮的主要存在形式;氮通量表现出夏季7月份偏高、春秋季次之、冬季较低的规律;面源污染是氮进入河道的主要途径.磷酸盐是香溪河磷的主要存在形式,而高岚河磷酸盐的含量则较低;香溪河磷通量的月均波动规律不明显,高岚河磷通量的高峰期出现在春末和夏季;高岚河的磷主要通过面源途径进入河道,而香溪河的磷则存在点源污染.水土流失可能是香溪河流域面源污染的主要途径,磷矿和磷化工厂的排污则是磷点源污染的主要途径.从保护三峡水库香溪河库湾的生态学角度考虑,应重点控制香溪河磷的点源污染.     

3座南亚热带串联调水水库浮游植物群落的CCA分析

蛇地坑水库、南屏水库、竹仙洞水库是珠海市对澳门供水的3座串联水库,平均每天对澳门和拱北水厂供水2.2×10⁵m³。但水库自身流域集水难以满足水量需求,从广昌和平岗泵站从磨刀门水道抽水通过管道输入南屏水库,再进入竹仙洞水库或由洪湾泵站由洪湾水道抽水先进入蛇地坑水库后再进入竹仙洞水库。当竹仙洞水库供水不足时,蛇地坑水库泄水向竹仙洞水库输水洪湾泵站取水点位于磨刀门水道的下游,水质较差,长期调水入库增加了水库的营养盐负荷。蛇地坑水库的调水主要发生在1月份和3月份,水力滞留时间较长;南屏和竹仙洞水库的调水入库频繁,水体水力滞留时间短,平均为23.5和10天。2006年对3座水库进行了富营养化和浮游植物调查,营养盐浓度较低的蛇地坑水库4月份发生了蓝藻水华,而营养盐浓度较高的南屏和竹仙洞水库的蓝藻的生物量均很低,前者以硅藻为主要浮游植物类群,后者以绿藻为主。是什么原因导致这3座水库浮游植物群落结构的差异?蛇地坑水库的浮游植物以微囊藻、卷曲鱼腥藻、蓝纤维藻、小球藻和小环藻为优势;南屏水库浮游植物主要以假鱼腥藻、小环藻、针杆藻和微小多甲藻为优势种;竹仙洞水库浮游植物主要以衣藻、小环藻、游丝藻和隐藻等为优势种。三个水库相比较,蛇地坑水库4月份蓝藻占优势,其后主要以绿藻占优势,12月份是硅藻占优势;南屏水库4月份以绿藻为优势类群,随后的三个月以硅藻为优势类群,蓝藻在6月和8月为次优势类群,绿藻门的实球藻是12月份的优势种;竹仙洞水库浮游植物4月份丰度最高,绿藻门的四鞭藻是该时期的优势种,6月份竹仙洞水库浮游植物优势类群和4月份类似,但生物量明显下降,随后的三次采样,优势种更替较频繁,硅藻、绿藻、蓝藻和裸藻先后成为优势门类。应用典范对应分析(CCA) 对3座水库的浮游植物与环境因子关系分析:pH值、水位库容、正磷和水力滞留时间与浮游植物的分布关系最为直接;而透明度和降雨量对其也有一定的影响。在蛇地坑水库中,总磷、正磷酸盐浓度是影响蓝藻丰度的主要因子,硅藻则与库容和透明度有关。在南屏水库中,硅藻在短水力滞留时间期间丰度高,微小多甲藻的丰度主要出现在丰水期。竹仙洞水库的绿藻分成两个集群:四鞭藻、游丝藻等大型绿藻在低温、低水位和较长水力滞留时间的4月份较高;小球藻、栅藻、月牙藻等小型种类则与较高的水位和正磷酸盐浓度呈正相关。南屏水库与竹仙洞水库的浮游植物优势种类相似,蛇地坑水库的优势种则与它们存在较为明显的差异。从生物量上看丰水期南屏水库的硅藻为优势,而竹仙洞水库以绿藻为优势,主要是南屏水库截留了河流中含硅丰富的泥沙,且水体动荡更大的原因。影响这3座水库浮游植物群落组成的主要因素是水力滞留时间,短水力滞留时间抑制了南屏和竹仙洞水库中的蓝藻成为优势类群。     

乌江渡水库养殖鱼类汞及脂肪酸的组成特征

为了评估网箱鱼营养价值,了解乌江渡水库养殖鱼的汞含量及脂肪酸的组成,随机采集优势鱼10种共计120个样品,测定了总汞、甲基汞以及包括长链不饱和脂肪酸(n6/n3 PUFA)和EPA、DHA等形态的脂肪酸。结果显示:乌江渡水库养殖鱼的总汞含量在3.50~185.05 ng·g-1,平均含量为23.90 ng·g-1;甲基汞含量在0.16~49.09 ng·g-1,平均含量为7.78 ng·g-1。乌江渡水库养殖鱼汞含量总体较低,均未超过我国水产品食用安全标准。同时,样品中的人体必需脂肪酸n3 PUFA中的EPA+DHA含量以鲫鱼最高,肉食性的鲶鱼最低。通过对n6/n3 PUFA比值分析发现,乌江养殖鱼除了富含EPA和DHA同时也富含较高的n6PUFA。对于乌江渡水库养殖鱼来说,武昌鱼、白鲢、草鱼、青鱼以及丁桂鱼是含有较高EPA+DHA和较低甲基汞的鱼种,具有较高的营养价值。     

胶州湾夏秋季大气湿沉降中的营养盐及其入海的生态效应

为揭示大气湿沉降对胶州湾营养盐的输送通量及其生态效应,分别于2015年6—8月(夏季)、9—11月(秋季)采集胶州湾降水样品,测定了降水中不同形态N、P、Si的浓度。结果表明,降水中不同形态营养盐的浓度变化较大,且均与降水量呈负相关关系,其中NH4-N和NO3-N的浓度较高,溶解有机氮(DON)占溶解态总氮(DTN)含量的25.9%,而NO_2-N,PO_4-P和SiO_3-Si的浓度均很低。溶解无机氮(DIN)、DON、PO_4-P以及SiO_3-Si的湿沉降通量分别为141.7、61.87、0.35 mmol m~(-2)a~(-1)和0.12 mmol m~(-2)a~(-1)。受降水量和营养物质来源制约,各项营养盐湿沉降通量时间变化显著。农业活动导致的无机氮排放构成了胶州湾湿沉降DIN的主要来源。大气湿沉降DIN、DON、PO_4-P和SiO_3-Si分别占胶州湾总输入负荷的9.04%、10.24%、0.57%和0.17%,湿沉降输入的PO_4-P在夏、秋季分别可以支持0.575 mgC m~2d~(-1)和1.42 mg C m~2d~(-1)的新生产力;雨水中DIN/P比值高达1 617,突发性强降雨带来的营养盐输入会加剧表层水体的P限制和Si限制,对胶州湾浮游植物群落结构和粒级结构产生重要影响。大气湿沉降是胶州湾生源要素生物地球化学过程的重要一环,对营养物质收支的贡献及可能引发的生态效应不容忽视。     

氮磷比率对3种典型赤潮藻生长的影响

采用实验室内一次性培养的方法,在贫磷和富磷条件下分别测定了不同氮磷比率对3种典型赤潮藻东海原甲藻、球形棕囊藻和尖刺拟菱形藻生长的影响。结果表明,这3种藻的最适氮磷比率分别为30：1、30：1和10：1。当N：P比率介于0—100：1之间时,3种赤潮藻的生长速率与营养盐浓度的关联度大于氮磷比率。东海原甲藻和球形棕囊藻对营养盐的需求量相对较高,在贫磷条件下的生长速率显著低于富磷条件;尖刺拟菱形藻对营养盐的需求量明显较低,在贫磷条件下可保持较高的生长速率。     

贵州草海氮磷分布特征及沉积物释放通量估算

通过对草海丰水期和枯水期水体、表层沉积物及周边河流水体系统的样品采集与测试分析,阐明丰水期和枯水期氮磷在草海水体的空间分布特征,分析表层沉积物中氮磷的释放通量的空间分布特征,识别沉积物的"源"和"汇"特征。结果表明,两个水文期大部分入湖河流的总氮和总磷浓度高于出湖河流,湖水氮磷浓度受外源输入影响较明显;丰、枯两期挺水植物区水中氮磷浓度高于沉水植物区,且沿主要水流方向逐渐降低;丰水期水-沉积物界面水中氮磷浓度高于表层水体,枯水期该特征不明显。枯水期沉积物中总氮的释放通量范围为5.244~362.506 mg·m~(-2)·d~(-1),呈现出"源"的特征;沉积物中总磷释放通量范围为-3.081~3.009 mg·m~(-2)·d~(-1),在挺水植物区表现为"汇",在沉水植物区表现为"源",内源释放也不可忽视。     

典型喀斯特流域旱雨季交替下溶解硅的输送特征

河流溶解硅（DSi）作为营养物质对维持陆地、河流及海洋生态系统稳定性起到至关重要的作用。选取贵州典型喀斯特流域为研究对象,通过对DSi湿沉降过程,基流过程及降雨径流过程的动态变化进行全年监测分析,探讨DSi在旱雨季交替下的输送特征及河流DSi浓度变化引起的环境效应。结果表明：①湿沉降过程降雨量越大,DSi浓度越小,河流DSi浓度变化有明显的旱、雨季特征,雨季DSi浓度较高,旱季较低,地表水径流量及DSi浓度对降雨径流过程的响应比地下水明显。②DSi沉降通量及输出通量呈明显的旱、雨季差异,雨季DSi湿沉降通量占全年的69.5%,地表水雨季DSi输出负荷占全年的98.1%,地下水占51.4%。③流域硅酸盐岩风化过程不强烈,主要受到碳酸盐岩及蒸发岩控制。流域DSi浓度受人为水库影响明显,经过水库后河流中DSi浓度旱季下降29.0%、雨季下降70.9%。研究为全面认识硅在陆地生态系统中的生物地球化学循环提供科学依据。     

热带直流型水库蓝藻季节变化特征

于2004年调查了广东省飞来峡和深圳两座直流型水库的蓝藻季节分布特征。共检到蓝藻17属,绝大多数为丝状体种类。常见属有假鱼腥藻(Pseudanabaena)、微囊藻(Microcystis)和蓝纤维藻(Dactylococcopsis)。蓝藻细胞密度为5-2052个细胞ml-1。深圳水库最高蓝藻细胞密度出现在6月,其中丝状蓝藻的相对丰度在75%以上;飞来峡水库最高蓝藻细胞密度出现在12月,丝状蓝藻的相对丰度达到90%。水动力学条件是限制蓝藻丰度和种类的主要环境因子。由于飞来峡水库的水力滞留时间变化较大,所以蓝藻季节性变化受水动力学条件的影响比深圳水库的大。假鱼腥藻等丝状蓝藻更适合在水库中生长,特别是在氮磷营养水平较高,水力滞留时间明显增加时,其细胞密度将大幅度上升。