论文部分内容阅读
三峡大坝建成蓄水之后，部分支流水域呈现富营养化现象，并暴发不同程度的水华。针对典型支流富营养化问题已经进行了大量的研究。作为水体富营养化的物质基础，氮营养盐是富营养化问题研究的重点之一，尤其是氮营养盐的来源研究。关于三峡水库典型支流氮营养盐来源研究，已取得一定成果，目前主要防治点源和非点源污染，但已有相关研究表明，干流水体倒灌输入是三峡水库典型支流氮营养盐主要来源之一，因此有必要深入探讨分析干流倒灌输入对支流氮营养盐补给作用。 本论文以三峡水库典型支流香溪河库湾为研究对象，对香溪河库湾水流、水环境进行持续一年的监测。通过现场原位监测和室内水化学分析实验，分析了香溪河库湾主要营养盐时空分布特性。基于天然稳定氮同位素示踪技术，分析香溪河库湾分层异重流特性，定量分析不同形式分层异重流背景下，长江干流、库湾上游径流对香溪河库湾氮营养盐的贡献，为三峡水库富营养化的防控提供数据支撑和理论依据。通过监测及数据统计分析，得到如下初步结论： （1）以XX06为库湾上下游分界点，香溪河上游点位DTN、DTP平均浓度与源头接近，而下游点位DTN、DTP平均浓度则与长江干流接近，说明香溪河库湾上游营养盐浓度分布和上游来流有着密切关系，下游营养盐浓度分布则受长江干流影响更大。根据主要营养盐浓度沿程分布可知，香溪河库湾DTN浓度沿程增加，而DTP浓度沿程减小，表明库湾氮营养盐的空间分布主要受长江干流影响，而磷营养盐空间分布受上游来流影响更大。 （2）通过各类营养盐与叶绿素a之间的pearson相关性分析可知，三组实验中叶绿素a浓度与DTN、DTP、NH4+-N、N03--N浓度基本呈现负相关，且与氮营养盐相关性高于磷营养盐相关性。2015年8月20日实验中CJXX、XX06表中底及YT水体中叶绿素a与N03--N浓度均呈显著负相关性，XX06底与YT水体中叶绿素a与HN4+-N浓度呈极显著负相关性；2015年11月15日、2016年3月20日实验中各点位水体中叶绿素a与 HN4+-N、N03—-N浓度大部分呈极显著负相关性。数据说明三组实验中叶绿素a与各类氮营养盐浓度变化具有极显著相关性。 （3）2015年8月20日实验CJXX、XX06表中底和YT中优势藻种分别为栅藻、小球藻、双菱藻、新月藻和肾形藻，所有优势藻种丰度与 DTN浓度变化都呈现显著负相关性，其中XX06底层水体中优势藻种丰度与NH4+-N呈显著负相关，YT水体中优势藻种与N03--N浓度变化呈极显著负相关。2015年11月15日实验CJXX、XX06表中底和YT中优势藻种分别为小球藻、肾形藻、舟形藻、小环藻和小球藻，所有优势藻种丰度与氮营养盐都呈负相关性，但相关性系数没有第一组实验大。2016年3月20日CJXX、XX06表中底和YT中优势藻种分别为小球藻、新月藻、栅藻、舟形藻和肾形藻，其中XX06表、中层水体中优势藻种丰度与N03—N呈显著负相关性。 （4）由三组实验优势藻种对不同氮盐吸收动力学参数可知，小球藻、栅藻、双菱藻、新月藻、肾形藻和小环藻对NH4+-N具有较高亲和力，当NH4+-N浓度充足时，对N03—N的转运效率较低，而舟形藻则对N03—N表现更有亲和力，但当NH4+-N充足时，仍对NH4+-N具有较高最大吸收速率。 （5）藻类生长过程中硝氮和氨氮浓度持续下降，同时藻细胞个数持续增加，当氨氮吸收速率较大时，藻细胞保持较高增长速率。结合氮营养盐吸收动力学计算结果可知，CJXX、XX06表中底和 YT中优势藻种对氨氮最大吸收速率均高于硝氮最大吸收速率。除了 XX06底层水体中舟形藻对硝氮具有较高亲和力，CJXX、XX06表、底和YT水体中小球藻、新月藻、栅藻和肾形藻均对氨氮亲和力更高，由此可知原位水室内实验中出现的大部分优势藻种更易利用氨氮进行生长，当氨氮充足时，氨氮吸收速率普遍高于硝氮吸收速率，硝氮吸收量较小，对硝氮转运效率较低。当氨氮浓度较低无法满足藻体生长时，硝氮吸收速率变大。实验期间，硝氮浓度持续高于氨氮浓度，表现为硝氮过量，氨氮为限制因子。 （6）由于长江干流水体中氮营养盐浓度较高，且通过倒灌异重流对香溪河库湾水体贡献量较大，2015年11月15日及2016年3月20日长江干流对香溪河库湾表、中、底层水体中氮营养盐贡献率均高于库湾上游径流贡献率，数据说明香溪河库湾水体中大部分氮营养盐都来自于长江干流倒灌。由于降雨等天气原因，雨水携带沿岸含氮污染物流入上游径流，上游径流以顺坡异重流形式汇入香溪河库湾，因此2015年8月库湾上游径流对香溪河库湾中、底层水体中氮营养盐贡献率大于长江干流。 （7）通过氢氧同位素示踪技术研究可知，2013年3月、8月及11月长江干流对香溪河库湾水体贡献率均高于库湾上游径流贡献率，且长江干流对香溪河库湾氮营养盐贡献率也高于库湾上游径流贡献率，由此验证香溪河库湾水体大部分来自长江干流倒灌作用，且大部分氮营养盐同样来源于长江干流。通过对2015年8月、11月及2016年3月不同来源水体对香溪河库湾氮营养盐贡献量比较可知，长江干流对香溪河库湾氮营养盐贡献量呈年益增长趋势。