研究生知识库

河流是连接陆地和海洋进行物质与能量交换的的重要枢纽，河流水化学受到气候、岩石风化、人类活动等环境因子的综合作用，而土地利用是人类活动作用于河流生态系统最显著的表现形式。赤水河位于云、贵、川三省的接壤地带，是长江流域唯一一条干流没有修筑水利大坝的一级支流，赤水河流域属于长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区的重要组成部分，也是我国重要的水源涵养地区，承载着重要的生态环境功能。近年来，尽管赤水河流域主要干流的水质仍然较好，但随着流域内工业和城市化建设进程的加快，流域环境逐渐趋于恶化，植被破坏、水土流失、土地石漠化日益加剧，河流水环境质量明显退化，显著的影响了流域的生态环境。本研究通过对赤水河全流域干流与主要支流进行系统采样，调查了流域目前的水质状况，基于水化学和同位素地球化学方法，分析了流域河水主要溶解质来源，估算了流域岩石风化速率与大气CO2消耗速率，并在此基础上结合流域岩性和土地利用分析了流域土地利用对河流水化学与流域化学风化的影响，得到的主要结论如下：（1）赤水河流域目前整体水质状况较好，在测试的水质指标中，DO、CODMn、NH+ 4-N等水质指标基本都达到了《地表水环境质量标准》中的II类标准以上，重金属元素Cu、Zn、As、Cr、Pb均达到了标准当中的I类标准，但河水仍然存在着不同程度的N、P污染，并且有少数支流水质状况较差，从赤水河流域的生态环境功能来看，流域整体水质还需要提高。（2）赤水河流域河水总体呈弱碱性，阳离子组成以Ca2+、Mg2+为主，碳酸盐岩风化对河水阳离子的平均贡献率达到76.9%，大气来源、人为活动输入、蒸发岩溶解、硅酸盐岩风化对河水阳离子的平均贡献率分别为8.7%、2.4%、3.8%、8.3%；河水阴离子组成以HCO- 3、SO2- 4为主，与乌江等河流相比，河水中SO2- 4含量较高而HCO- 3含量较低。流域硅酸盐岩风化速率与大气CO2消耗速率分别约为6.5 t/(km2·a)、1.6×105 mol/(km2·a)，与其他位于西南喀斯特地区的河流接近。流域碳酸盐岩风化速率约为72 t/(km2·a)，大气CO2消耗速率约为3×105 mol/(km2·a)。硫酸的参与使得赤水河流域碳酸盐岩风化速率估算结果提高了约30%，而相对于其他西南喀斯特地区的河流，由于河水中SO2- 4含量较高而HCO- 3含量较低，使得估算结果中其风化过程具有较低的大气CO2消耗速率。（3）通过流域土地利用对河流水质的影响分析结果发现，流域耕地、草地、城乡居住用地对河流营养物有“源”的作用，而林地对河流营养物具有“汇”的作用。受雨季降雨等自然因素的影响，土地利用对水质的影响还存在季节差异，枯水期土地利用与水质指标的相关性更强。土地利用分布格局对河流水质具有一定的影响，并且对水质的影响也存在着季节差异，丰水期景观格局指数与水质指标的相关性要大于枯水期。（4）通过结合20个子流域岩性组成、土地利用结构和DIC及其稳定同位素发现，流域岩性是控制河水DIC浓度的主要因素，但流域植被覆盖能够增加河流DIC浓度并使δ13CDIC偏负。流域城乡居住用地与河水TDS浓度和通量均具有正相关关系，表明流域内的人为活动强度对河水TDS浓度和通量具有一定的影响，而流域河水主离子主要受碳酸盐岩风化控制，因此人为活动可能加速了流域碳酸盐岩风化，但具体如何作用和影响，还需要进一步研究。