来源:Frontiers of Agricultural Science & Engineering 发布时间:2022/1/4 11:17:10
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FASE | 前沿研究:长江中可溶性养分浓度和通量的历史变化趋势及生态环境影响

论文标题:Concentrations and fluxes of dissolved nutrients in the Yangtze River: Long-term trends and ecological impacts (长江中可溶性养分浓度和通量的历史变化趋势及生态环境影响)

期刊:Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者:Yandan FU, Jiahui KANG, ZiyueLI, Xuejun LIU, Wen XU

发表时间:21 Dec 2020

DOI:10.15302/J-FASE-2020344

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农业水资源

Agriculture & Water

Volume 8 • Number 4 • December 2021

▎论文ID

Concentrations and fluxes of dissolved nutrients in the Yangtze River: Long-term trends and ecological impacts

长江中可溶性养分浓度和通量的历史变化趋势及生态环境影响

期刊名称:Frontiers of Agricultural Science and Engineering(FASE)

发表年份 : 2021年

第一作者 : 付艳丹

通讯作者 : 许稳

: wenxu@cau.edu.cn

作者单位 : 中国农业大学资源与环境学院,国家农业绿色发展研究院

Cite this article :

Yandan FU, Jiahui KANG, ZiyueLI, Xuejun LIU, Wen XU. CONCENTRATIONS AND FLUXES OF DISSOLVED NUTRIENTS IN THE YANGTZE RIVER: LONG-TERM TRENDS AND ECOLOGICAL IMPACTS. Front. Agr. Sci. Eng., 2021, 8(4): 559–567 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2020344

• 文章亮点 •

1. 定量分析了长江中养分负荷和通量的历史变化趋势。

2. 可溶性硅的浓度和通量呈现下降趋势。

3. 可溶性无机氮和可溶性无机磷的浓度和通量呈现上升趋势。

4. 赤潮出现的频率及影响范围大幅度增加。

5. 大气氮沉降是影响可溶性无机氮负荷和通量的关键因素。

• 研究背景 •

河流是连接陆地生态系统和海洋生态系统的关键桥梁,但是陆地生态系统流失的养分也随河流进入海洋,进而引发了水体富营养化、赤潮和缺氧水体扩大等环境问题。大量研究表明,水体富营养化是赤潮形成的主要原因。其中氮、磷和硅是引起赤潮的关键影响物质。因此,研究水体中养分(氮、磷和硅)对河流和沿海生态系统的环境影响至关重要。

长江是欧亚大陆最长的河流,也是中国重要的经济发展区域。近几十年来,该地区强烈的人为干扰导致河流中养分浓度和通量发生了重要变化。当前大量研究报道了长江及临近海域的养分浓度、通量与环境影响。但是大部分侧重单一营养元素的研究,并且仅限于2000年之前收集的数据,缺乏长江中养分物质监测数据的系统梳理及分析。因此,本研究通过系统总结了长江流域的相关报道,定量分析了1960年以来长江中养分浓度和通量的变化趋势;阐明了河流中可溶性无机氮对主要氮素来源的响应;明确了长江中不同养分浓度变化对长江入海口及临近海域的生态环境影响。

• 研究结果 •

▎长江中养分浓度、通量及组分历史变化趋势

20世纪60年代和70年代,长江中可溶性无机氮和可溶性无机磷的浓度和通量保持稳定,但之后急剧增加。主要是因为该地区农业活动(过量施肥)、城市化(污水排放)和养殖规模增加(粪污难处理)。与此相反的是,可溶性硅呈现下降趋势,主要原因是大量水库和发电站建设影响了水体的流动。

图1 可溶性无机氮、磷及可溶性硅的浓度通量年际变化

▎主要的氮素来源与河流中可溶性无机氮负荷和通量之间的相关性

本研究重点分析了化学氮肥、动物粪便、污水污泥和大气氮沉降四种主要的氮素来源对长江中可溶性氮负荷的贡献。研究表明河流中氮的通量与四种氮素来源存在显著的线性关系。这表明不同来源的氮素可以用作预测河流中可溶性无机氮的预测因子。并且基于多元线性回归分析表明,化学氮肥和氮沉降是河流中氮通量的最重要的贡献源。综合报道表明,大气氮沉降在河流中可溶性无机氮的总负荷贡献率呈上升趋势,随着区域规划的实施,大气氮沉降可能成为流域和临近沿海生态系统氮素循环更重要的影响因素。

图2 1970-2009年期间长江中不同氮素输入来源的历史变化,以及变量和通量之间相关性

▎长江入海口和临近海域的生态环境影响

本研究系统总结了1980年以来报道的长江入海口及附近海域的赤潮发生次数和影响面积。1970-2000年之间,观测到的赤潮爆发次数从年度频率19次增加到116次,影响范围从0.4平方公里扩大到42.1平方公里。引发赤潮爆发的主要因素是水体中N:P:Si养分比率和通量的变化。随着长三角地区全面发展,可能进一步增加工业和生活污水的排放及化肥的施用,这将加剧对水体质量的负面影响。

图3 长江入海口及临近海域赤潮爆发的次数及影响面积

• 结 论 •

长江中的养分浓度和通量存在年际间差异。可溶性无机氮和可溶性无机磷呈现上升趋势,但是可溶性硅呈现下降趋势。主要的影响因素是工业和城市污水排放、肥料施用和大坝建设的增加。其中可溶性无机氮的变化与动物粪尿处理和大气沉降密切相关。

1970年至2000年,长江入海口及其附近海域的赤潮出现次数和影响范围都呈现显著增加。随着人为氮磷输入量增加以及水坝工程的修建,未来可能会加剧赤潮的发生。

可溶性无机氮输入的主要来源与河流中的氮通量呈现显著的正相关。这表明河流中氮的输入,尤其是化学氮肥和氮沉降可以作为河流中氮通量的预测因子。这将影响沿海生态系统的氮素循环。

摘要

Intensifying human activity in the Yangtze River basin has substantially increased nutrient concentrations in the Yangtze River Estuary, leading to degradation of the coastal environment. Analysis of nutrient determinations published over the past 50 years reveals a gradual decreasing trend in the concentrations and fluxes of dissolved silicate (DSi). However, both dissolved inorganic nitrogen (DIN) and dissolved inorganic phosphate (DIP) concentrations have increased significantly since the 1970s. The frequency of and area covered by red tide outbreaks have increased greatly during this period, mainly due to changes in nutrient supply ratios [i.e., N/P (DIN/DIP), N/Si (DIN/DSi), P/Si (DIP/DSi)]. A strong correlation was found between the riverine DIN fluxes and the estimated DIN inputs from the major N sources, particularly fertilizers and atmospheric deposition. The data provide a comprehensive assessment of nutrients in the Yangtze River basin and their ecological impacts and indicate a potentially significant influence of atmospheric deposition on DIN loadings and fluxes.

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