【摘 要】
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河流-河口系统是陆地与海洋物质循环的关键带。磷是重要生源要素,人类活动与气候变化显著影响河流磷向海输送的时序与量级,进而影响近海生态系统。本文基于2016-2018年九龙江河流出口磷形态的逐日观测、河流-河口大范围的季节性航次调查以及河口最大浑浊带(Estuarine Turbidity Maxima,ETM)全潮逐时观测,系统分析了亚热带典型河流磷输出的社会经济驱动与水文过程驱动两大机制,初步建
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河流-河口系统是陆地与海洋物质循环的关键带。磷是重要生源要素,人类活动与气候变化显著影响河流磷向海输送的时序与量级,进而影响近海生态系统。本文基于2016-2018年九龙江河流出口磷形态的逐日观测、河流-河口大范围的季节性航次调查以及河口最大浑浊带(Estuarine Turbidity Maxima,ETM)全潮逐时观测,系统分析了亚热带典型河流磷输出的社会经济驱动与水文过程驱动两大机制,初步建立基于磷与颗粒物关系的流域磷溯源方法,初步揭示电站水库以及河口 ETM两个界面对河流磷的调控机制。主要研究结果如下:(1)水文条件(流量)影响磷和悬浮颗粒物(Suspended Particulate Matter,SPM)外源输入与稀释效应的权重,进而控制年际输送和洪水事件的输送时序与量级。2016-2018年从丰水年经平水年至枯水年,九龙江北溪、西溪的颗粒态总磷(Total Particulate Phosphorus,TPP)占总磷(Total Phosphorus,TP)比例逐年下降,溶解态总磷(Dissolved Total Phosphorus,DTP)占TP 比例则逐年升高;溶解态无机磷(Dissolved Inorganic Phosphorus,DIP)占DTP的比例整体上呈降低趋势,溶解态有机磷(Dissolved Organic Phosphorus,DOP)占DTP 比例则出现了较大程度的增加。洪水事件贡献的SPM和磷通量占全年的比重高于其历时占比。在洪水事件中,高流量段的SPM、DIP、吸附态磷(Adsorbed Phosphours,AP)、颗粒态无机磷(Particulate Inorganic Phosphorus,PIP)、颗粒态有机磷(Particulate Organic Phosphorus,POP)浓度及通量均高于低流量段,与地表冲刷作用有关,DOP浓度及通量则为高流量段低于低流量段,与稀释作用有关。高流量段(洪水事件对应退水段)SPM和磷的流量加权平均浓度及通量一般高于低流量段(洪水事件对应涨水段)。DIP除来自地表径流和上游污染输入外,还存在地下水输入,随着前期降雨指数(Antecedent Precipitation Index,API)的增加,暴雨产流机制由超渗产流转变为饱和产流,壤中流和地下径流为河流补给DIP,使洪水事件中DIP的流量加权平均浓度上升。DOP多来自地表,受前期降雨径流的冲刷,即API越大,DOP的流量加权平均浓度越小。(2)受土地利用类型的影响,各河段磷浓度、形态及结构特征各有差异,可用TPP与SPM比值、POP占TPP的比例和DIP占DTP的比例在一定程度上反映磷的不同来源。当TPP:SPM<2.0μg.mg-1、POP/TPP<20%时,河流中的磷主要来自农业地表径流和污水;当TPP:SPM<2.0μg.mg-1、POP/TPP≥20%时,主要源自水土流失(DIP/DTP:80%-90%)和农业径流(90%-100%)。当 TPP:SPM≥2.0μg.mg-1、POP/TPP<50%时,河流中的磷主要来自高强度农业径流(<80%)、农业径流(80%-100%)和污水(80%-100%);当 TPP:SPM≥2.0 μg.mg-1、POP/TPP≥50%时,河流中的磷主要为自生磷(<80%)或来自污水(80%-100%)。高强度农业河段、城镇河段和混合河段表现为“磷源河段”,且城镇河段是最强的磷源(209.6 mg P.ha-1.d-1),水库河段则表现为“磷汇河段”。丰水期,水库河段Kd值高,溶解态磷更易被生物利用转化为颗粒态磷(POP为主),同时较长的水力停留时间有利于颗粒态磷的沉降,因而水库河段“汇”磷能力丰水期(绝对值:92.1 mg P.ha-1.d-1)高于枯水期(绝对值:23.2 mg P.ha-1.d-1)。(3)河口对河流输入磷的响应主要发生在淡咸水交汇的ETM界面,磷的添加、去除和磷解吸与潮周期水文条件变化有关。表底层水的颗粒态磷浓度与形态结构随发生潮周期变化,而溶解态磷浓度则相对稳定。涨潮时,高盐度海水在一定程度上促进了颗粒态磷的解吸,同时底质再悬浮引起SPM增大,使得单位含量颗粒物上的TPP低于落潮。大潮时ETM的磷以沉积物释放为主要来源,小潮时以河流输入为主。ETM磷转化特征是:潮差较大时表现为TPP的去除,主要为PIP、POP的去除和AP的添加;潮差较小时表现为TPP的添加,主要为AP、PIP的添加和POP的去除。大潮时盐度增加伴随的磷解吸作用大于小潮,表现明显的河口混合区磷缓冲特征。
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