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梯级筑坝下小型山区河流水体碳氮磷的时空特征及富营养化风险

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湖泊科学 2022年第6期34卷 1949-1967页

作者：阙子亿王晓锋袁兴中吴胜男余乐乐李航张媛媛王继龙长江上游湿地科学研究重庆市重点实验室重庆401331 三峡库区地表生态过程野外科学观测研究站重庆405400 重庆师范大学地理与旅游学院重庆401331 重庆大学建筑城规学院重庆400030

梯级筑坝对河流水环境演化的影响是国内外关注的热点.小型山区河流高密度梯级开发对水体生源要素的空间格局以及水环境演化的累积影响特征尚不清楚.以重庆市五布河为研究对象,对流域内8个“河流—水库—下泄水”交替系统中表层水体理化... 详细信息

梯级筑坝对河流水环境演化的影响是国内外关注的热点.小型山区河流高密度梯级开发对水体生源要素的空间格局以及水环境演化的累积影响特征尚不清楚.以重庆市五布河为研究对象,对流域内8个“河流—水库—下泄水”交替系统中表层水体理化因子及碳(C)、氮(N)、磷(P)形态组成进行季节性监测,探讨了梯级筑坝对小型河流生源要素空间格局及水体富营养化风险影响的累积特征及驱动机制.结果表明:梯级水电开发对五布河流域水生生境和生源要素空间分配的影响具有潜在的累积效应,各库区水体碳氮磷浓度均呈逐级增加的空间规律;水库段的有机碳及不同形态的氮、磷浓度均高于入库河流,因此水体养分浓度呈现出河段尺度(即单个河流—水库—下泄水系统)和流域尺度(即上游至下游)耦合的空间变异模式.上游水库中溶解性氮、磷的再释放及下泄输移能够补给下游库区,加之下游水库泥沙对氮、磷的吸附—沉积作用的减弱,导致水体氮、磷总量及溶解性氮、磷的占比沿程增加,呈现梯级筑坝对水环境演化的累积影响.梯级筑坝影响下河流碳氮磷总量的相关性减弱,而溶解性养分间的相关性增强,形成了特殊的养分协同演化;水库群之间水力滞留时间的差异与水体碳氮磷浓度具有较好的线性关系,是影响流域养分分配的关键因素.五布河流域水体均为高富营养化风险,由于梯级筑坝下水体溶解性养分的逐级增加,下游水库水华风险更大;水力滞留时间与水体富营养化指数及叶绿素a浓度呈显著正向关,结合氮磷比特征的分析,本研究认为外源磷输入控制及水力滞留时间的调节是五布河梯级水库富营养化防控的有效途径.

关键词：梯级筑坝山区河流碳、氮、磷浓度时空变异富营养化评价五布河

梯级筑坝对高原河流浮游植物动态变化的影响因素分析

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梯级筑坝对高原河流浮游植物动态变化的影响因素分析

作者：杨波贵州师范大学

学位级别：硕士

浮游植物作为水体富营养化以及生境变化的评价基础,群落结构的动态变化可以直接有效对水质起到指示作用,为流域的水生境治理问题提供理论依据。贵州因其特殊的高原喀斯特地貌,使得其河流、湖泊众多,水资源丰富,水位落差相对集中且多为... 详细信息

浮游植物作为水体富营养化以及生境变化的评价基础,群落结构的动态变化可以直接有效对水质起到指示作用,为流域的水生境治理问题提供理论依据。贵州因其特殊的高原喀斯特地貌,使得其河流、湖泊众多,水资源丰富,水位落差相对集中且多为山地地形,适宜水利水电工程的开发,因此沿着河流建设有许多连续的大型梯级水库用于蓄水、发电。为了探究北盘江流域梯级筑坝对其水生境中浮游植物动态变化的影响,分别于2020年10月、2021年4月、2021年7月、2021年12月、2022年5月和2022年7月对光照水库、马马崖水库、董箐水库以及多个河流段点位进行采样调查,研究结果表明:1.北盘江流域共鉴定到浮游植物7门70种(属),河流段鉴定到浮游植物7门62种(属),水库区域鉴定到浮游植物7门66种(属);河流段以绿藻门、硅藻门为主,水库区域绿藻门、蓝藻门、硅藻门物种相对较多。鼓藻、舟形藻、梅尼小环藻、隐藻为三个时期共有优势藻种,梅尼小环藻为河流段和水库区域共有优势藻种,且优势度相对较高。三个时期浮游植物平均生物量呈现丰水期>平水期>枯水期,水库区域浮游植物生物量显著高于河流段,硅藻门生物量贡献率相对较高。2.北盘江流域共归类出24个功能群,分别为B、D、E、F、G、H1、J、K、LM、Lo、M、MP、N、P、S1、SN、T、TC、W1、W2、X1、X2、X3、Y,其中河流段有22个,水库段有23个。调查期间共归类出有14个优势功能群,河流段有11个优势功能群,分别为B、D、F、J、Lo、MP、N、P、S1、X1、Y;水库段有13个优势功能群,分别为B、D、E、F、G、J、Lo、M、MP、P、S1、X1、Y。3.将北盘江流域浮游植物优势种根据生态位宽度的差异可以大致分为3类,分别是梅尼小环藻为一类,舟形藻和隐藻属为一类,假鱼腥藻、小球藻、颗粒直链藻、脆杆藻、针杆藻、尖针杆藻、曲壳藻、卵形藻和多甲藻作为窄生态位种群为一类。由生态响应速率可以得知,枯水期和丰水期的浮游植物群落位于衰退阶段,平水期浮游植物群落处于发展状态,水库区域比河流段发展(衰退)现象更为显著。4.梯级筑坝的存在使得河流的水质理化因子发生改变,从河流段到水库区域,TN、TP、DIN、PO-P、COD、DO因子的平均浓度呈下降趋势,不同水文期平均下降幅度按大小为丰水期>平水期>枯水期。WT、pH、EC值有所上升,上升幅度按大小为丰水期>枯水期>平水期。河流段下游的部分化学因子低于上游区域,水库区域下游理化因子总体上高于河流段。梯级筑坝形成了水库和河流两种生境,其中水库区域生境相对更适宜浮游植物的生长繁殖,下游区域的浮游植物物种数目和多样性高于上游。5.根据浮游植物功能群与环境因子的冗余分析(RDA)结果可知,从不同水文期来看,枯水期和平水期的主要影响因子是N、P营养物质,丰水期的主要影响因子为WT和pH,功能群L0和Y对叶绿素的贡献较大。从河流与水库两种不同生境角度上,影响河流浮游植物功能群演替的环境因子主要为N、P等化学因子,影响水库浮游植物功能群演替的环境因子主要为WT和pH等物理因子。

关键词：梯级筑坝浮游植物群落结构功能群生态位高原河流

梯级筑坝对浮游生物群落结构及水质状况的影响——以贵州南盘江为例

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梯级筑坝对浮游生物群落结构及水质状况的影响——以贵州南盘江为...

作者：张靖泽贵州师范大学

学位级别：硕士

浮游生物作为河流生态系统的重要组成部分,能指示河流、水库以及湖泊的生态状况,对于保护水环境具有重要的指导意义。南盘江流域水力资源丰富,建有梯级筑坝群,但梯级筑坝的建造对水生态系统造成一定的影响。为了探究南盘江梯级筑坝对浮... 详细信息

浮游生物作为河流生态系统的重要组成部分,能指示河流、水库以及湖泊的生态状况,对于保护水环境具有重要的指导意义。南盘江流域水力资源丰富,建有梯级筑坝群,但梯级筑坝的建造对水生态系统造成一定的影响。为了探究南盘江梯级筑坝对浮游生物群落及水质的影响,于2020年10月至2022年7月分为枯水期、平水期、丰水期对贵州境内南盘江进行了6次采样,共设22个采样点,理化指标、浮游植物、后生浮游动物各采集108个样品。主要研究结果如下:1.南盘江流域水体理化因子受到筑坝拦截和季节影响,表现出一定的时空差异性。在时间上,TN、NO、TP、PO、COD、Chl.a、pH、ORP在三个水文期之间表现出显著差异(P梯级筑坝使得河流与水库浮游生物优势种及生态位模式表现有所差异。水库浮游植物与后生浮游动物优势种均多于河流,水库浮游生物优势度较高(Y=0.12),表明水库浮游生物群落结构较为稳定且复杂。河流水体流速较快,浮游生物群落不够稳定,优势度均较低(Y=0.09)。水库水体环境比河流更加稳定,优势种向更广的区域转移,水库优势种生态位宽度(Bi=0.178)大于河流(Bi=0.088)。河流优势种生态位重叠值(O=0.692)大于水库(O=0.375),河流优势种间竞争强于水库。后生浮游动物对于梯级筑坝影响的敏感程度大于浮游植物。

关键词：梯级筑坝浮游生物群落结构水质南盘江

梯级筑坝对浮游植物功能群变化的影响 ——以乌江流域为例

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梯级筑坝对浮游植物功能群变化的影响 ——以乌江流域为例

作者：肖晶贵州师范大学

学位级别：硕士

乌江流域作为贵州省最大的水系,为峡谷型河流,水位落差大,具有丰度的水能资源,因此在乌江流域上连续筑坝拦截蓄水用于发电、灌溉、防洪,而筑坝必然引起流域环境的变化,而浮游植物作为水生态学系统中主要的初级生产者,对人工筑坝形成连... 详细信息

乌江流域作为贵州省最大的水系,为峡谷型河流,水位落差大,具有丰度的水能资源,因此在乌江流域上连续筑坝拦截蓄水用于发电、灌溉、防洪,而筑坝必然引起流域环境的变化,而浮游植物作为水生态学系统中主要的初级生产者,对人工筑坝形成连续的河流—水库生态环境变化反映最为敏感;为了解梯级筑坝对浮游植物群落结构的影响,分别于2015.10、2016.01、2016.04、2016.07对乌江流域进行采样调查,数据分析结果表明:乌江流域共鉴定出浮游植物4门47种(属);库区浮游植物种类数(43种)>河流(33种),库区硅藻和绿藻居多,河流主要以硅藻为主;在季节上浮游植物种细胞丰度呈现夏季>秋季>春季>冬季,秋季和夏季以硅藻和绿藻为主,而冬季和春季主要以硅藻为主;Jaccard浮游植物群落结构的相似性系数显示河流与河流、库区与库区之间的相似性程度较高,而河流与库区的相似性系数偏低;浮游植物功能群多样性指数呈现不同的时空变化,均值大小呈现春季>夏季>秋季>冬季,库区>河流;乌江流域共划分出浮游植物功能群17个,分别是A、B、C、D、F、G、J、Lo、MP、N、P、S1、T、W2、Wo、X1、X3,常见功能群为B、C、D、J、MP、P;库区功能群有16个,优势功能群为B、C、D、F、J、P、Lo;河流功能群有14个,优势功能群为B、C、D、MP、P、J;优势功能群随季节发生不同的演替规律,其中河流在季节性演替特征为:秋季B/D→冬季B→春季B/C/MP/P→夏季B/P,库区季节性演替规律为:秋季B→冬季B/P→春季Lo/P→夏季B/P;浮游植物功能群生物量呈现呈现不同的时空变化,在季节上呈现:夏季>秋季>春季>冬季,库区>河流;乌江流域主要生源要素C、N、P存在明显的时空变化,其中溶解性无机碳(DIC)总和大小依次为:秋季>夏季>冬季>春季,溶解性无机氮(DIN)总和大小依次为:夏季>春季>冬季>秋季;溶解无机磷(DIP)总和大小依次为:冬季>春季>夏季>秋季;在流域空间尺度上,DIC含量表现为河流>库区,DIP含量表现为库区>河流,DIN在河流与库区之间差异不明显,夏冬两季的为库区大于河流,春秋表现为河流大于库区;在垂直剖面上,DIC随着水深的增加而增加,DIN在30m以上随水深的增加而增加,底层的含量有减少的趋势,DIP随着水深的增加而增加;DIC最大值位于猫跳河流域,DIN最大值位于落脚河流域,DIP最大值位于乌江渡水库;DIC/DIP、DIN/DIP存在明显季节差异,秋夏两季最高,DIC/DIN在季节上的变化趋势基本一致,存在一定的耦合机制。浮游植功能群生物量进行主成分分析(PCA)结果看出,浮游植物功能群生物量对库区贡献大;将环境因子与浮游植物功能群进行冗余分析(RDA)的结果显示,影响库区浮游植物功能群变化的主要环境因子是温度(Temp)、溶解氧(DO)、溶解态总磷(DTP)、溶解无机氮(DIN)、钠离子、镁离子;而影响河流浮游植物功能群变化的只要环境因子有温度(Temp)、pH、总氮(TN)、溶解无机氮(DIN)以及磷酸盐。

关键词：乌江流域梯级筑坝浮游植物功能群时空演替特征环境因子

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乌江梯级筑坝对河流碳酸氢根的影响机制

地球与环境 2019年第6期47卷 786-794页

作者：孟凡勇肖晶仇晓龙王宝利郎赟超天津大学表层地球系统科学研究院天津市环渤海地球关键带科学与可持续发展重点实验室

梯级筑坝显著改变了河流碳的生物地球化学循环。为了了解梯级筑坝对河流HCO3^-的影响,本文对乌江中上游梯级水库的HCO3-浓度、溶解无机碳同位素(δ^13CDIC)及相关的环境参数进行了长时间跨度的分析。乌江中上游梯级水库-河流体系HCO3-... 详细信息

梯级筑坝显著改变了河流碳的生物地球化学循环。为了了解梯级筑坝对河流HCO3^-的影响,本文对乌江中上游梯级水库的HCO3-浓度、溶解无机碳同位素(δ^13CDIC)及相关的环境参数进行了长时间跨度的分析。乌江中上游梯级水库-河流体系HCO3-浓度为1 42154~3 38752μmol/L,平均值为2 36321μmol/L;δ^13CDIC为-1066‰^-452‰,平均值为-854‰;梯级筑坝导致河流具有下游HCO3-浓度升高的变化趋势。河流筑坝发电,易形成峡谷型深水水库。碳同位素证据和相关性分析表明,上层的光合作用和下层的呼吸作用成为控制发电水库碳循环的主要因素。这导致HCO3-浓度在水库剖面上呈现出由上层至下层逐渐增高的变化规律,再加上水库底层泄水的发电方式,最终导致梯级筑坝河流下游HCO3-浓度逐渐升高。本研究将加深梯级筑坝对河流碳循环影响机理的理解。

关键词：梯级筑坝碳同位素光合作用呼吸作用乌江

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黑河上中游流域梯级库区夏季重金属汇源解析

中国环境科学 2023年第4期43卷 1895-1905页

作者：王昱朱家乐冯起刘蔚贺昱华王旭刘开清兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 中国科学院西北生态环境资源研究院内陆河流域生态水文重点实验室甘肃兰州730000 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室甘肃兰州730050 甘肃省水利厅讨赖河流域水资源利用中心甘肃酒泉735000

为探究梯级筑坝对河流重金属空间分布的影响,于2019年8月在黑河上、中游的干、支流河段采集水体、沉积物及岸边土壤样本,测定了8种重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Mn、As)的含量,利用反距离加权插值法、主成分分析法等分析了河流重金... 详细信息

为探究梯级筑坝对河流重金属空间分布的影响,于2019年8月在黑河上、中游的干、支流河段采集水体、沉积物及岸边土壤样本,测定了8种重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Mn、As)的含量,利用反距离加权插值法、主成分分析法等分析了河流重金属的空间分布和来源.结果表明,黑河中上游库区重金属仍处于“汇”阶段,筑坝蓄水主要表现出“拦截效应”,源于各重金属迁移释放能力不同,少量重金属被“拦截”于中部库区.同时,受干支交汇水力特性影响,其富集效应也较明显.主成分分析等指出,As、Cd、Pb、Zn和Cu主要源于矿产开采活动,Mn、Cr、Ni分别源于工业生产、城市排污、自然因素等.Cu含量的空间分布特征还显示,其于沉积物、岸边土壤中的含量能指示断面附近有矿产开采等迹象.研究结果可为我国梯级筑坝河段的重金属控制和有效管理提供参考.

关键词：黑河重金属梯级筑坝分布来源

黑河上中游流域梯级库区内夏季重金属空间分布特征及汇源解析

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中国环境科学 2022年

作者：王昱朱家乐冯起刘蔚贺昱华王旭刘开清兰州理工大学能源与动力工程学院中国科学院西北生态环境资源研究院内陆河流域生态水文重点实验室甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室甘肃省水利厅讨赖河流域水资源利用中心

为探究梯级筑坝对河流重金属空间分布的影响，于2019年8月在黑河上、中游的干、支流河段采集水体、沉积物及岸边土壤样本，测定了8种重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Mn、As)的含量，利用反距离加权插值法、主成分分析法等分析了河流重... 详细信息

为探究梯级筑坝对河流重金属空间分布的影响，于2019年8月在黑河上、中游的干、支流河段采集水体、沉积物及岸边土壤样本，测定了8种重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Mn、As)的含量，利用反距离加权插值法、主成分分析法等分析了河流重金属的空间分布和来源.结果表明，黑河中上游库区重金属仍处于“汇”阶段，筑坝蓄水主要表现出“拦截效应”，源于各重金属迁移释放能力不同，少量重金属被“拦截”于中部库区.同时，受干支交汇水力特性影响，其富集效应也较明显.主成分分析等指出，As、Cd、Pb、Zn和Cu主要源于矿产开采活动，Mn、Cr、Ni分别源于工业生产、城市排污、自然因素等.Cu含量的空间分布特征还显示，其于沉积物、岸边土壤中的含量能指示断面附近有矿产开采等迹象.研究结果可为我国梯级筑坝河段的重金属控制和有效管理提供参考.

关键词：黑河重金属梯级筑坝分布来源

喀斯特梯级水库浮游植物—细菌群落特征及其相互关系研究

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喀斯特梯级水库浮游植物—细菌群落特征及其相互关系研究

作者：董继兴贵州师范大学

学位级别：硕士

生物多样性是人类赖以生存的最主要基础之一,其中细菌与浮游植物作为河流生态系统的关键部分,对维持营养物质循环与能量流动以及生物多样性发挥着关键性作用。梯级筑坝是影响河流的最重要的人类活动之一。梯级筑坝在改变生物地球化学过... 详细信息

生物多样性是人类赖以生存的最主要基础之一,其中细菌与浮游植物作为河流生态系统的关键部分,对维持营养物质循环与能量流动以及生物多样性发挥着关键性作用。梯级筑坝是影响河流的最重要的人类活动之一。梯级筑坝在改变生物地球化学过程的同时也对生物群落构成产生了重大影响。因此,深入了解浮游植物和浮游细菌群落及其相互关系对梯级筑坝的响应特征有利于我们保持和维护河流的生态健康。但目前对河流梯级筑坝对浮游植物和浮游细菌群落及其相互关系影响的研究还较少。本研究研究地点位于贵州省遵义市桐梓河流域,该河流在当地发挥着极其重要的生态功能。本研究通过高通量测序技术和实验室镜检研究不同梯级水库中浮游植物和浮游细菌群落组成、多样性、群落构建和藻-菌共生网络特征及藻-菌间多元关系。主要研究结果如下:(1)在物种组成上,浮游植物种类数呈现夏季(7月)>冬季(12月),不同梯级水库中优势类群以硅藻和绿藻为主;梯级水库中浮游细菌类群的优势门是相似的,前三个门(变形杆菌门、放线菌门、拟杆菌门)是桐梓河梯级水库中典型的类群。(2)梯级筑坝降低了浮游植物物种多样性指数,在梯级水库中浮游植物群落的稳定性较差,第二、三级水库具有更高的多样性、丰富度和均匀度。在时间上浮游植物群落Beta多样性夏季显著高于冬季;在空间上梯级水库显著增加了浮游植物群落的Beta多样性。梯级水库显著降低了浮游细菌Alpha多样性,物种多样性和谱系多样性随着梯级水库而降低,而均匀度和丰富度则呈现相反的趋势,高丰富度的水库低均匀度。不同梯级水库形成了更高的浮游细菌群落Beta多样性,随梯级水库群落相似度降低。(3)梯级大坝和营养物质共同解释了浮游植物群落变化的90.36%。梯级筑坝和营养物质共解释浮游细菌群落变化的52.74%。浮游细菌群落共现网络复杂性随水库梯级降低而不断增加。随机过程在梯级水库浮游细菌群落的构建中起着更重要的作用,扩散限制主导了浮游细菌群落的构建。(4)群落稳定性指数表明,梯级水库显著降低了浮游植物群落和浮游细菌群落的稳定性(P梯级的白家坡水库群落稳定性最高,第三梯级的圆满贯水库群落稳定性最低。随着梯级水库纵向的变化,藻-菌主要关系由隐藻、裸藻、绿藻和蓝藻的演替,在营养盐较高的梯级水库中,绿藻和蓝藻与细菌群落之间相互关系更强,不同梯级水库中硅藻与浮游细菌的互作关系最为稳定;在梯级水库和营养物质的双重压力下,浮游植物和浮游细菌之间存在更多竞争、抑制和更高营养级的捕食压力。结构方程模型表明,影响浮游植物和浮游细菌群落相互关系的主要水化学因子是NH-N和COD,水物理因子是ORP、WT和p H。对于河流而言,叠加影响和交互影响是生物群落变化的主要影响因素。

关键词：生物多样性群落特征梯级筑坝藻-菌关系

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乌江流域颗粒态有机碳的时空分布特征

上海大学学报（自然科学版） 2021年第2期27卷 250-259页

作者：张金华黄佳琦林昕汪福顺马静上海大学环境与化学工程学院上海200444

以乌江为研究对象,采集了乌江干流7座大型水库及猫跳河支流红枫水库的表层水体悬浮颗粒物(total suspended matter,TSM)样品,测定了其表层颗粒态有机碳(particulate organic carbon,POC)和稳定碳同位素(δ13C),并以木质素作为陆源有机... 详细信息

以乌江为研究对象,采集了乌江干流7座大型水库及猫跳河支流红枫水库的表层水体悬浮颗粒物(total suspended matter,TSM)样品,测定了其表层颗粒态有机碳(particulate organic carbon,POC)和稳定碳同位素(δ13C),并以木质素作为陆源有机质的生物标志物,分析了乌江流域水库有机碳的空间和季节分布特征.结果表明:表层水体TSM质量浓度受季节影响显著,呈现出春夏季高于秋冬季的趋势;POC和木质素含量(∑8和Λ8)差异受季节影响较大,其中秋冬季上游POC含量显著高于下游,体现出梯级筑坝拦截效应;∑8与Λ8呈显著线性相关,都表现出明显的秋冬季高丁春夏季的趋势.表层水体TSM的δ13C值明显偏负,可能是由于陆源植物碎屑和淡水浮游生物更容易存在于表层水体.木质素参数信息反映出流域内的优势植被种群为被了植物,TSM样品的陆源有机质是由多种类型植物共同混合、降解、运输至河流的.TSM样品的降解水平不高,7月、10月个别采样点出现了较高的降解水平.

关键词：乌江流域颗粒态有机碳水库时空分布木质素梯级筑坝