三峡库区泥沙对磷迁移转化的影响

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:taicangliliang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
三峡水库运行以后,其生态环境变化受到国内外关注。磷是水生态系统初级生产力的限制性营养元素,是水体富营养化的重要原因。泥沙作为磷的有效载体,对磷具有较强的吸附性,其输移过程中耦合了物理、化学和生物等作用。磷在水沙间的迁移转化受到自然条件变化(泥沙理化性质、水动力条件等)和人类活动(水库调蓄等)的影响,从而使库区水沙中的磷呈现出明显的时空变化。另外,河流交汇口是研究磷在水沙间迁移转化的重要场所。河流交汇后,在水环境出现明显变化的情况下,磷在水沙间的平衡被打破,磷会在水沙间进行迁移,并伴随磷形态的转化。因此,研究磷在库区水沙间的迁移和形态变化,有利于深入理解库区磷的地球化学过程,为库区的生态环境保护和环境治理提供帮助。  为了探讨三峡水库蓄水后泥沙变化及其对磷迁移转化的影响,本研究选择整个三峡库区及其乌江口地区,分别在2014、2015和2016年采集表层水样、悬移质泥沙和沉积物样品,利用野外现场监测、室内水沙理化分析、泥沙磷形态提取、扫描电镜和X射线能谱分析等手段,对水沙理化性质、磷的赋存特征、磷在水沙间的迁移转化过程、影响因素及环境效应进行了研究,得到以下主要结果和结论:  1)三峡库区水体和泥沙的理化性质表现出明显的空间变化。从变动回水区到常年回水区,水体中的悬移质泥沙、Fe2+和Al3+浓度呈现下降趋势,同时沉积物中的泥沙粒径逐渐变小,这表明泥沙进入库区后发生明显的分选、凝絮和沉积过程。在垂向上,沉积物理化指标(尤其是泥沙粒径)表现出明显的周期变化,表明不同季节的泥沙来源具有明显差异。在乌江口地区,长江、乌江水体和泥沙的理化性质具有明显差异;两江交汇后,水沙理化性质出现明显变化,并在不同季节呈现出不同的变化特征。  2)库区沉积物中的磷呈现出明显的时空变化特征。时间上,三峡水库正式运行以来,库区沉积物中的总磷(TP)浓度出现明显升高:2014年以前,忠县至坝前消落带沉积物中的TP浓度升高幅度较大(平均升高415mg/kg);而在2014年以后,消落带沉积物中TP浓度的升高主要集中在重庆城区至万州段(升高幅度215mg/kg)。库区变动回水区沉积物中的生物有效磷(Bio-P)在年内不同季节会出现沉积分异,而常年回水区沉积物中Bio-P的沉积分异受季节的影响较小。空间上,沉积物中TP浓度在整个库区没有明显变化,而Bio-P浓度从库区变动回水区到常年回水区呈现出升高趋势。库区上游来沙中的Bio-P不容易沉积到变动回水区,而是进入到常年回水区中,并在常年回水区的沉积物中富集,从而使常年回水区中的Bio-P浓度偏高。在垂向上,表层30cm沉积物中的Bio-P浓度高于30cm以下沉积物中Bio-P的浓度。另外,计算了表层30cm沉积物中磷的蓄积量,发现库区水下沉积物中磷的蓄积量在忠县至秭归段较高,而消落带沉积物中磷的蓄积量在涪陵至奉节段偏高。  3)细颗粒的分布是影响泥沙中Bio-P空间变化的主要因素。对不同粒径泥沙中的元素分布和磷形态分析发现,库区泥沙中的细颗粒物聚集区是磷元素分布的主要区域。具体而言,库区常年回水区沉积物中Bio-P的浓度变化明显,沉积物中的Mnox、Alox和粉粒是Bio-P浓度变化的主要影响因素;而在变动回水区沉积物中,盐酸提取态磷(HCl-P)的浓度变化明显,沉积物中的Feox、Ca、pH和砂粒为HCl-P浓度变化的主要影响因素。在垂向上,沉积物中Bio-P的浓度变化主要受到细颗粒泥沙分布的影响。另外,库区水位调节会引起消落带沉积物的干湿变化,消落带的淹没、落干过程会引起沉积物中细颗粒物及其吸附的Bio-P的流失,从而使Bio-P在水下沉积物中出现富集。  4)在乌江口地区,TP在悬移质泥沙中的平均浓度(814mg/kg)低于其在沉积物中的平均浓度(944mg/kg),表明泥沙吸附了水体中的磷,并在乌江口下游出现沉积。长江和乌江交汇后,悬移质泥沙颗粒上的弱吸附态磷呈现出先迅速释放,然后快速吸附的过程。水中的溶解态磷倾向于向细颗粒泥沙(<8μm)上分配,尤其是当水中溶解态磷的浓度偏高时,细颗粒泥沙表面吸附的磷较多。乌江口水体处于氧化环境,吸附到泥沙表面的磷会进一步向金属氧化物结合态磷转化。同时,CaMg(CO3)2沉淀会促进泥沙中的弱吸附态磷向CaMg结合态磷转化。另外,乌江口泥沙中有机质δ13C和C/N值的变化表明,泥沙中的有机质组成发生明显改变,从而影响泥沙中有机磷的变化。  5)在室内模拟泥沙对磷吸附/释放实验的基础上,发现随着泥沙在乌江口地区的输移,泥沙对磷的吸附(P吸附)呈现出明显的波动性和周期性。泥沙对磷的吸附能力既受到水环境(SO42-、NO3-和pH值)变化的影响,同时也受到泥沙理化性质(Alox、Mn、Ca和Mg)的影响。研究期间(2015.11-2016.10),乌江口上游(长江和乌江)来沙量为0.559亿t,这些泥沙可以吸附水中4080t磷。粒径>16μm的泥沙易于滞留在库区中,这部分泥沙中Bio-P的释放应当引起关注。另外,随着库区上游来沙的进一步减少和泥沙中磷释放比例的增加,库区水体中磷浓度可能会呈现升高趋势。
其他文献
林业有害生物是我国主要的森林灾害之一,每年都有大面积的发生,造成巨大的经济与生态损失。人工地面调查是森林病虫害等生物灾害不可替代的监测手段,具有无法实现全覆盖监测、成
雪灾是高寒地区主要自然灾害之一,严重影响当地居民生产生活。近年来,全球气候变化引起的局部地区温度、降水波动,加剧了雪灾发生规模和频率的不稳定性。江河源区地理及生态环境
等高线是地图的重要组成部分,被设计来近似的表达地形变化特征,成为地质勘探、气象、旅游开发等领域重要的成果表达图件。同时,随着对地观测、激光雷达技术的发展,使得多尺度
我国经济体制的快速转型直接催化了经营城市理念的产生,它要求城市政府必须遵循市场经济规律用好用活其现有的各种资源或资产。土地作为一种兼具资产与资源特性的特殊商品,在我
空间数据不确定性理论是一项国内外普遍关注的前沿性研究课题,与空间数据结构、空间关系等共同构成GIS的基本理论体系。其中有关空间数据不确定性表达模型的研究被认为是需要
城市土地利用存在于特定的城市社会经济发展的阶段,不同的社会、经济发展水平以及意识形态都对城市土地利用形式有不同的影响。1990年开始的城市土地使用制度改革以来,伴随着经
经济快速发展地区土地利用变化相当急剧,城市化、工业化等重要过程威胁着城市生态系统的稳定和安全。生态破坏和环境污染损害的是人类生存与活动所依赖的自然支持系统,直接危及
名胜组景作为中国独特文化精神的象征,是城市从古至今的普遍存在的文化现象,现今多称为八景现象,是一类传播影响较为广泛的文化现象,起初只是传播于汉文化圈,而后逐渐扩散到亚洲其
森林生态系统土壤呼吸在全球碳循环中扮演着重要的角色。在森林普遍分布的山区,森林分布在不同的海拔梯度上,海拔的变化引起的环境要素的变化将会在很大程度上影响土壤呼吸沿海
随着生态旅游在我国的迅速发展,旅游需求与生态保护之间的矛盾日益突出。如何在提供尽可能高质量的游客体验的同时保证环境的可持续发展,这就使得对生态旅游游客,特别是生态旅游