乌江流域梯级水库系统中溶解有机质与重金属的生物地球化学研究及其环境效应

随着乌江梯级电站建设计划的逐步完成，乌江成了典型的"蓄水河流"。它可能表现出完全不同于天然河流的水环境演化特征。水库水动力减缓导致的湖泊沉积作用和水生生物同化吸收等作用的改变，将使河流输送物质的组成及通量的时空过程发生明显变化。本项目拟采用超滤分离，三维荧光光谱表征以及ICP-MS测量等技术，结合相应的水文资料对乌江流域梯级水库水体中不同相对分子质量的溶解有机质组分(尤其是胶体物质)的结构性质，以及与其结合的重金属进行两个水文年度的观测研究。对于了解乌江梯级水库系统水生生态环境中特殊的生物地球化学过程具有特殊的科学和现实意义。

本研究利用超滤技术将水体中的溶解有机质进行分离，测定不同相对分子量组分有机质的化学组成，三维荧光光谱特征以及重金属含量。结果表明：超滤与三维荧光光谱的结合可以表征不同类型荧光物质相对分子量的分布规律，揭示它们的来源以及组分差异。发荧光物质主要存在于真溶液(<1 000)中。随着有机质的相对分子量增加，各类荧光物质含量均减小。不同相对分子量组分中的荧光物质存在差异。类蛋白荧光物质在各种相对分子量的组分中均有分布，而类富里酸荧光物质则集中在相对分子量较小(<10KD)的组分中。同时，水体内部三维荧光光谱的变化能够指示水体内部有机质的生物地球化学循环作用。水体在丰水期和枯水期的荧光峰存在差异。丰水期主要存在4种类型的荧光峰：类富里酸荧光A峰和C峰，类蛋白荧光峰B峰和D峰。整个乌江水库水体剖面受内部强水动力作用的影响主要发生有机质的氧化降解作用。枯水期则只表现出3种类型的荧光峰，类富里酸荧光峰C不明显，原因可能是此时水库处于蓄水状态，内部生物活动作用显著，产生的类蛋白荧光物质强度较大从而掩盖峰C的强度。72m以上水体主要发生有机质的氧化降解作用，72m以下随着厌氧还原环境的形成，沉积物向水体重新重新释放部分难降解的有机质。此时，原本强度被掩盖的荧光峰C明显出现在1 000-10 000组分中。不同相对分子量组分的重金属含量测定结果显示：95％以上的金属元素分布在<1KD的溶液中，1-10KD和＞10KD组分的溶液中重金属含量分布仅占1-2％，因此有机颗粒在水体对重金属的作用并不明显。不同重金属在不同大小分子量组分中的分布无明显规律。“蓄水河流”段内处于不同演化时期的水库有机质来源以及重金属含量无明显差异，说明筑坝对有机质和重金属含量的影响也不明显，但这点并不排除由于水体中重金属含量较低，表现出来的趋势存在不太明显的可能。