关键词：
长江
营养盐
三峡大坝
微量元素
入海通量
摘要：
河流是连接陆地与海洋的主要通道之一,在流域–河流–河口–近海环境演变中发挥着关键作用。对河流水环境的研究是开展河流与海洋水环境耦合演变分析的重要方面,也是深入揭示人类活动对环境影响的重要切入点。长江是我国最大的河流,流域水体中的重金属、微量元素和营养盐等随径流输送入海,对河口及邻近海域生态环境状况产生重大影响。本文结合2017年和2018年对长江流域干流与主要支流的综合观测、2013年～2019年长江下游大通站位的逐月定点观测,系统分析了长江流域水体中营养盐的组成、结构、时空变化与入海通量,探讨了人类活动影响下长江水体营养盐的输送变化规律及对邻近海域生态环境的影响。同时,运用多元数理统计手段对水体中溶解态常量和微量元素的空间分布规律、来源及入海通量进行了分析,并通过与世界其它河流的对比探讨了流域自然因素与人类活动等对长江水环境中常量与微量元素分布与输送的影响。本文旨在加强在人类活动影响下流域营养盐与微量元素输送过程的认识,以期为大河流域物质输送以及对近海生态系统的保护提供科学依据。主要结论如下:(1)2017年和2018年调查期间,长江流域内氮和硅的浓度远高于磷,溶解态的氮为主要氮营养盐组分。水体中N/P、Si/N和Si/P比远高于RedfieldBrzezinski值N/Si/P=16/16/1,存在潜在的磷营养盐限制问题。下游水体营养盐浓度及入海通量有明显的季节变化,氮和磷的浓度变化与径流量显著负相关,呈现丰水期低、枯水期高的特征。硅的季节变化与氮、磷相反。除氨氮(NH4+)和亚硝酸盐(NO2-)外,各形态营养盐的入海通量均以径流量为主导因素,呈现明显的丰水期高,枯水期低的特征。(2)结合历史观测数据发现,近20年来长江上游河段各种形态的氮、磷营养盐浓度均显著低于中下游河段和流域平均值,受人类活动和土地使用政策的区域性差异的影响,中下游营养盐维持在较高的浓度水平。此外,三峡大坝对营养盐沿程变化也有一定的影响。近60年来,长江氮与磷营养盐浓度和通量的长期变化趋势大致可以分为三个阶段。第一个阶段为1960年至1980年的缓慢增长;第二个阶段为1980年至2000年呈现指数型的迅速上升;第三个阶段为近20年来,增长趋于缓和,甚至出现略微下降的趋势。长江硅的浓度和通量变化相对较小,整体呈现持续下降的趋势,与河流筑坝等人类活动息息相关。(3)Cu、Zn、Pb、Cd和As是长江流域主要受人类活动影响的元素,在下游区域显著高于上游与中游(p<0.05),且各元素在长江重庆段和汉江均有较流域其它河段高的浓度值,这些河段相对较高的重金属含量主要与人类活动强度密切相关。有趣的是,长江宜昌至武汉段各元素均出现了较低的浓度值,这很大程度上受三峡水利工程蓄水所产生的―滞留效应‖所致。统计分析还显示Na、Mg、K、Ca、Fe、Mn、Co、Ni、Mo、Cr和V主要与各种岩石矿物的风化与侵蚀相关,Cu、Zn和Pb主要受工业、金属冶炼、矿物开采等人类活动的影响,而Cd和As则主要来源于农业生产活动。长江重庆段和汉江区别于长江流域其它河段,表明水体受人类活动影响比较严重,但长江流域重金属浓度水平整体低于世界其它重工业和农业发达区域的河流。由于长江径流量巨大,Cu、Zn、Pb、Cd与As的入海通量是长江口及其近海重金属收支与循环的重要一环,并可能对河口生态环境产生深远的生态学效应。
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