运行期汉丰湖氮磷生态化学计量比与浮游植物群落特征研究

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三峡前置库汉丰湖正式运行后,水体由兼具湖泊、河流特征的特殊形态转变为湖泊形态,导致水体生物地球化学过程发生较大变化。汉丰湖位于三峡库区小江流域上游东南河交汇处,目的是为了减弱大面积的消落带对三峡库区水质的影响。其水文条件和生态环境特征十分特殊,2017年汉丰湖正式蓄水运行,三峡库区低水位运行时汉丰湖的水位控制在170.8 m(吴淞高程),常年高水位运行,水位变化、水动力条件和水力停留时间等与蓄水运行前相比发生了明显的变化。作为前置库在三峡库区的首次应用,加之其庞大的农业面源污染和城市生活污染压力、巨大的城市和人口承载,开展汉丰湖正式运行后生态化学计量比和指示浮游植物方面的研究,明确影响水体营养状态的关键因素对汉丰湖水环境保护乃至三峡库区具有相似特征的城市湖泊和库岸具有重要的参考意义。为此,在汉丰湖面设定7个采样点,其中HF1和HF7为湖体控制断面,HF2~HF6为支流来水控制断面。HF2为支流南河与头道沟交汇断面,HF3为支流东河断面,HF4为头道沟断面,HF5、HF6为支流南河断面。其中HF1、HF3、HF6、HF7为浮游植物监测点,于2017年1月~2018年12月对汉丰湖各点位分层采样,本文基于汉丰湖所监测的:水深(H)、温度(T)、pH、透明度(SD)、溶解氧(DO)总氮(TN)、总磷(TP)、可溶性总氮(DTN)、可溶性总磷(DTP)、可溶性无机氮(DIN)、硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)、正磷酸盐(SRP)和高锰酸盐指数(CODMn)等理化指标以及浮游植物种类、细胞密度和生物量等水生态指标,研究了汉丰湖正式蓄水运行以来营养盐分布特征、氮磷生态化学计量比特征以及指示浮游植物的动态。主要研究结果如下:(1)营养盐分布特征研究结果表明:汉丰湖上中下层水体垂直混合较均匀,营养盐浓度差异不显著(P>0.05)。正式运行后,2018年相较于2017年TN、DTN浓度小幅增长,涨幅分别为6.1%,9.3%,NO3--N浓度下降9.3%,TP浓度涨幅达38.5%,其余营养盐浓度变化不明显。汉丰湖磷盐主要来源于上游的南河和桃溪河,且大体呈现从上游镇东大丘至下游调节坝递减的趋势。各营养盐中,TP为汉丰湖藻类生长的决定性因子。(2)浮游植物研究结果表明:与水体营养状态相关度最密切的浮游植物由运行初期的隐藻、裸藻逐渐转变为隐藻、蓝藻、绿藻、裸藻,运行期间隐藻均占据主导地位,蓝藻、绿藻在正式运行后有逐渐成为主导藻类的趋势。营养盐中TP和NH4+-N浓度对于主导藻类群落贡献最高。(3)氮磷计量比研究结果表明:空间上,2017年DIN:SRP、NO3--N:SRP、NH4+-N:SRP、TN:TP、DTN:DTP均在HF3达到了最高,而各项氮磷计量比除TN:TP外均在HF6达到最低。两条主要入湖河流,南河HF5、HF6段下游的氮磷计量比略高于上游,东河HF3、HF7段下游氮磷计量比略低于上游。2018年DIN:SRP、NO3--N:SRP、NH4+-N:SRP均在HF5达到最高,其余点位明显低于HF5,TN:TP、DTN:DTP在湖体控制断面高于入湖河流断面,且大致呈现上游至下游比率逐渐增高的规律。时间上,2017年DIN:SRP和NO3--N:SRP全年呈波动态势,计量比较为稳定。NH4+-N:SRP除7、8月份异常外全年维持在1左右。TN:TP和1~8月波动降低,9~12月迅速增加,年末均值高于其余时段。2018年DIN:SRP和NO3--N:SRP 1~3急剧增加,再波动降低。NH4+-N:SRP除7月明显突出外,其他月份波动变化,年末相对较低。TN:TP和DTN:DTP 1~10月均波动降低,10~12月逐步增长。相对于2017年,2018年可调控各氮磷计量比的环境因子明显减少,H对氮磷计量比的影响大幅减弱,电导率和T对于氮磷计量比的影响相对较大,酸碱度对可溶性无机氮磷盐计量比影响较大。综上所述,运行期间后汉丰湖大幅削弱了水位波动,水动力条件稳定,氮盐总量小幅上涨,可溶性无机氮盐浓度小幅下降,磷盐总量增长明显,水体富营养指数随运行时间推移有上升趋势。富营养状态浮游植物呈现由裸藻向蓝藻、绿藻转变的趋势,且汉丰湖藻类对于TP、NH4+-N浓度较敏感。随着正式运行时间推移,驱动各氮磷计量比的环境因子逐步减少,H对氮磷计量比的影响大幅减弱,电导率和T对于氮磷计量比的影响相对较大,酸碱度对可溶性无机氮磷盐计量比影响较大。
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