河流筑坝拦截的水环境响应来自地球化学的视角

　18420094ResourcesandEnvironmentintheYangtzeBasinVol.18No.4Apr.2009　　　:1004-8227(2009)04-0384-13———刘丛强1,汪福顺2,王雨春3,王宝利1(1.,550002;2.,201800;3.,100038)　:,“”、,、。,-。,,、()、、。,。:;;;:A　　。,90%。(C、N、P、Si)[1～3]。,(、)。:,[4]。,2080,。,。,,-[5],[6～12]。,25%[8,13]。,[14]。,“”,:LOICZ/SCOPE、NASQAN。、。,,,。1　20,。:1998,15m42000。800000,[15]。:2008-07-30;:2008-11-12:(90610037,40721002):(1955～　),,,,.E-mail:[e-mail]　　1,1950。50km2,1/3。7×104m3,98%。4×104m3,10%①。,31%,21%[13]。1　(5m)Fig.1　LargeDamsintheWorld,14.4×104kWh/a,47%,(20%)。(),,。24%,60%。79.6%,32.2%,,11.4%,8.5%。,,。(),,、、、。,。,“”,“”(RiverContinuumConcept,RCC)[16][17](FloodPulseConcept,FPC)“”。2　“”。“”。700%。,1。。,16～26。,60[18]。,、[19]。,[20]。2.1　、、,[13]。“”。,、、、。,,,,(、)[21,22]。,、,。,,“”“”。,`',,、[23～25]。:、。:(TN)(PN);(TP)80%①.　4　　　　　　　:———(PP)[1,26]。,。[1,2,27]),[28～33]。[34]。2.2　,“”。,,“”。,“”[35]。“”“”。,、。、,(/、、),。/,,、、、、、、/、[13,36～39]。,“”。,。,()(),。,。2.2.1　水库的界面反应、。,。,,(,)。,。2。2,,。。2　、Fig.2　Physical,ChemicalandBiologicalStratificationinWujiangduReservoir(Spring)386　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　18　　　DensimetricFroude(F):F=320(L/D)(Q/V),L=(m),D=(m),Q=(m3/s),V=(m3)。F1,。F,。F1,[40]。(-、-、、-)。-,[41]。,,,(,)、、[42～48]。[49～52]。,:,,。,、、。,。2.2.2　水环境演变与水生生态系统演化,、,“”“”[53～55]。。。、、。,,,。:,。,,(3)。。(PE-richPcy)-(Euk)-(PC-richPcy):10,PE-richPcy;20,EukPC-richPcy;30,PC-richPcy([56])。3　Fig.3　DistributionofPhytoplanktoninReservoirsinWujiangBasin,,,。、,[19,57～59]。,,“”[48,60]。2.3　,。。,,,。,。,、()[21,22]。,,。,387　4　　　　　　　:———。,,(、),,、、[19]。3　,、、,。,()。,-、,。3.1　,。,,[50,51,61～63]。,,CO2;CH4。:12%,90%[49]。,,。:(1),;(2)CO2CH4;(3)。。,[64]。:。CO2CH4。CO2CH4,CO2,CO2CH4。Aberg(2003)CO2,CO2,[65]。,CO2,CH4。、、、、,CO2CH4,220～4460mg/(m2·d)(CO2)3～1140mg/(m2·d)(CH4)[49]。,。,CO2,710mg/(m2·d)(CO2)[66]。Kienen(1991)CH490%[67]。,CH4CO2,CH4CO220[62],CH4。,,[51,63,64]。。,10CO2,6～8[68]。,:10,PetitSaut,3。[69]。,。,,,。,。,。,CO2CH4。388　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　18　:5mCH41～35～20μL/L;4005600μL/L①。[69]。Guérin,CH49%～33%,CO27%～25%。CH4()[63]。DelmasCH480%,3000mg/L[70]。,CH4CH4。3.2　,C、N、P、Si/,,[5～7,9,15,71,72]。,,[73～75];,,。,。,、,[76]。,。3.2.1　淹没植被的营养盐再生、。,。,。。:Kremenchug,,,75%,53%。,[19,76]。Campo:RíoNegro346,34%71%。,,。3.2.2　营养盐的拦截效应,、。。,,,。:。,。,[6,47,77,78]。,。,。,。(1)(),(),Redfield(106C∶15N∶1P),。。Kawara:14[79]。。Kootena2,,。,[57]。Jossette3:60%[47]。2%～7%13%～42%,[80]。Palmones,25%[81]。Teodoru,10%[74]。389　4　　　　　　　:———①.,2002:106.:,。()-。,,(4)。4　()Fig.4　DammingEffectofDissolvedInorganicPhosphorusintheMiaotiaoheCumulativeDams(Summer),。,[82]。Paul,80%,60%。,25%[73]。(2)、、、,/。N、P,、。,N、P,[83]。。,、。60%,[8],25%[84]。,,、、,,。80%[85],、。,[5]。,。(5)①。,[18,47,73,78～90]。5　Fig.5　HistoricalChangesinDissolveSiO2ConcentrationoftheDatongStationontheMainstreamofChangjiangRiver,“”。Jossette50%[47]。Humborg:,,(6)。6　[10]Fig.6　CorrelationBetweentheReservoirLiveStorageandDissolvedSiConcentration①.(1962～1984).390　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　18　　　。Humborg(1997)Nature:60,。60×104t[6]。,。Friedl(2004):4%,[77]。Teodoru[75]。:①,;②,。,。,。,,。3.2.3　营养盐再生矿化。,。,,(、)、,。Cole(1994)1835,87%CO2,,[91]。-、。,。。,,,。,。Mozeto(2001)Guarapiranga:NH+4278～339mg/(cm·a);(SRP)8～18mg/(cm·a)。N、P47%～70%10%～24%[92]。,:,,。7(,,)。7　()()Fig.7　ReleasingCharacteristicsofPhosphorusfromSedimentsofWujiangduandDongfengReservoirs,(1974)(1992),,。,。1。1　-Tab.1　DiffusionFluxesofNutrientsBetweenSediment-waterInterfaceofWujiangduandDongfengReservoirs(mg/m2·d)2003-122004-042004-07PO4-PDSi(SiO2)0.180.100.092.463.081.9538.4471.3175.60121.21108.36272.61　　,、391　4　　　　　　　:———、。,。3.2.4　生源要素比例变化,,[9,88]。,Si∶N[93,94]。。Si、N、P16∶16∶1。。[11,95,96]。;-/。-[88]。,。。、[75]。,。8:,(、)Si∶PN∶P。(),Si∶PN∶P。,N∶P。Redfield(),Si∶N1,1,。Si∶PN∶PRedfield(Si∶N∶P=16∶16∶1),。,Si∶N1,。,。8　()Fig.8　MolarRatioChangesBetweenNutrientsAlongtheSixCumulativeReservoirsofMaotiaoheDrainageBasin392　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　18　4　,。,[35],。20。、。,“”[5,97,98]。,,、、、,,,“”。、,。,、,。;、。,,。,。:[1]　MEYBECKM.Carbon,nitrogen,andphosphorustransportbyworldrivers[J].AmericanJournalofScience,1982,282:401～405.[2]　ITTEKKOTV.Globaltrendsinthenatureoforganicmatterintheriversuspensions[J].Nature,1988,332:436～438.[3]　SCHLESINGERWH,MELACKJM.Transportoforganiccarbonintheworld'srivers[J].Tellus,1981,33:172～187.[4]　,,　,.,Ⅰ.[M].:,2000.[5]　ITTEKKOTV,HUMBORGC,SCHFERP.Hydrologicalalterationsandmarinebiogeochemistry:Asilicateissue?[J].Bioscience,2000,50(9):776～782.[6]　HUMBORGC,ITTEKKOTV,COCIASUA.EffectofDanubeRiverdamonBlackSeageochemistryandecosystemstructure[J].Nature,1997,386:385～388.[7]　MILLIMANJD.Blesseddamsordamneddams?[J].Nature,1997,386:325～326.[8]　HUMBORGC,CONLEYDJ,RAHML,etal.Siliconretentioninriverbasins:Far-reachingeffectsonbiogeochemistryandaquaticfoodwebsincoastalmarineenvironments[J].Ambio,2000,29(1):45～50.[9]　KELLYVJ.Influenceofreservoirsonsolutetransport:aregional-scaleapproach[J].HydrologicalProcesses,2001,15:1227～1249.[10]　HUMBORGC,BLOMQVISTS,AVSANE,etal.HydrologicalalterationswithriverdamminginnorthernSweden:Implicationsforweatheringandriverbiogeochemistry[J].GlobalBiogeochemicalCycles,2002,16(3):211～213.[11]　HUMBORGCM,PASTUSZAK,AIGARSJ,etal.Decreasedsilicaland-seafluxesthroughdammingintheBalticSeacatchment