鄱阳湖洪泛区碟形湖湿地系统地表地下水交互作用

洪泛系统具有复杂动态的水文环境,在季节性洪水脉冲影响下,地表-地下水交互转化对洪泛区水循环和生态环境保护等方面具有重要意义.本文采用野外试验、统计分析和达西定律等研究方法,开展了鄱阳湖洪泛区碟形湖湿地系统(河流-洲滩湿地-碟形湖)地表-地下水文学特征、相互作用和交换通量研究.数据资料显示,在地形地貌影响下,研究区洲滩地下水位明显低于碟形湖水位,但总体上略高于周边河流水位,统计结果进一步表明,在控制洪泛湿地的地下水动态方面,河流水文情势变化对地下水的影响作用要强于碟形湖水文变化.就河流-地下水转化关系而言,研究区湿地系统的地下水与周边河流水体之间存在动态转化关系,地下水对河流的补给通量以及河流对地下水的补给通量分别约为0.4和0.2 m/d.就湖泊-地下水转化关系而言,碟形湖一般来说补给周边滩地的地下水系统,但两者之间的交换通量基本小于0.1 m/d.在年尺度上,研究区地表-地下水之间的累积交换通量变化约介于7.5~48.2 m/a,其中河流-地下水的累积交换通量约是碟形湖-地下水的4~7倍,且秋、冬季的累积交换通量要明显大于春、夏季.本文研究结果可为洪泛区河湖系统的水资源联合管理、水环境整治和生态环境保护等方面提供科学支撑.

季节与水文影响下鄱阳湖碟形湖湿地沉积物氮去除功能变化

从水力学和生态学角度,碟形湖是鄱阳湖湿地中最具特点和最重要的生态功能区,不仅具有较高的生产力,而且具有重要的生态缓冲功能。受水位影响,碟形湖水力连通性具有明显的季节性变化特点,并直接影响氮去除过程,从而影响湿地沉积物对鄱阳湖氮负荷的去除贡献。采用沉积物柱样流动培养和稳定氮同位素配对技术,研究了鄱阳湖9个典型碟形湖丰水和枯水两种水文时段下湿地沉积物-水界面氮的迁移和去除速率,分析和讨论了季节与水文影响下鄱阳湖碟形湖湿地氮去除功能的变化。结果表明,丰水期碟形湖湿地与主湖区连通条件下,赣江西支周围碟形湖沉积物具有呼吸强、氮去除速率高的特征,修水河周围碟形湖沉积物氮去除速率相对较低,主要受到硝态氮(NO_(3)^(-))浓度水平的影响;而枯水期两个区域碟形湖沉积物表现出类似的氮迁移和去除规律,沉积物氮去除速率相比丰水期均显著降低。整体而言,丰水期各碟形湖沉积物氮去除速率均值为26.69±12.98μmol m^(-2) h^(-1),其中非耦合反硝化占总的氮去除的90%±11%,厌氧氨氧化仅贡献了约1%的氮去除,而枯水期沉积物氮去除速率较低,并且以耦合反硝化为主,其对氮去除的贡献达57%±17%,厌氧氨氧化对氮去除的贡献仍较小(4%)。通过对丰、枯水期沉积物氮去除特征的分析发现,丰水期碟形湖与高NO_(3)^(-)负荷的主湖区或入湖河流连通有助于充分发挥湿地的氮去除功能,从而提升碟形湖对入湖氮负荷的削减。研究结果表明保护鄱阳湖碟形湖湿地并保持其与主湖区的水力连通对降低鄱阳湖氮负荷具有重要意义。

长江中下游典型湿地沉积物-水界面硝酸盐异养还原过程

反硝化(Denitrification,DNF)和硝酸盐异化还原为氨(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium,DNRA)是硝酸盐异养还原的2个主要途径.反硝化被认为是彻底去除水体氮负荷的主要过程;而硝酸盐异化还原为氨则将水体中的硝态氮转化为氨氮.2个过程均以硝酸盐为电子受体,并存在相互竞争关系.这2个过程的研究对理解湿地氮转化以及指导湿地氮污染修复具有重要意义.运用无扰动沉积物柱样流动培养、15NO-3-N同位素示踪实验,并采用氨氧化-膜接口质谱仪联用(OX/MIMS)测定氨氮同位素产物的方法,对鄱阳湖碟形湖湿地、巢湖重污染河流湿地、巢湖重污染湖泊湿地3种类型湿地沉积物-水界面的硝酸盐异养还原过程进行研究,结果表明存在显著差异.3种类型湿地DNF速率的范围为(6.36±2.57)^(99.98±14.05)μmol/(m2·h),DNRA速率的范围为(0.51±0.45)^(79.82±6.08)μmol/(m2·h).在3种类型湿地中,随着氮污染程度加重,DNF和DNRA速率均显著增加,且DNRA过程在总的硝态氮异养还原中所占的比重不断增大,说明较高的硝酸盐负荷、较高的沉积物有机质含量更有利于DNRA过程的竞争.而对反硝化方式的进一步研究发现,巢湖重污染河流、湖泊湿地主要以非耦合反硝化为主导过程,而鄱阳湖碟形湖湿地则更倾向于以硝化过程耦合控制的反硝化为主.