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近一个世纪以来，人类活动显著影响着河流生源要素的输送与迁移转化，其中，水利大坝的修建对河流生态系统的扰动最为显著和广泛。河流筑坝影响水、沉积物、营养盐、生物种群等的流动，进而改变了生源要素的生物地球化学循环过程和营养盐的输送。大坝拦截使水力滞留时间延长，更多的营养元素被浮游生物或大型水生植物吸收，深水水库由于有机质的沉降和矿化分解，导致下层水体缺氧，发生反硝化作用。大坝拦截对营养盐的截留改变了营养盐的输送通量，同时也打破了营养盐结构平衡，进而影响河口浮游植物的群落结构和水生生态系统平衡。然而，以往的研究重视单一水库，缺乏对梯级水库群累积效应的研究；重视水库出入水碳、氮、磷、硅通量变化研究，对水库碳、氮、磷、硅生源要素的来源、迁移和转化的关键过程机理研究不足。本研究于2016年1、4、7、10月对嘉陵江中下游4座不同类型梯级水库进行年度时间序列的水样采集，包括每座水库的入库水、库区剖面水和下泄水。基于水化学、pH、DO、水温、DIC浓度及δ13CDIC、SO2- 4浓度及δ34SSO4-δ18OSO4、氮、硅营养盐浓度、δ15NNO3、δ18ONO3数据，探讨了嘉陵江梯级筑坝对碳、氮、硫为主的生源要素生物地球化学循环的影响，重点关注决定水库生源要素来源、转化和耦合特征的主要过程。经研究，得出以下认识： (1) 梯级水库群水化学特征：全年TZ+均值为3.42 meq?L-1，大于世界河流平均值(1.125meq?L－1)。相对于1980年，Ca2+浓度几乎保持不变，Na+、K+均有增加，人为输入对水化学组成的影响增加。全年TZ－均值为3.64 meq?L-1。阳离子以Ca2+、Mg2+为主，阴离子以HCO3-、SO42－为主。Na离子校正元素摩尔比指示研究区水化学组成受碳酸岩、硅酸盐矿物风化、大气降水和人为排污的共同影响。 (2) 筑坝拦截对水温、pH及DO季节分层的影响：夏秋季，亭子口水库出现了明显的温度、DO及pH分层，其他水库出现弱分层或无明显分层，水库库容、水深和水力滞留时间是季节分层的关键影响因素。经过梯级水库拦截，水体DO含量和水温沿河流流向微弱下降，且酸化趋势明显，影响机制为水生生物光合-呼吸作用转换影响下CO2/CO32-比变化。 (3) 筑坝拦截对河流DIC循环的影响：冬春季水体DIC浓度大于夏秋季DIC浓度，符合降水稀释效应。梯级拦截后，水体δ13CDIC逐渐变轻，体现水库累积改造作用和支流汇入影响。受水生生物/有机质光合-呼吸/分解作用转换影响，夏秋季，亭子口水库DIC浓度随水深增加而增加，同时伴随δ13CDIC变轻。夏秋季，DIC更多受内源有机质和生物过程影响；冬春季，更多受碳酸岩风化端元影响。亭子口水库来源于OM的DIC比例最低(-8.5‰)，原因是库区生物光合作用＞呼吸作用，沿河流流向，这一比例递增。 (4) 筑坝拦截对河流硫循环的影响：研究区水体SO2- 4浓度春季＞夏季＞冬季＞秋季，显示SO2- 4浓度受降水稀释、支流汇入效应和人为输入的共同影响。夏季，亭子口水库水体SO2- 4浓度随水深增加而增加，同时，伴随着δ34SSO4变重，指示硫酸盐还原 (BSR, Bacterial Sulphate Reduction)与硫化物氧化过程的耦合。梯级拦截后，SO2- 4浓度沿流向增加，δ34SSO4逐渐变重，指示人为输入和支流汇入对SO2- 4的显著影响。研究区水体SO2- 4来源包括黄铁矿氧化、人为输入(污水、化肥等)及酸雨，其中最重要的来源是黄铁矿氧化；同时，受BSR分馏过程的显著影响。 (5) 筑坝拦截对河流氮、硅营养盐循环及硝酸盐氮氧同位素的影响：经过梯级水库拦截，水体TDN年均浓度比原始河流增加了18.25%，NO3--N增加了57.84%，DSi年均浓度增加了1.4%，显示水库氮拦截效应被人为排放和支流汇入效应所抵消。梯级水库群在河流NH4+-N循环体系中充当“汇”的角色，经过梯级拦截，水体NH4+-N浓度年均值比原始河流降低了16% ，原因是NH4+-N相对于其他无机氮形态拥有更高的泥沙吸附沉降效率。梯级拦截后，表层水氮硅比沿河流流向逐渐下降，未来下游河流浮游植物硅限制会加剧。夏季，亭子口水库水体NO3--N、TDN浓度随水深增加而增加，伴随着NH4+-N浓度和氮硅比下降，指示表层水生物同化、水柱硝化、硅藻壳溶解过程。新政水库、东西关水库和草街水库TDN/DSi比随着水深增加同样呈增加趋势。研究区水体NO3-主要来源于土壤硝酸盐、牲畜排泄物、生活污水、硝酸盐肥料及铵肥等。枯水期，研究区NO3-更多的来源于人为输入，丰水期主要来源于土壤N，同时，水体δ15NNO3受生物同化及反硝化过程分馏效应影响显著。夏季，亭子口水库水体δ15NNO3值随着水深增加先变轻后变重，同时NO3-浓度增加，指示表层水生物同化、水柱硝化及反硝化共存。同位素信号指示其他水库存在氮的多种转化过程，包括生物同化(+δ15NNO3)→硝化反应(-δ15NNO3)→反硝化反应(+δ15NNO3)存在。 (6) 梯级水库群碳、氮、硫耦合机理研究：经相关性分析、主成份分析和线性回归分析显示，水库碳、氮、硫耦合以水库生物泵作用为核心、水体关键界面为发生场所，且与水库特点密切相关(水深、库容、水动力、管理方式)。主要耦合过程包括：浮游植物光合-呼吸作用、有机质降解、硝化及硫化物氧化、反硝化及BSR。其中，碳、氮耦合主要受生物光合-呼吸作用、同化作用及硝化-反硝化作用耦合影响，碳、硫耦合主要生物光合-呼吸作用、硫化物氧化、BSR及生物硫降解作用影响。