【摘 要】
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三峡水库自蓄水以来,水库干支流水体水文特征发生了重大变化,水流速度减缓、滞留时间变长,导致营养盐滞留,水华频发事件(干流及支流如澎溪河等)多有报道。目前的研究多针对于水华期间藻种演替情况,藻类和营养盐、溶解氧等环境因子间的相关性,水华预测及防治等。对于水华期间浮游植物和温室气体通量之间的关系以及藻类光合固碳效应的研究较少。为此,本文通过在澎溪河回水区进行原位监测,分析研究区域水华期间浮游植物生物量
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三峡水库自蓄水以来,水库干支流水体水文特征发生了重大变化,水流速度减缓、滞留时间变长,导致营养盐滞留,水华频发事件(干流及支流如澎溪河等)多有报道。目前的研究多针对于水华期间藻种演替情况,藻类和营养盐、溶解氧等环境因子间的相关性,水华预测及防治等。对于水华期间浮游植物和温室气体通量之间的关系以及藻类光合固碳效应的研究较少。为此,本文通过在澎溪河回水区进行原位监测,分析研究区域水华期间浮游植物生物量以及水体不同形态碳指标变化情况,然后根据野外监测情况于澎溪河回水区开展原位受控实验以及在室内采用连续流反应器进行水华过程模拟实验,分析研究不同营养盐和光照条件下的水华生物量及水体碳源汇特征,最后结合生态动力学模型对野外水华期间藻类光合固碳强度进行了统计分析。本研究获得如下主要实验结果:(1)通过对三峡水库澎溪河回水区3次水华期间的连续监测,发现:(1)各水华期间水体水温、溶解氧(DO)、p H和碱度受外界气象条件影响显著,水体总氮(TN)、总磷(TP)浓度远超富营养化发生标准,其中,硝态氮(NN)和磷酸盐(PO43-)为水体氮(N)、磷(P)主要形态,氨氮(AN)是水体浮游植物优先吸收利用的无机氮形态,研究期间水体营养盐浓度变化受到区域输入输出以及水体微生物作用等多种机制的影响。(2)水库不同运行状态下的溶解性无机碳(DIC)与溶解性有机碳(DOC)、颗粒碳有机碳(POC)浓度存在显著差异;受到藻类生物驱动作用以及水库运行状态影响,4、5月份的二氧化碳(CO2)均值表现为“碳汇”,6月为“碳源”,甲烷(CH4)始终表现为“源”特征,主要和水库水位以及水华藻类光合作用过程相关。(2)水华期间原位受控实验结果表明:营养盐和藻类生长密切相关,投加适量的氮磷营养盐会对藻类生长繁殖有明显的促进作用;光照强度越大,其Chl.a浓度就越高,当透光率为100%时为最大值。4、5月份实验期间,装置内水体随着营养盐浓度的变化,形成碳源汇之间的一种过渡情况,其中4月份0.05 mg·L-1-P组达到最大峰值-38.93 mmol·(m2·d)-1,5月份在第7 d时0.5 mg·L-1-N组达到最大碳汇值-33.66 mmol·(m2·d)-1。而6月份研究期间水体主要表现为大气CO2的源,并且0.15mg·L-1-N组装置内释放CO2通量远低于其他加N组;CH4排放通量始终表现为碳源。不同光照下4、5月份CO2通量均表现为碳汇,6月表现为碳源,均值分别为-10.12±19.05 mmol·(m2·d)-1、-16.68±14.99 mmol·(m2·d)-1和22.55±29.38 mmol·(m2·d)-1,且光强越大,CO2通量越小。(3)室内模拟实验中,适当的营养盐添加和光照促进藻类生物量的增加。不同营养盐和光照条件下Chl.a浓度均呈现先升高后降低的趋势,其中当N投加浓度为2.7 mg·L-1时反应器内藻类生物量最高,其促进藻类生长速率最大;当光照强度为1000 lux状态下反应器内的Chl.a含量在实验第4 d达到最高值,为274μg·L-1。CO2扩散通量总体上呈碳汇的趋势,CH4始终作为碳源。在N投加浓度为0.9 mg·L-1组CO2扩散通量均值最大,为-14.28±5.91 mmol·(m2·d)-1;当在光2组时碳汇效应最强,其CO2扩散通量峰值为-17.93 mmol·(m2·d)-1。(4)通过经典地海洋生长动力学模型结合水体碳体系变化过程进行分析发现:营养盐的添加显著影响力水体碳循环转化情况,当4月P投加浓度为0.15 mg·L-1时固碳强度达最大值1.62 g Cm-2d-1;不同光照条件下当透光率为100%时,水体中的碳体系各组分变化量最为明显,当5月份透光率为100%时而导致的固碳强度最大,为1.82 g Cm-2d-1(以C计)。野外受控模拟实验中:研究期间水体碳体系各参数与营养盐、光照强度之间均存在一定的相关性。PO43-与DIC和CO2通量呈显著负相关关系,和DOC、POC呈显著正相关关系。CH4通量和各营养盐之间相关性较低,主要是由于CH4通量的释放受到产甲烷菌以及水体有机底物的共同影响,其影响机制较为复杂。DIC和CO2通量与NO3-、NH4+、NO2-和PO43-四种营养盐均呈现负相关关系;光照主要表现为4、5月份与水体中DIC和CO2通量呈现显著负相关,而DOC、POC浓度则与光照强度呈正相关,而6月份DIC与光照呈正相关,而DOC和CO2通量与光照呈负相关关系。结合室内模拟实验方程发现,多元回归模型可以模拟野外水华期间叶绿素a的变化情况,拟合效果精度主要和藻类生长的营养盐以及外在环境条件有关。此外,以叶绿素含量拟合估算藻类固碳强度,所得结果与实测值较为符合,平均可决系数r2为0.8998。
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