三峡库区支流富营养化限制因子的解析 ——以御临河为例

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水体富营养化是日益严重的全球性环境问题,严重影响着人们的生产生活。而控制水体富营养化的关键是找到其限制因子,通过对限制因子的精准调控才能实现对富营养化的有效治理。目前普遍认为,氮、磷营养盐的过量输入是造成水体富营养化的根本原因,且多项研究表明,受当地自然环境的影响,富营养化现象具有时间差异性和空间差异性,不同地区、不同时间要分别探究。受三峡大坝调控的影响,三峡库区水动力条件复杂,对支流水体富营养化水平可能带来潜在影响,因此,探究在特殊水动力条件下水体富营养化限制因子的响应对三峡库区富营养化的治理至关重要。本研究以三峡库区支流御临河为研究对象,于2018年每月对营养盐浓度、水动力条件和富营养化水平等进行监测,分析了御临河浮游植物生长与富营养化水平及环境因子的响应关系,然后在御临河河口处进行浮游植物生长营养盐限制实验,为御临河有害藻华的治理提供理论依据。在营养盐限制实验的基础上,通过室内模拟的方法进一步解析了水动力条件在内源磷释放中的作用。主要研究结果如下:(1)整体来看,御临河2018年处于轻度富营养化水平,泄水期富营养化水平略高于蓄水期,且在蓄、泄水的过渡期,综合营养状态指数和浮游植物生物量(Chl-a)均有所下降,相关性分析表明,叶绿素a浓度与流速、流量均呈显著负相关关系,御临河监测断面流场图也表明在这一时期水动力条件较为复杂,这说明复杂水动力条件利于抑制浮游植物的生长。(2)在营养盐限制实验中,单独添加氮或磷营养盐并不能显著促进浮游植物的生长,浮游植物生物量最高时分别为初始值的1.8倍和2.3倍;氮、磷共同添加组中浮游植物生长明显,浮游植物生物量最高时分别为初始值的5.7倍和8.2倍。实验结果表明,御临河富营养化由氮和磷共同限制,且磷是主要的限制因子;当硝酸盐浓度在0.95 mg·L-1、磷酸盐浓度在0.22mg·L-1以下时,有望控制浮游植物的生长速率。(3)水动力条件促进了沉积物向上覆水的内源磷释放过程,但存在一系列的磷酸盐缓冲机制对其固定化,不会加重上覆水体中的磷酸盐负荷。主要机制包括:在溶解氧参与下铁氧化物和磷酸盐的结合、水生生物(浮游植物、微生物等)对磷酸盐的吸收利用、再悬浮沉积物(SS)对磷酸盐的吸附等,且在不同紊动响度下各种机制发挥的作用有所不同。当紊动强度较高时,再悬浮颗粒物(SS)对磷酸盐额吸附为主要去除机制;当紊动强度较低时,在溶解氧的参与下铁氧化物和磷酸盐的结合以及生物生长吸收利用为主要去除机制。因此,在水动力条件下,沉积物内源磷释放不会加重上覆水体中磷酸盐负荷。
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