三峡水库澎溪河水-气界面CO_2与CH_4通量特征及影响因素初探

澎溪河流域是三峡水库典型支流,对水库区域碳循环及区域化学风化的影响非常重要。2016年5月—2017年2月对澎溪河流域水-气界面CO_2与CH_4通量特征进行监测与分析,采用顶空平衡法结合模型估算法计算表层水体CO_2与CH_4的分压以及水-气界面的交换通量,并运用spearman相关分析法分析了二氧化碳和甲烷的分压和排放通量与其他环境变量之间的相关性。研究发现:澎溪河是温室气体排放"源",表层水体p(CO_2)平均值为(1807.635±315.605)μatm(1μatm=0.101325 Pa,下同),表层水体p(CH_4)平均值为(218.7725±127.9425)μatm;CO_2扩散通量平均值为(32.53±3.86) mmol?m^(-2)?d^(-1),水-气界面CH_4扩散通量平均值为(0.208±0.143) mmol?m^(-2)?d^(-1),通量与分压趋势基本保持一致。通过与世界上典型河流温室气体扩散通量对比,得出澎溪河流域CO_2通量释放量为中等水平,而CH_4扩散通量较小,且CH_4通量与p(CH_4)、水温、pH值显著正相关,而水-气界面CO_2扩散通量与p(CO_2)显著正相关,与DO、pH值、叶绿素a(Chl-a)显著负相关。

Cu-ZnO/膨润土光催化氧化处理钻井废水实验研究

以钠基膨润土为载体、乙酸锌为前驱体,采用溶胶凝胶法制备纳米Cu-ZnO/膨润土复合光催化剂,通过X射线衍射仪(XRD)和红外光谱仪(FT-IR)对其结构表征分析,研究了该催化剂降解钻井废水的光催化性能。结果表明,催化剂中的纳米ZnO为六方纤锌矿结构,平均粒径为14.26nm,Cu掺杂后拓展了催化剂光响应范围,增强了光的吸收和利用率,提高了光催化活性。催化剂投加量为4.0g/L、H2O2投加量为3.0mmol/L,光照2 h后钻井废水COD去除率为80.3%,COD降至87.5 mg/L,达到GB 8978-1996一级标准。此外,催化剂具有较强的抗光腐蚀能力,高温活化后可多次使用。

三峡水库消落带典型主动与被动修复策略对土壤饱和导水率的影响

人工造林的主动修复与退耕还林还草的被动修复是退化生态系统典型的生态修复策略。以三峡水库运行后形成的消落带为研究对象,研究不同生态修复策略对消落带土壤饱和导水率的影响,对生态脆弱带的水土保持效应具有重要意义。选取桑树+水杉复合林(主动修复)、自然草地(被动修复)、农田(对照)为研究样地,探究了两种不同生态修复策略下三峡水库消落带表层土壤饱和导水率特征及其影响因子。结果表明:被动修复自然草地土壤饱和导水率[(0.46±0.15)mm/min]显著高于桑树+水杉复合林[(0.091±0.03)mm/min]、玉米地[(0.090±0.04)mm/min]和水田[(0.0091±0.01)mm/min]。相关分析显示,土壤饱和导水率与土壤有机碳含量、总孔隙度、毛管孔隙度及田间持水量显著正相关,与土壤容重显著负相关(P<0.05)。通过逐步回归分析发现,土壤田间持水量是影响消落带土壤饱和导水率的主导因子。相较主动修复策略,被动修复策略更能够保持水土,减少土壤侵蚀。被动生态修复主要是通过提升土壤田间持水量,从而增强土壤饱和导水率。研究结果有助于了解消落带不同修复策略的土壤水文过程,为三峡水库消落带选择合适的生态修复策略提供理论依据。

三峡水库消落带生态系统综合评价指标体系构建

水位周期性波动形成的三峡消落带是位于水陆交错带的一类特殊生态系统,是一条生态脆弱带。如何科学地对这类生态系统进行健康评价是保护与开发这类生态系统的基础。本文在以前学者的研究成果基础上提出了消落带生态系统健康评价的综合指标体系,针对以前学者研究结果中指标差异较大的现实问题,对指标的权重进行了重新分配,用随机的方法构建一批模拟系统检验综合评价模型。结果表明,综合评价模型与以前学者构建的模型偏差较小,可以很好地代替以前的模型。

三峡库区蓄水前后农田生态系统服务与环境压力分析

农田生态系统是人类赖以生存的基础,重大工程影响下农田生态系统服务的响应与反馈对指导工程影响区的社会经济发展具有重要意义。基于三峡工程蓄水前后(2002,2011)的农业生产数据,评估了库区农田生态系统服务价值,并对其在蓄水前后的变化特征与环境压力进行了分析。结果表明:(1)三峡库区蓄水后,农田生态系统各项服务价值均增加,总价值增加了16.81%,增加部分主要为产品供给、休闲旅游和气体调节,相对于生产功能与生活功能,生态功能价值增加幅度较小;(2)总价值的变化是自然与包括三峡工程在内的人类活动综合影响的结果,其增加原因主要与常用耕地面积增加、种植结构调整、化肥农药施用强度增加,以及休闲旅游发展和科研投入加大有关,部分区县,尤其是常用耕地面积下降的区县,种植结构调整、化肥农药施用强度的增加起主导作用,按1990年不变价计算,库区蓄水淹没耕地损失的农田生态系统服务价值约为4.24亿元/a,其中产品供给价值1.37亿元/a;(3)化肥农药施用强度增加,化肥施用增产效益下降,是维持与提高库区农田生态系统产品供给服务所带来的环境压力,而农田生态系统服务除受到化肥农药施用强度增加对其自身的抑制外,还受到总人口增加与农业人口减少、耕地资源逐年减少和蓄水淹没高质量耕地的制约。

三峡水库坝下江心洲植物群落及其性状对不同水淹强度的响应

三峡水库的运行,改变了其坝下游的水沙情势,使坝下游沙洲生境呈现出明显的水淹强度梯度变化。阐明这一梯度变化下沙洲植被组成、分布和性状结构特征,是理解植被与沙洲稳定关系的基础,更是阐明三峡工程对长江中下游地区生态环境影响的核心内容之一。选取上荆江河段第一个江心洲—太平口心滩作为研究样地,通过植被组成和分布特征的调查,对不同水淹强度下群落物种组成、多样性和功能特征进行了深入分析。结果表明:太平口心滩植被组成以草本植物为主,稀布小型灌木川三蕊柳。调查共记录物种21科33属39种,以禾本科和菊科植物为主要优势种。轻微(20—40 d)和极强水淹强度(100+d)条件下的生境物种组成同其他水淹强度生境具有显著性差异,轻微水淹强度下牛鞭草和节节草为主要优势种,极强水淹强度下虉草为主要优势种。不同水淹强度下物种多样性指数差异显著,功能多样性指数和生物多样性指数趋势基本一致。随着水淹时间的延长,植被更倾向于表现出花果期位于出露期、植株高度更加低矮、须根系、进行营养繁殖的功能性状。江心洲植被的群落结构和功能性状特征都在水淹梯度下呈现出明显的梯度变化特征。这些研究结果表明水淹强度的梯度变化是沙洲植物群落变化的重要驱动因子,为进一步研究沙洲植物群落动态变化以及沙洲植被协同演替机制,明晰大坝影响下的生态环境变化提供重要依据。

水库温室气体净通量评估模型(G-res Tool)及在长江上游典型水库初步应用

目前准确量化温室气体排放量已成为气候变化研究和政策制定的关键.在IPCC水库温室气体净通量的概念性框架下,国际水电协会汇总分析了全球223座水库的CO2和CH4研究成果,构建了G-resTool,其可以用于评估已建或待建水库在长时间尺度下的温室气体净通量.本文介绍了G-resTool模型的基本原理与模型框架,利用模型内置数据库中所涉及的中国长江上游12座典型水库数据进行初步应用分析,12座水库温室气体净通量平均值为88.17gCO2e/(m^2·a),在全球约7000座水库中所处水平为11.67%,处于低阈值范围.在水库温室气体净通量分析结果中,其他非相关人类活动产生的水库温室气体通量(UAS)在蓄水后总通量(Post)中所占比重远高于蓄水前温室气体通量(Pre).长江上游水库蓄水后的CH4和CO2通量对于温室效应的贡献量相当.通过将G-resTool模型蓄水后的温室气体通量评估结果和所涉及到的12座水库中已发表的数据对比分析发现,G-resTool具有简便、适用面广等特点.但G-resTool毕竟仍为经验性模型,其基本原理和模块设计上的内在缺陷在很大程度上限制了其应用范围并造成了一定的不确定性.对个案水库而言,长期跟踪观测与机理研究仍是未来减少水库温室气体净通量不确定性的关键.

枯水期金沙江下游梯级水库叶绿素a与营养盐的空间分布特征

金沙江是长江的上游河段,其水环境状况关系到整个长江上游乃至下游的水质状况,选择金沙江下游的两个梯级水库溪洛渡和向家坝进行水质监测,其中溪洛渡水库库容129.1×10~8 m^3,向家坝水库库容51.63×10~8 m^3,研究河段总长约185km。2017年2月在溪洛渡—向家坝区域对15个采样水进行采样,测定了叶绿素a浓度、营养盐和其他水质指标,运用统计学的分析方法,对冬季溪洛渡和向家坝区段的氮、磷营养盐和叶绿素a的空间分布特征进行探讨和分析。结果表明:1)表层叶绿素a与氮、磷营养盐的空间分布均呈现出湖泊区>河流区,说明营养盐和浮游植物均被大坝部分拦截;2)溪洛渡和向家坝区段的氮、磷含量已经具备了发生富营养化的条件,该区段以磷为主要限制,而藻类含量相对较低,原因可能是冬季光照少、温度低限制了藻类的生长;3)表层叶绿素a含量与溶解性总磷具有显著的负相关,与pH具备显著的正相关性。

三峡库区生态环境效应研究进展

随着三峡工程的全面竣工,三峡库区已进入正常蓄水运行阶段,三峡工程对三峡库区生态环境带来了广泛而深远的影响。本文通过文献计量学方法统计了近20年来三峡库区生态环境效应研究的国内外文献,分析了目前三峡库区生态环境效应研究文献的主要分布特征,得出库区生态环境效应主要研究领域及主要研究内容。在此基础上,对三峡库区生态环境效应具体研究内容及进展进行详细阐述。首先,文章对三峡工程蓄水前后产生的最直接的生态环境变化,即库区土地利用变化的研究进展进行分析;接下来,对库区土地利用变化所引起的生态环境效应,包括气候、土壤、水环境、生物多样性等生态环境因子的研究进展展开评述;然后对上述生态环境因子变化最终所带来的生态环境质量和生态系统服务变化进行探讨;最后提出当前库区生态环境效应研究中存在的一些问题与不足,同时给出相关方面的研究展望:建议在今后的研究中更加注重生态环境效应的动态研究,建立长期观测数据库,结合宏观与微观研究,综合评价库区生态环境。

水-气界面CO_2通量监测的静态箱法与薄边界层模型估算法比较

模型估算法与静态箱法是水-气界面气体通量监测的主要方法,因原理不同监测结果通常存在一定差异.目前对引起上述差异的主要环境因素仍不清晰.本研究使用自行设计的静态箱对三峡支流澎溪河水-气界面CO2通量进行监测,并与同步开展的CO2通量薄边界层模型估算法结果相比较,探讨该水域引起这两种监测方法结果产生差异的主要环境因素.结果表明,瞬时风速、水汽温差及水深均会对静态箱法及模型估算法的监测结果产生影响.风速越强、水汽温差越大、水深越大,这两种方法监测结果的差异就越小;而水域面积对两种方法的差异没有影响.比较发现,两种方法所获通量数据呈显著正相关,但静态箱法所获通量数据离散性显著高于薄边界层模型估算法.从方法的稳定性角度,在峡谷河道型水库水体温室气体监测中薄边界层模型估算法可能更为适宜.

夏季金沙江下游水-气界面CO2、CH4通量特征初探

河流是连接大陆和海洋两大碳库的桥梁,在全球碳循环中的作用举足轻重.金沙江作为长江的上游段,对区域碳循环及区域化学风化的影响非常重要.于2015年8月8-18日对金沙江下游水-气界面CO_2与CH_4通量特征进行监测与分析.采用顶空平衡法结合薄边界层模型估算法计算表层水体CO_2与CH_4的分压以及水-气界面的交换通量,并分析环境变量与其之间的相关性.研究发现,金沙江下游表层水体p(CO_2)平均值为2724.84±477.18μatm,表层水体p(CH_4)平均值为59.96±6.74μatm;水-气界面CO_2通量平均值为2.24±0.50 mmol/(m2·h),CH_4通量平均值为0.000163±0.00009 mmol/(m2·h),通量与分压趋势基本保持一致.表层水体p(CO_2)与溶解性无机碳浓度、碱度均呈显著正相关,而p(CH_4)与水温、叶绿素a浓度均呈显著正相关,CO_2通量与p(CO_2)、溶解性无机碳浓度、碱度均呈正相关,CH_4通量与p(CH_4)、风速均呈正相关,其他环境因素对通量的影响不明显,仍需进一步研究.金沙江下游水-气界面CH_4扩散通量较低,而CO_2扩散通量在世界主要河流中属于中等水平.

三峡澎溪河水-气界面温室气体模型估算及其敏感性分析

模型估算法是水-气界面温室气体通量监测的主要方法,所得成果也不胜枚举.然而监测过程中诸多环境因素会对最终结果产生不确定的影响.结合三峡库区澎溪河背景条件,利用模型估算法进行水-气界面温室气体通量(以CO_2为例)估算,并且采用修正Morris筛选法尝试分析模型估算法中各个参数对温室气体扩散通量(以CO_2为例)的局部敏感性.研究结果表明:利用模型估算法计算三峡澎溪河流域水-气界面温室气体通量具有较高的可行性和可靠性;风速、水温以及pH值会对监测结果产生影响,且风速越强、水温越高、pH值越小,CO_2扩散通量就越大;pH值是高灵敏参数,风速和水温是灵敏参数.在三峡库区澎溪河监测过程中更应注意pH值的精确性,每次采样前需校正仪器.

三峡澎溪河高阳平湖高水位时碱性磷酸酶活性及其动力学特征

三峡水库汛末蓄水后易出现支流回水区磷累积现象,并在冬季末期常出现硅藻水华现象.为研究汛末蓄水的磷积累与冬季末期硅藻水华的相互关系,分析2013年1 3月三峡澎溪河高阳平湖库湾水体中碱性磷酸酶活性、磷形态的转化和藻类生长的协同过程.结果表明,总碱性磷酸酶活性(TAPA)及其最大反应速率(Vmax)、特异性碱性磷酸酶活性(PAPA/Chl.a)及PAPA与TAPA的比值(PAPA/TAPA)随着时间推移总体呈先增加后减小而后再增加减小的双峰趋势,分别在2月中旬和3月中旬达到峰值.根据冬季末期水华暴发程的特点将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个阶段.Ⅰ阶段为诱导期,水体活性磷主要来自藻类碱性磷酸酶分解的有机磷,藻类对磷过度摄取.Ⅱ阶段为过渡期,温度低,水体碱性磷酸酶活性相对较低.Ⅲ阶段为水华时期,水中碱性磷酸酶主要来源于细菌,叶绿素a浓度达到最大,溶解态反应性磷浓度达到最低;Ⅳ阶段为水华末期,水体叶绿素a浓度逐渐下降,溶解态反应性磷浓度回升,水中碱性磷酸酶主要来源于细菌.

有氧水环境中藻类产生甲烷的研究进展

自然水体是重要的甲烷排放来源,传统观点认为甲烷是微生物在严格厌氧条件下利用有机物的最终产物,但越来越多的证据表明有氧水环境中存在甲烷过饱和现象,被称为“甲烷悖论”。近年的研究表明,上述现象的产生与藻类的存在息息相关。藻类不仅可以通过光合作用或利用甲基化前体物质直接产生甲烷,也可为其他微生物提供厌氧微环境以及前体物质间接促进甲烷生成。然而,针对藻类有氧产甲烷的微生态机制方面的研究尚存不足,也使得全球甲烷收支核算仍存在较大不确定性。未来,进一步突破藻类有氧产甲烷的分子调控机理、揭示藻类对外部条件响应的有氧产甲烷特征及其生理适应性机制,将是深化领域研究的重要方向。

三峡澎溪河回水区高水位期间高阳平湖总磷模型

三峡水库'蓄清排浑'的调度运行方式使得冬季高水位期间近岸消落带受淹.消落带氮、磷等营养物受淹后向水体中释放与积累对冬末初春的水华将可能具有重要贡献.构建高水位时期澎溪河高阳平湖总磷收支模型,定量分析高水位期间总磷的收支途径、累积量以及累积磷的主要来源.结果表明:蓄水期,由于蓄水水位升高和顶托而导致大量磷积累;稳定期,磷收支变幅较小,总体趋于平缓;水华期,前期积累的磷被大量消耗,形成水华.淹没消落带磷释放是冬季高水位时期高阳平湖总磷的主要来源,蓄水期所淹没大量消落带所释放的磷为冬季末水华暴发提供条件.研究结果为后续定量分析磷形态的转化和分配奠定重要基础.

污泥在水热反应中的颗粒相转变规律及预热堵塞成因分析

本实验研究了不同温度条件下,污泥固体在水热反应中的颗粒相形态变化过程,以及有机质在固、液相间的转化规律,并根据实验结果对污泥预热堵塞过程及成因进行分析.结果表明,蛋白质和糖是水溶液中的主要大分子中间产物,当温度大于260℃时,污泥固体极不稳定,有机质快速溶出,同时固相沉降比(SV)迅速降低.在反应初期,固体颗粒脱水速度大于有机质降解速度,造成颗粒出现团聚、固结现象,这可能是污泥预热堵塞的主要原因.当温度低于220℃时,固相有机物分解缓慢并持续溶出到液相中,蛋白质和糖在溶液中持续累积.该条件下,颗粒相形态不会快速变化,从而较长时间内保持其絮体特征.

三峡澎溪河高阳平湖高水位期间磷-藻生态模型研究

通过在前期建立的总磷模型基础上建立磷-藻模型.从正磷酸盐所代表的无机磷和藻类生物量所代表的有机磷入手,分析蓄水期所累积的磷在高水位时期各种形态转化和循环机制,以期从定性和定量两方面说明冬季末水华暴发所消耗磷的来源.研究表明:高水位蓄水期、稳定期和水华期这3个阶段中各磷库磷通量各不相同.淹没消落带磷释放是该时期高阳平湖溶解性正磷酸盐的主要来源(占总输入通量的72.69%),其释放量与被淹没消落带面积和消落带水土界面磷交换速率有关,淹没消落带面积越多,磷交换速率越高,磷释放量越大,对整个磷循环的贡献越大.但水华期间藻磷的合成率最大仅为14.4%,藻类对冬季高水位期间所积累磷的利用量依然相对较低.

典型醇类物质超临界水氧化反应途径研究

采用自主设计的连续流动气封壁超临界水氧化反应装置,研究了典型醇类物质甲醇、乙醇和异丙醇在超临界水中氧化的反应途径,并归纳了醇类物质超临界水氧化反应的规律及特点。研究结果表明,甲醇超临界水氧化反应的主要中间产物为甲醛,同样条件下转化率较乙醇和异丙醇低;乙醇和异丙醇超临界水氧化反应的主要中间产物为丙酮、乙酸、乙醛和甲醇等。三种醇超临界水氧化过程中均涉及到大量活性自由基的相互作用,表现为脱氢、裂解和聚合等反应形式;产物包括碳链增长、不变、降低三种类型。总体来看,醇类物质超临界水氧化反应的趋势是向碳链降低的方向进行,即通过一系列中间产物最后生成CO2和水。

不同磷浓度下光强、温度对水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)生长的动力学

水华鱼腥藻是常见的有害水华藻种,但其在磷、光强、温度等生境要素协同作用下的生长动力学鲜见报道.本研究在Lehman模型、Steele模型基础上,设置8个PO3-4-P梯度:0、0.1、0.2、0.5、0.75、1.0、2.5、5.0μmol/L,4个温度水平:15、20、25和30℃和4个光强水平:1000、2000、3000和5000 lx,采取单因素实验方法进行水华鱼腥藻室内纯培养.Monod模型表明水华鱼腥藻最适生长温度和光强条件分别是20℃和3000 lx,最大比生长速率(μmax)和半饱和常数(KS)分别为0.447 d-1和0.081μmol P/L;分别用Lehman模型和Steele模型模拟水华鱼腥藻μmax在不同磷浓度下对连续变化的温度和光强的响应,Lehman动力学模拟结果表明水华鱼腥藻的最适生长温度为21.22±0.98℃,μmax和KS分别为0.421±0.011 d-1和0.055±0.009μmol P/L;Steele模型结果表明μmax和KS分别为0.461±0.010 d-1和0.051±0.009μmol P/L,水华鱼腥藻最适生长光强Ik为2650.93±88.19 lx.

紊流扰动对水华鱼腥藻细胞生理的影响

三峡水库成库以来,支流回水区频繁出现水华现象,成为近10年来我国水库生态学领域研究热点。水流条件是水华形成的主要诱导因素之一,合适的流速条件能给藻类生长营造有利的外部环境。温度、光照和营养盐是影响藻类生长的重要环境因子,在自然水体中随着深度的变化而变化。