摘要
在河流生态系统中，不同形态的氮磷具有不同的化学反应性和生物可利用度，故氮磷的形态较总含量更能有效反映水体富营养状态和风险。筑坝极大地改变了河流氮磷的形态与输送，影响了水环境质量和生态系统安全。西南地区是我国水资源的富集区，占全国水能资源的75％以上。自上世纪50年代以来，人们在此地区的大型河流逐级修建了大量水库。本论文拟将在干流上已建成10级以上梯级水库的西南大河——澜沧江和乌江作为研究对象。通过系统全面地对澜沧江干支流、梯级水库（功果桥、小湾、漫湾、大朝山、糯扎渡和景洪）以及乌江上、中、下游代表性水库（普定、乌江渡和思林）进行样品采集。对比各梯级水库水体及部分水库沉积物氮磷含量及形态，以揭示不同梯级水库对河流氮磷的拦截和活化机理及控制因素。主要结论如下: (1)澜沧江水体总氮(TN)和总磷(TP)含量范围分别在0.13～2.30 mg/L和0.01～0.35 mg/L间。溶解态是氮磷的主要存在形式(TDN/TN＞90％，TDP/TP＞67％)。溶解态氮(TDN)在大型水库（小湾和糯扎渡）的含量低于河流干流，溶解态磷(TDP)在梯级各水库的含量均明显高于河流段。空间上，颗粒态氮磷(PN，PP)在大型水库区域因水体滞留时间长，水动力条件减弱，从河流至水库显示出明显的含量降低现象;溶解态氮磷受人口和农业生产活动带来的外源输入影响，在中下游水体中的含量增高，使得该地区富营养化风险增大。 (2)澜沧江各梯级水库水环境特征垂向差异显著，4月，大型水库（小湾和糯扎渡）的水温(T)、溶氧(DO)和pH垂向波动大于其它水库，也大于12月的相同水库，分层现象明显。氮磷受此影响，在两个大型水库的水剖面内显示出明显的颗粒态与溶解态的相互转化，表层因生物光合作用强，PN和PP含量较高。在温跃层内，PN和PP在沉降过程中被分解使得TDN和TDP增加。温跃层后，表层合成的颗粒态氮磷沉降过程中因溶解氧(DO)降低，好氧分解和硝化作用减弱得以部分保存，与外源输入的一同成为了底层溶解态氮磷的重要潜在来源。 (3)澜沧江梯级水库一方面表现出明显的氮磷滞留效应，从入库水到下泄水，大部分水库的TN和TP浓度降低，TN浓度的变化率均值为-0.281％±17.3％，TP为-21.4％±32.0％。另一方面，也显示出了对氮磷的活化效应，氮磷在库区经过生物地球化学循环后，形态发生转变，下泄水较入库水的TDN和TDP含量普遍增加， (4)由于梯级水库的拦截和活化效应，澜沧江从上游到下游，溶解态氮磷含量持续增加。这一过程有利于中下游水库反硝化作用增强，消耗了大量的TDN。因此，上游到下游水库的下泄水中的TDN含量从逐渐降低。而TDP受下游水库温度升高引起的生物光合作用增强和深层水体的缺氧环境影响，活化效应增加，在各水库下泄水中的含量逐级增加。因此，梯级水库的累积效应增加了对氮的拦截，降低了对磷的滞留。 (5)受中下游人为污染输入影响，乌江渡水库水体总氮浓度最高，为3.92±0.50 mg/L，总磷浓度在此坝前到下游急剧抬升为上游的2～3倍，达到0.04～0.06 mg/L;坝前沉积物含有大量的高释放风险的铁铝活性磷（1310.3±1003.3 mg/kg），可能成为下游的潜在污染源。 (6)乌江中下游水库较强的生物作用加快了氮磷的活化速度，提高了活性磷的浓度，反而减低了沉积物有机磷的生物拦截效率。除乌江渡水库外，其它水库沉积物中以钙结合态磷为主（占无机磷的60％以上）。梯级水库修建后，泥沙含量大幅降低，可能是下游水库沉积物钙结合态磷浓度降低的主要因素。 总体上，澜沧江和乌江中下游受人为污染影响氮磷含量增加，但两个流域梯级水库氮磷循环机制显示出较大差异。澜沧江梯级水库因水体滞留时间更长和底层水体溶氧较低，氮磷拦截后的活化效率高。乌江梯级水库由于水体普遍处于有氧状态、停留时间短和泥沙量减少，加上较强的生物作用加快了氮磷的活化速率，下游水库溶解态磷的拦截效率不高。从河流氮磷输运的角度看，两个流域梯级水库的累积效应均使得水库对生源要素的“活化”效率增强、“拦截”效应减弱，增大了富营养化发生的风险。因此，梯级水库的运行管理中，不仅要考虑其对河流总氮总磷输运的影响，还要考虑其对氮磷形态的改变效应。
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