三峡水库蓄水以来氮、磷营养盐时空变化特征研究

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氮、磷循环是流域地球生物化学循环不可或缺的一部分。河流中的氮、磷营养盐特征决定了水域的健康与安全以及水环境的稳定与平衡。大坝蓄水拦截破坏了氮、磷营养盐变化的连续性,对河流中氮、磷营养盐的输移会产生重要影响。当前,世界范围内关于水库的氮、磷等营养物质的研究一直是热点。三峡进库氮、磷等营养盐的变化是长江上游水质特征的体现之一,出库氮、磷等营养盐的特征则影响着长江中下游水环境的健康。因此,弄清蓄水以来三峡水库进、出库水体的氮、磷特征是十分必要的。本文以三峡水库为对象,选取2003年至2015年作为研究时段,收集了硝酸盐氮(NO3-N)、亚硝酸盐氮(NO2-N)、氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)、总磷(TP)等逐月水质数据,同时结合径流、泥沙数据,较为完整地研究了三峡蓄水以来的13年间不同形态的氮、磷营养盐进出库的浓度及通量时空变化特征,研究主要得到以下结论:(1)朱沱、寸滩、清溪场、黄陵庙断面溶解态无机氮(DIN)浓度年均值大于1.0mg/L,总氮(TN)浓度年均值大于1.5 mg/L。四个断面TN、DIN年均浓度具有逐年增加的趋势。2003年—2015年朱沱、寸滩、清溪场断面TN、DIN通量沿程增加,累积性显著;时间上具有周期性,汛期通量大,非汛期通量小。(2)2003年—2015年间,朱沱、寸滩、清溪场、黄陵庙断面的溶解态无机氮(DIN)中三氮所占比重依次为硝酸盐氮(NO3-N,91%)、氨氮(NH4+-N,8%)、亚硝酸盐氮(NO2-N,1%)。水体溶解态无机氮(DIN)中硝酸盐氮(NO3-N)占绝对优势。2003年—2015年,朱沱、寸滩、清溪场TN与DIN之间存在正相关,但黄陵庙TN与DIN不具有相关性。四个断面TN与流量之间不存在显著的相关关系。朱沱、寸滩、清溪场断面NO3-N、NO2-N、NH4+-N浓度之间正相关性显著;寸滩、清溪场断面NH4+-N浓度与流量之间具有显著正相关。黄陵庙断面NO3-N浓度峰值与流量峰值存在2个月的滞后相关。(3)三峡干流水体的总磷(TP)中,颗粒态总磷(TPP)占绝大部分。TPP与TP时空变化特征相似,TDP与TPP时空变化特征不同。朱沱、寸滩、清溪场断面的TP、TDP、TPP通量亦呈现沿程累积的特征,且在时间上存在显著的周期性规律,汛期通量大,非汛期通量小。朱沱、寸滩、清溪场、黄陵庙断面TP、TPP浓度与含沙量的相关性好于流量,且TPP受含沙量的影响更大。;TDP与含沙量的相关性差,但与流量存在显著负相关。三峡库区“磷汇”效应显著。以2006年为例,三峡水库对总磷的截留量为5.5×104 t,拦截率高达70%以上。对三峡水库的入库总磷量贡献最大的是来自上游的总磷。(4)2003年—2015年黄陵庙氮磷比(TN/TP)年均值大于朱沱、寸滩、清溪场三个干流断面。朱沱、寸滩、清溪场断面氮磷比(TN/TP)沿程没有显著变化。朱沱、寸滩、清溪场断面氮磷比(TN/TP)年内波动大,季节性显著;黄陵庙断面氮磷比(TN/TP)年内变化则相对平稳。三峡水库显著改变了黄陵庙断面的氮磷比(TN/TP),库区下泄水体氮磷比的变化受水库拦沙的影响,这可能会对下游水生生态系统产生重要影响。
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