研究生知识库

随着社会经济的发展，人类为了满足发电、灌溉、防洪等需要在河流上大规模地筑坝建库。水库的建立为人类带来了巨大的经济价值，但同时也对人类的生存环境造成了越来越显著的影响。最近，水坝拦截对河流生源要素生物地球化学循环的影响及其引起的相关水环境生态问题引起越来越多的科学家们的关注。乌江是长江三峡水库水体的主要来源之一，主要位于贵州喀斯特地区。按照国家"西电东送"计划，乌江干流上将建成11 个梯级水库。为了了解水库在河流生源要素生物地球化学循环中的作用，本论文利用国家标准方法对乌江流域及其中上游干流上的两个梯级水库中生源要素含量进行了分析测定。研究结果如下： 1. 乌江表层水中生源要素含量充分体现了喀斯特地区特性。其中，溶解性硅DSi）和溶解有机碳（DOC）含量都低于世界平均水平，二者平均含量在2002 年的丰水期分别为 85.45μM 和84.58μM，枯水期分别为60.80μM 和53.86μM。乌江流域溶解无机氮含量较世界平均水平高，其主要存在形式为硝态氮（NO3-N）。乌江干流表层水中NO3-N 和氨态氮（NH4-N）平均含量分别为：丰水期NO3-N147.52μM，NH4-N11.64μM，枯水期NO3-N158.00μM， NH4-N47.43μM。可能是乌江流域存在中国较大的磷矿（如瓮福磷矿）及其加工厂，与长江干流及其它支流相比，乌江具有更高的磷含量。其总磷（TP）含量为：丰水期6.43μM，枯水期4.18μM。其中，丰水期颗粒态磷（PP）占74%，溶解性磷酸盐（PO4-P）占14%；枯水期二者分别占总磷的27%和49%。乌江干流生源要素的分布特征（尤其是磷）反映了乌江干流上的水库对下游河流生源要素的含量具有一定的影响。2. 东风水库和乌江渡水库在春夏季都存在分层现象，但分层结构不明显，没有稳定的温度层。分层期间尤其是7 月份乌江渡水库底层水体处于严重缺氧状态，而东风水库底层水体在整个研究期内溶解氧含量都较高。东风水库和乌江渡水库表层水中叶绿素a 平均含量分别为2.74mg/m3 和6.33mg/m3，表明后者初级生产力水平比前者高。乌江渡水库中DOC 的含量比东风水库略高，但二者含量都很低，在1mg/L 左右。两个水库中氮的主要存在形式都是水坝拦截对乌江生源要素生物地球化学循环的影响IINO3-N，约占TN 的85%。磷的主要存在形态为：东风水库为PP，约占TP的62%；乌江渡水库除了丰水期上层水体中为PP 外，枯水期以及丰水期底层水体中都是PO4-P，占TP 的80%以上。东风水库和乌江渡水库表层水中TN 和TP 的平均含量分别为：TN 分别为2.97mg/L 和2.82mg/L，TP 分别为0.01mg/L 和 0.05mg/L。可见，两个水库中氮含量相差不大，而磷含量却有乌江渡水库大于东风水库。东风水库和乌江渡水库表层水中DSi 平均含量分别为3.78mg/L 和1.86mg/L，显然，前者大于后者。东风水库和乌江渡水库都处于中营养型状态，但乌江渡水库的营养程度比东风水库高。按照Justic的营养盐限制判断规则，两个水库都属于磷限制。 3. 东风水库沉积物中有机碳随沉积深度增加其含量基本保持不变，平均含量为1.84%；乌江渡水库沉积物中有机碳随沉积深度增加其含量逐渐降低，到一定深度后趋于稳定，平均含量为2.69%。东风水库和乌江渡水库沉积物有机质中C/N 原子比平均分别为：13 和12，表明乌江渡水库相对于东风水库来说具有更多的浮游植物来源的有机质。东风水库和乌江渡水库沉积物间隙水中DOC、NH4-N 和DSi 含量在垂直剖面上的分布趋势相似，表现为随沉积深度增加其含量也逐渐增大，到一定深度后，除了乌江渡水库中DSi 改为随沉积深度增加而略微减小外，其余都趋于稳定。NO3-N、NO2-N 和PO4-P 的剖面分布特征也相似，表现为：最大值出现在界面处，随着沉积深度增加其含量逐渐减小，到一定深度后也趋于稳定。表层沉积物间隙水中溶解性生源要素含量存在比较明显的季节性变化，一般表现为：夏季、春季??冬季。通过沉积物-水界面生源要素扩散通量的计算，结果表明：沉积物是上覆水体中DOC、DSi、PO4-P、NH4-N 和NO2-N 的"源"，NO3-N 的"汇"。沉积物-水界面生源要素的扩散通量存在着季节性变化，NH4-N 和DSi 界面扩散通量表现为夏季??春季??冬季，PO4-P 和NO2-N 都表现冬季的扩散通量最大，夏季最低。NH4-N 和DOC 界面扩散对上覆水体的影响程度最大，其次是PO4-P。除了NO2-N 外，乌江渡水库界面生源要素的扩散通量及其对上覆水体的影响程度都比东风水库大。 4. 运用稳态箱式模型，对东风水库和乌江渡水库的生源要素输入和输出通量以及净通量进行了粗略估算。东风水库的各生源要素的净通量及其在总输入量中国科学院博士学位论文III- 5. 中所占比例分别为：TN 为-4844.4 tons y-1 和13.7%，TP 为-178.3 tons y-1 和54.7%，DSi（以SiO2 计）为-11453.4 tons y-1 和22.8%，DOC 为-1575.7 tons y-1 和20.0%；乌江渡水库的各生源要素的净通量及其在总输入量中所占比例分别为：TN 为-182.9 tons y-1 和0.4%，TP 为276.0 tons y-1 和49.5%，DSi（以SiO2 计）为-6560.6 tons y-1 和10.7%，DOC 为-1567.9 tons y-1 和12.4%。可见，除了乌江渡水库对P 的输送起着"源"作用外，两个水库对河流生源要素的输送都起着"汇"作用。两个水库对P、Si 和C 的输送影响较大，

而对N的影响较小。

6. 两个水库相比较，由于乌江渡水库营养程度比东风水库高，乌江渡水库沉积物－水界面附近生源要素的活化更新更强烈，补偿了一定的水库对生源要素的拦截扣留量，因此，从拦截扣留量看：东风水库＞乌江渡水库。但是从对下游河流的影响来看，无论是对生源要素含量还是浮游植物量，乌江渡水库的影响都大于东风水库的影响。这说明水库运行时间越长，其对河流生源要素生物地球化学循环的影响可能越大。