三峽水庫不同運行狀態(tài)下碳氮分布特征與來源解析研究.pdf

1、三峽水庫蓄水后，庫區(qū)內(nèi)干流的水文特性發(fā)生了重大變化。對水體中生源要素輸運的影響主要體現(xiàn)在4個方面：強動力條件下的“河流侵蝕搬運作用”逐漸變成“湖泊沉積作用”；水庫初級生產(chǎn)能力提高，自源有機物的貢獻增加；水體分層等“湖沼學(xué)反應(yīng)”；水庫的調(diào)度運行使得庫區(qū)水域呈現(xiàn)一定的周期性時空變化。盡管自2010年達到正常蓄水水位以來三峽水庫已完成了數(shù)個完整的周年水位變化過程，但三峽水庫目前仍處于生態(tài)系統(tǒng)重建過程，碳氮遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律仍具有不確定性。為進一步揭

2、示三峽水庫碳氮遷移轉(zhuǎn)化特征及其對水庫運行的響應(yīng)，本文對夏季低水位運行期、冬季高水位運行期三峽水庫水體C、N（顆粒態(tài)和溶解態(tài)）賦存形態(tài)與沉降通量開展野外原位研究工作，結(jié)合穩(wěn)定同位素源解析技術(shù)（Stable Isotopes Analysis in R模型），對不同形態(tài)C、N來源進行分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①三峽水庫水體中懸浮顆粒物濃度及其沉降通量夏季高，冬季低，自入庫斷面向下游呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。夏季，顆粒態(tài)碳（PC）、顆

3、粒態(tài)氮（PN）平均濃度分別為2.30±0.63mg/L，0.52±0.39 mg/L，它們的沉降通量分別為102.2±75.6 g?m2?d-1，9.8±6.7 gm2d-1。冬季，PC、PN濃度分別為0.35±0.35 mg/L，0.04±0.02 mg/L，該期間它們的沉降通量分別為2.91±4.50g?m2?d-1，0.15±0.20gm2d-1。②夏季三峽水庫溶解態(tài)碳（DTC）的濃度均值為50.72±2.24 mg/L，低于冬季

4、的61.84±3.09mg/L，各點位并未呈現(xiàn)出顯著差異。溶解態(tài)氮（DTN）以硝態(tài)氮（NO3-）為主要賦存形態(tài)，夏季 DTN和 NO3-的濃度分別為1.75±0.33 mg/L和1.23±0.65 mg/L，冬季DTN和NO3-的濃度分別為1.59±0.13 mg/L和1.34±0.15mg/L。③根據(jù)水庫縱向分區(qū)特點，湖泊區(qū)（奉節(jié)以下河段）PC、PN以細顆粒（<10μm）為主要賦存形態(tài)，而庫區(qū)中段（涪陵至萬州段）PC、PN以粗顆粒（>

5、50μm）為主要存在形態(tài)。冬季，PC在朱沱和寸灘集中于<30μm的粒徑范圍；而在過渡區(qū)和湖泊區(qū)（忠縣以下河段）集中于<10μm的粒徑范圍。PN在全河段集中于<10μm的粒徑范圍。降雨徑流條件改變是上述變化的主要原因。結(jié)合流式細胞術(shù)對水體中浮游植物、異養(yǎng)菌的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，夏季外源營養(yǎng)物質(zhì)充足，有利于異養(yǎng)細菌直接利用大量繁殖。而冬季外源物質(zhì)輸入較少，需要依靠浮游植物自源產(chǎn)生營養(yǎng)物質(zhì)，異養(yǎng)細菌的繁殖受到制約。浮游植物、異養(yǎng)細菌相對變化對PC、

6、PN的粒徑分布亦有顯著影響。④對顆粒態(tài)有機質(zhì)（POM）的C、N穩(wěn)定同位素分析發(fā)現(xiàn)，夏季水體δ13CPOM和δ15NPOM的變化范圍分別是-28.22‰~-25.12‰和-0.38‰~9.04‰，冬季則分別為-27.43‰~-20.14‰和0.21‰~10.91‰。源解析分析，對于多數(shù)點位，陸源C3植物的土壤是POM的主要來源。不同水庫運行狀態(tài)下并無顯著差異。對于4種不同來源，多數(shù)點位呈現(xiàn)了統(tǒng)一變化特征，C3植物>藻類>大型水生植物>C4

7、植物。夏季，上游大流量的來水和干燥陡峭的河岸有利于三峽水庫的岸邊土壤侵蝕發(fā)生。冬季水位上升使得消落帶被淹沒，生源要素以消落帶釋放的溶解態(tài)為主。⑤不同水庫運行期，硝態(tài)氮中的15N穩(wěn)定同位素含量比重（δ15N-NO3-）變化范圍較小，僅為4.82‰~6.61‰；且同其他水體相比，硝態(tài)氮中的18O穩(wěn)定同位素含量比重（δ18O-NO3-），也相對維持在較低的水平（-4.88‰~4.74‰），尤其是冬季。源解析表明，不同水庫運行狀態(tài)下，硝態(tài)氮來源

8、并未呈現(xiàn)出顯著區(qū)別，土壤氮是硝酸鹽氮的主要來源，大氣沉降貢獻最少。對表層水體δ15N-NO3-和底層沉降物δ15NPOM的相關(guān)性分析表明，夏季表層水體的δ15N-NO3-直接轉(zhuǎn)移至底層沉降物的δ15NPOM，這可能是因為水位低、水力停留時間短、流態(tài)復(fù)雜等因素。而相關(guān)性分析表明，冬季水體的δ15N-NO3-只能轉(zhuǎn)移至同一水層沉降物的δ15NPOM，在進一步的沉降過程中，氮素特征會發(fā)生轉(zhuǎn)變，這可能是因為水位高、水力停留時間長和水環(huán)境穩(wěn)定等因