三峡库区澎溪河与磨刀溪水华程度差异的机理研究

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三峡水库蓄水以来,库区众多支流库湾发生水体富营养化,部分支流回水区甚至暴发了较大规模的水华现象,且水华暴发呈现出时间提前、频次增多、范围扩大之势,严重影响了库区的水环境质量。位于三峡库区北岸的一级支流澎溪河,是库区水华暴发最频繁的支流之一,而与澎溪河毗邻的、位于库区南岸的一级支流磨刀溪,却鲜有水华报道。当前对澎溪河的研究主要从富营养化、浮游动植物时空分布及水体分层等几方面展开,对磨刀溪的研究主要集中在重金属污染、生物群落结构等几方面,鲜有学者对两条河水华暴发差异进行研究。因此,本研究对澎溪河与磨刀溪的水文水质特征进行持续动态监测,旨在掌握两条河流水文及营养物质特征,并通过对比两条河的营养差异,探寻澎溪河与磨刀溪水华暴发程度不同的主要环境控制因子,为进一步研究三峡水库支流水华的防控措施提供一定的理论依据。本研究于2018年11月开始,至2019年10月结束,对澎溪河、磨刀溪流域按月采集水体、底泥和消落带样品,对样品进行检测和分析。得到以下结果:(1)在水华高发期,澎溪河Chl-a浓度显著高于磨刀溪(p<0.05),澎溪河3-6月暴发水华,Chl-a浓度最高达到148.96μg·L-1;磨刀溪全年无水华暴发现象,Chl-a浓度最高仅为10.92μg·L-1。在水平空间维度上,澎溪河水华高发期上游Chl-a浓度显著高于下游(p<0.05),磨刀溪上下游Chl-a浓度无显著差异。(2)澎溪河最适宜水华暴发的水温约25℃。磨刀溪水温分层现象与澎溪河无显著差异,水温分层不是水华暴发的限制性因素。pH、DO含量的升高是澎溪河水华暴发产生的响应结果,不是影响水华暴发的因子。澎溪河水体Cond显著(p<0.05)高于磨刀溪,猜想是水体中除氮磷以外的其他种类离子和不同浓度造成的。(3)澎溪河、磨刀溪TN、TP浓度均无显著差异,TN、TP不是水华暴发的重要限制性因素,也不是这两条河水华暴发差异的关键所在;春夏季氨氮含量的不同是两条河营养盐含量最主要的差别,也是影响水华暴发程度差异的因子之一。(4)澎溪河DTN、DTP占比从春季到夏季持续降低,一方面是外源营养的输入导致TN、TP和颗粒态氮磷含量升高;另一方面浮游植物对溶解态氮、磷的吸收转化,造成水体DTN、DTP含量占比的降低。春夏两季,澎溪河、磨刀溪TN调控水体营养结构的作用大于TP;秋冬两季澎溪河、磨刀溪TP取代TN成为调控水体营养结构的主要因素。(5)澎溪河Zn离子浓度均值为0.042 mg.L-1,磨刀溪Zn离子浓度均值为0.056mg·L-1;澎溪河Zn与Chl-a呈显著负相关(p<0.05),磨刀溪Zn离子浓度与Chl-a无显著相关性,猜想澎溪河、磨刀溪水华季水体Zn离子浓度的不同是其水华暴发差异的原因之一。(6)澎溪河、磨刀溪底泥中TN平均含量分别为1.11g·kg-1、1.03g·kg-1,TP平均含量分别为0.82g·kg-1、0.73g·kg-1,有机质为36.68g·kg-1、30.26g·kg-1,澎溪河底泥有机质含量和氮磷营养均高于磨刀溪,澎溪河水华消逝后藻体沉降至底泥逐渐分解导致底泥和有机质含量的升高和积累是原因之一,伴随着底泥有机质和氮磷营养的不断积累,澎溪河水华会愈演愈烈。(7)澎溪河、磨刀溪消落带沉积物有机质含量平均值分别为68.41 g·kg-1、66.71g·kg-1,有机质含量均随淹水时间的增加而升高,相较于底泥有机质含量,消落带有机质含量偏高;澎溪河消落带沉积物厚度显著大于磨刀溪,说明澎溪河水土流失程度大于磨刀溪,这是两条河氨氮营养盐出现显著差异的原因之一。
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