三峡库区泥沙对磷迁移转化的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 王晓晓 |
| 答辩日期 | 2017 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 吴艳宏 |
| 关键词 | 磷 磷形态 迁移转化 泥沙 消落带 三峡库区 |
| 学位专业 | 自然地理 |
| 其他题名 | Influences of sediments on migration and transformation of phosphorus in the Three Gorges Reservoir |
| 英文摘要 | 三峡水库运行以后，其生态环境变化受到国内外关注。磷是水生态系统初级生产力的限制性营养元素，是水体富营养化的重要原因。泥沙作为磷的有效载体，对磷具有较强的吸附性，其输移过程中耦合了物理、化学和生物等作用。磷在水沙间的迁移转化受到自然条件变化（泥沙理化性质、水动力条件等）和人类活动（水库调蓄等）的影响，从而使库区水沙中的磷呈现出明显的时空变化。另外，河流交汇口是研究磷在水沙间迁移转化的重要场所。河流交汇后，在水环境出现明显变化的情况下，磷在水沙间的平衡被打破，磷会在水沙间进行迁移，并伴随磷形态的转化。因此，研究磷在库区水沙间的迁移和形态变化，有利于深入理解库区磷的地球化学过程，为库区的生态环境保护和环境治理提供帮助。为了探讨三峡水库蓄水后泥沙变化及其对磷迁移转化的影响，本研究选择整个三峡库区及其乌江口地区，分别在2014、2015和2016年采集表层水样、悬移质泥沙和沉积物样品，利用野外现场监测、室内水沙理化分析、泥沙磷形态提取、扫描电镜和X射线能谱分析等手段，对水沙理化性质、磷的赋存特征、磷在水沙间的迁移转化过程、影响因素及环境效应进行了研究，得到以下主要结果和结论：1）三峡库区水体和泥沙的理化性质表现出明显的空间变化。从变动回水区到常年回水区，水体中的悬移质泥沙、Fe2+和Al3+浓度呈现下降趋势，同时沉积物中的泥沙粒径逐渐变小，这表明泥沙进入库区后发生明显的分选、凝絮、沉积过程。在垂向上，沉积物理化指标（尤其是泥沙粒径）表现出明显的周期变化，表明不同水文期的泥沙来源具有明显差异。在乌江口地区，长江和乌江水体和泥沙的理化性质具有明显差异。两江交汇后，水沙理化性质出现明显变化，并且在不同季节呈现出不同的变化特征。2）库区沉积物中的磷呈现出明显的时空变化特征。空间上，沉积物中的总磷（TP）在整个库区没有明显变化，而生物有效磷（Bio-P）从库区变动回水区到常年回水区呈现出升高趋势。库区上游来沙中的Bio-P不容易沉积到变动回水区，而是进入到常年回水区中，并在常年回水区的沉积物中富集，从而使常年回水区中的Bio-P浓度偏高。在垂向上，表层30 cm沉积物中的Bio-P浓度高于30 cm以下沉积物中Bio-P的浓度。另外，计算了表层30 cm沉积物中磷的蓄积量，发现库区水下沉积物中磷的蓄积量在忠县至秭归段较高，而消落带沉积物中磷的蓄积量在涪陵至奉节段偏高。时间上，三峡水库正式运行以来，库区沉积物中的TP出现明显升高：2014年以前，忠县至坝前区域消落带沉积物中的TP升高幅度较大（平均升高415 mg/kg）；而在2014年以后，消落带沉积物中TP的升高主要集中在重庆城区至万州段（升高幅度215 mg/kg）。库区变动回水区沉积物中的Bio-P在年内不同水文期会出现沉积分异，而常年回水区沉积物中Bio-P的沉积分异受水文期的影响较小。3）细颗粒的分布是影响泥沙中Bio-P浓度空间变化的主要因素。对不同粒径泥沙中的元素分布和磷形态分析发现，库区泥沙中的细颗粒物聚集区是磷元素分布的主要区域。具体而言，库区常年回水区沉积物中的Bio-P变化明显，沉积物中的Mnox、Alox和粉粒是Bio-P变化的主要影响因素；而库区变动回水区沉积物中以盐酸提取态磷（HCl-P）的变化为主，沉积物中的Feox、Ca、pH和砂粒为HCl-P变化的主要影响因素。在垂向上，沉积物中Bio-P的变化主要受到细颗粒泥沙分布的影响。另外，库区水位调节会引起消落带沉积物的干湿变化，消落带的淹没、落干过程会引起沉积物中细颗粒物及其吸附的Bio-P的流失，从而使Bio-P在水下沉积物中出现富集。4）在乌江口地区，TP在悬移质泥沙中的平均值（814 mg/kg）低于其在沉积物中的平均值（944 mg/kg），表明泥沙吸附了水体中的磷，并在乌江口下游出现沉积。长江和乌江交汇后，悬移质泥沙颗粒上的弱吸附态磷呈现出先迅速释放，然后快速吸附的过程。水中的溶解态磷倾向于向细颗粒泥沙（<8 μm）上分配，尤其是当水中溶解态磷的浓度偏高时，细颗粒泥沙表面吸附的磷较多。乌江口水体处于氧化环境，吸附到泥沙表面的磷会进一步向金属氧化物结合态磷转化。同时，CaMg(CO3)2沉淀会促进泥沙中的弱吸附态磷向Ca\Mg-P转化。乌江口泥沙中δ13C和C/N值的变化表明，泥沙中的有机质组成发生明显改变，从而使泥沙中有机磷（OP）发生变化。5）在室内模拟泥沙对磷吸附/释放实验的基础上发现，随着泥沙在乌江口地区的输移，泥沙对磷的吸附（P吸附）呈现出明显的波动性和周期性。泥沙对磷的吸附能力既受到水环境（SO42-、NO3-和pH值）变化的影响，同时也受到泥沙理化性质（Alox、Mn、Ca和Mg）的影响。研究期间（2015.11-2016.10），乌江口上游（长江和乌江）来沙量为0.559亿t，这些泥沙可以吸附水中4080 t磷。粒径>16 μm的泥沙会长时间滞留在库区中，这部分泥沙中Bio-P的释放应当引起关注。另外，随着库区上游来沙的进一步减少和泥沙中磷释放比例的增加，库区水体中磷浓度可能会出现升高趋势。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 128 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/24595]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王晓晓. 三峡库区泥沙对磷迁移转化的影响[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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