韓錦誠(chéng) 王丹陽(yáng) 湯顯強(qiáng) 黎睿

摘要：洞庭湖水環(huán)境營(yíng)養(yǎng)狀況與水沙情勢(shì)密切相關(guān)，水沙情勢(shì)變化使湖區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽賦存狀態(tài)發(fā)生改變，進(jìn)而對(duì)長(zhǎng)江中下游流域的水生態(tài)安全造成影響。梳理了20世紀(jì)50年代以來(lái)洞庭湖區(qū)水沙情勢(shì)與營(yíng)養(yǎng)鹽賦存狀況的變化特征，總結(jié)了水沙條件與營(yíng)養(yǎng)鹽賦存關(guān)系的相關(guān)研究進(jìn)展。結(jié)果表明：受下荊江裁彎、葛洲壩截流、三峽水庫(kù)運(yùn)行等因素影響，荊江三口分流分沙減少，洞庭湖泥沙淤積趨緩，同流量下湖區(qū)水位下降。近30 a洞庭湖水體氮磷污染程度加深，沉積物氮磷污染未見顯著惡化。三口分流量的減少直接導(dǎo)致水環(huán)境容量減小，使總氮濃度升高；分沙量的減少降低了湖區(qū)顆粒態(tài)磷含量，使總磷濃度減小、溶解態(tài)磷占比升高；洞庭湖淤積泥沙營(yíng)養(yǎng)鹽釋放是影響湖區(qū)水體氮、磷含量的重要因素；湖區(qū)水位變化引起的洲灘干濕交替及水生植物群落改變，促進(jìn)了沉積物中氮、磷蓄積并增加上覆水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量。研究成果可為水沙與水環(huán)境耦合關(guān)系研究提供支撐，為面向湖區(qū)水環(huán)境改善的水沙調(diào)控提供參考。

關(guān)鍵詞：營(yíng)養(yǎng)鹽； 水沙情勢(shì)； 洞庭湖； 荊江三口； 三峽水庫(kù)

中圖法分類號(hào)： X143；P333

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.04.011

0引 言

洞庭湖是中國(guó)重要的淡水湖泊濕地，發(fā)揮水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)等重要生態(tài)功能［1］，其水環(huán)境質(zhì)量對(duì)湖泊乃至流域的生態(tài)安全至關(guān)重要。近30 a來(lái)，在人口增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響下，洞庭湖受納污水增多、面源污染加重，給湖區(qū)水環(huán)境帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為水體和沉積物中氮、磷含量升高［2］。

湖泊營(yíng)養(yǎng)鹽含量與水沙情勢(shì)密切相關(guān)。一方面，水沙是營(yíng)養(yǎng)鹽的載體，入湖水沙及水沙中氮磷含量變化直接影響湖泊營(yíng)養(yǎng)鹽收支；另一方面，湖區(qū)水文情勢(shì)改變通過調(diào)整氮磷的沉降懸浮等過程影響營(yíng)養(yǎng)鹽在水體和沉積物中的分布。例如，泥沙淤積導(dǎo)致湖泊面積減小，水環(huán)境容量下降，水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度升高［3］；水位變化引起洲灘周期性淹沒-落干，改變沉積物化學(xué)生物特征，進(jìn)而影響沉積物-水界面的營(yíng)養(yǎng)鹽遷移轉(zhuǎn)化［4-5］。

洞庭湖是典型的吞吐型通江湖泊，承納荊江三口（松滋口、太平口、藕池口）分泄長(zhǎng)江來(lái)水來(lái)沙，集四水（湘、資、沅、澧）徑流匯入，經(jīng)東、西、南湖區(qū)調(diào)蓄后由城陵磯匯入長(zhǎng)江，其水沙情勢(shì)復(fù)雜多變。利用歷史水沙數(shù)據(jù)，學(xué)者已對(duì)湖區(qū)水沙情勢(shì)做了較多研究，取得了荊江三口分流分沙減少［6］、洞庭湖盆由淤轉(zhuǎn)沖［7］、同流量下湖區(qū)水位下降［8］等規(guī)律性認(rèn)識(shí)。與此同時(shí)，對(duì)湖區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽賦存的研究也在近20 a逐漸興起，主要關(guān)注水體、沉積物中氮磷含量、形態(tài)、時(shí)空分布，以及對(duì)水沙情勢(shì)變化的響應(yīng)。

近年來(lái)，隨著三峽及上游水利工程的建設(shè)運(yùn)用，洞庭湖區(qū)水沙情勢(shì)進(jìn)行著新一輪的調(diào)整，湖區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽含量、分布格局也相應(yīng)發(fā)生變化。由此，本文梳理三峽水庫(kù)運(yùn)行前后荊江-洞庭湖水沙情勢(shì)及湖區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽賦存的研究進(jìn)展，總結(jié)水沙情勢(shì)變化對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽含量、形態(tài)及分布的影響，為水沙與水環(huán)境耦合關(guān)系研究提供支撐，為面向湖區(qū)水環(huán)境改善的水沙調(diào)控提供參考。

1數(shù)據(jù)來(lái)源及處理方法

荊江三口分流分沙數(shù)據(jù)來(lái)源于長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局荊江水文水資源勘測(cè)局；洞庭湖水位與淤積量數(shù)據(jù)來(lái)源于湖南省水情日?qǐng)?bào)表（http：∥slt.hunan.gov.cn/hnsw/）和湖南省水利水電勘測(cè)總院；洞庭湖水體氮磷數(shù)據(jù)來(lái)源于湖南省洞庭湖生態(tài)環(huán)境研究中心；沉積物2012～2016年氮磷數(shù)據(jù)來(lái)自湖南省洞庭湖生態(tài)環(huán)境研究中心，1985，2004，2008，2017，2018年氮磷數(shù)據(jù)分別來(lái)自文獻(xiàn)［9-13］。

本次研究數(shù)據(jù)收集遵循時(shí)空一致原則，盡可能保證水沙、營(yíng)養(yǎng)鹽逐年數(shù)據(jù)資料在水期（豐、枯水期）、監(jiān)測(cè)取樣站點(diǎn)（斷面）、檢測(cè)方法上相一致。采用SPSS軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2荊江-洞庭湖水沙情勢(shì)

2.1三口分流分沙

三峽水庫(kù)蓄水前，對(duì)三口分流分沙的研究主要是使用長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開展趨勢(shì)、突變識(shí)別等統(tǒng)計(jì)分析，2003年三峽水庫(kù)建成后，逐漸關(guān)注三峽水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用對(duì)其影響。三峽水庫(kù)蓄水前，荊江三口分流分沙以下荊江裁彎、葛洲壩截流為節(jié)點(diǎn)呈階段性遞減趨勢(shì)，年均分流量由下荊江裁彎前（1956～1966年）的1 332億m3減小至三峽水庫(kù)蓄水前（1981～2002年）的685億m3，同期分沙量由19 600萬(wàn)t減少至8 660萬(wàn)t（圖1），主要衰減階段在下荊江裁彎期（1967～1972年）以及葛洲壩截流后（1981～1990年），其中分流比在兩時(shí)段降幅分別高達(dá)31%和25%。眾多研究認(rèn)為，導(dǎo)致三口分流分沙下降的原因主要包括荊江河床沖刷、三口洪道泥沙淤積、口門附近干流水位下降及干流河勢(shì)變化［14-16］。1991～2002年，三口分流分沙量無(wú)明顯變化，這可能是由于荊江沖刷趨勢(shì)減弱［17］。

三峽水庫(kù)蓄水后，三口分流比下降、分沙比上升：分流比由蓄水前（1991～2002年）的14%減小至蓄水后（2003～2018年）的11%，同期分沙比由16%上升至23%（圖1）。李景保［18］、朱勇輝［19］等通過分析實(shí)測(cè)資料認(rèn)為，三峽水庫(kù)蓄水后長(zhǎng)期清水下泄導(dǎo)致荊江河段嚴(yán)重沖刷，三口口門水位降低，斷流時(shí)間延長(zhǎng)，使三口分流比減小，同時(shí)受河道沿程泥沙沖刷補(bǔ)給的影響，三口分沙比增加。與1991～2002年相比，2003～2011年荊江三口年均分流量減少185億m3，其中由于三峽水庫(kù)的調(diào)蓄作用使三口年均分流量減少約39.2億m3，占總減少量的20%［20］。三口分沙量銳減的主要原因是水庫(kù)運(yùn)行導(dǎo)致長(zhǎng)江干流來(lái)沙量大幅減少，枝城站年均輸沙量由1981～2002年的46 600萬(wàn)t降低至2003～2019年的4 610萬(wàn)t，降幅高達(dá)90%［21］，同期三口年均輸沙量減少7 775.2萬(wàn)t，降幅高達(dá)8999%，這也導(dǎo)致三口徑流含沙量減少，其中2003～2010年松滋口、太平口、藕池口含沙量?jī)H為022，019，0.37 kg/m3，進(jìn)入洞庭湖的水趨近于清水［21］。

2.2湖區(qū)沖淤及水位

三口入湖泥沙量變化是影響湖區(qū)沖淤的主要因素［22-23］，1950年代至今，隨著三口入湖沙量不斷減少，洞庭湖經(jīng)歷了由淤積到?jīng)_刷的變化過程，如圖2所示。

三峽水庫(kù)蓄水前，洞庭湖盆淤積較嚴(yán)重，學(xué)者主要關(guān)注其淤積量和分布。施修端等［24］利用輸沙量法與地形法測(cè)算得到1956～1995年間洞庭湖年均淤積量、淤積體積、淤積厚度分別為0.8億t、0.57億m3和0018 m；高俊峰等［25］采用GIS數(shù)據(jù)處理法分析1974～1998年間湖區(qū)淤積空間分布，發(fā)現(xiàn)泥沙淤積量由東向西逐漸減少，但西洞庭湖由于面積最小，平均淤深最大。盡管湖區(qū)泥沙淤積總量不斷升高，但淤積速率逐漸下降，年均淤積量由1960年代的1.82億t降至1990年代的0.69億t，平均下降速率0.03億t/a。

三峽水庫(kù)蓄水后，學(xué)者轉(zhuǎn)而關(guān)注水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行對(duì)湖盆沖淤的影響。周永強(qiáng)等［26］研究發(fā)現(xiàn)，隨著三峽水庫(kù)蓄水階段的逐步推進(jìn)，洞庭湖泥沙淤積迅速趨緩，年內(nèi)沖刷時(shí)間延長(zhǎng)，在二期蓄水階段開始轉(zhuǎn)變?yōu)闆_刷為主。2006年1～9月，洞庭湖泥沙沖刷量首次超過淤積量，湖盆沖刷總量為222.7萬(wàn)t［27］。三峽水庫(kù)全面性蓄水后（2008～2014年），洞庭湖盆沖刷態(tài)勢(shì)進(jìn)一步增強(qiáng)，年均沖刷980萬(wàn)t。另外，湖區(qū)大規(guī)模的采砂活動(dòng)也加速了湖盆侵蝕，湖區(qū)年度控制采量約為7.5萬(wàn)t［28］。

長(zhǎng)期以來(lái)，洞庭湖遵循“汛期淤積、枯期沖刷”的規(guī)律。洞庭湖入湖沙量具有顯著季節(jié)性特征，年內(nèi)分配極為不均，其中汛期荊江三口輸沙量占全年的90%以上［29］，同時(shí)汛期洞庭湖出口水位較高，湖區(qū)水面比降在干流頂托作用下減小，水體流速減緩，易于泥沙淤落，枯水期入湖沙量大幅降低，同時(shí)水體流速增加，泥沙處于沖刷狀態(tài)［25］。三峽水庫(kù)蓄水后，洞庭湖沖刷時(shí)間延長(zhǎng)，淤積時(shí)間減少，2003～2010年，全年僅6～9月呈淤積狀態(tài)，其他月份均出現(xiàn)沖刷［30］。

對(duì)洞庭湖水位的研究始于1990年代，初期研究主要是基于數(shù)值模擬或水動(dòng)力學(xué)等方法分析預(yù)測(cè)三峽水庫(kù)運(yùn)行后洞庭湖水位的變化。如李大美等［31］利用水力學(xué)公式預(yù)測(cè)三峽水庫(kù)蓄水后城陵磯站水位變化，認(rèn)為三峽工程對(duì)城陵磯站水位影響最高可達(dá)0.64 m。三峽水庫(kù)運(yùn)行后，學(xué)者重點(diǎn)探究三峽水庫(kù)蓄水前后洞庭湖水位變化規(guī)律及驅(qū)動(dòng)因素，發(fā)現(xiàn)三峽水庫(kù)蓄水前，洞庭湖東、西、南各湖區(qū)水位總體呈上升趨勢(shì)，蓄水后則轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆第厔?shì)［32-34］（圖3）。

三峽水庫(kù)蓄水前，洞庭湖泥沙淤積速度趨于下降，但整體仍呈淤積狀態(tài)，湖床抬高，湖容減少，湖區(qū)水位升高［35］。賴錫軍等［36］采用耦合水動(dòng)力模型方法探究三峽水庫(kù)蓄水對(duì)洞庭湖水位的影響機(jī)制，認(rèn)為三口入湖水量減少使洞庭湖水位下降，同時(shí)長(zhǎng)江干流水位快速消落導(dǎo)致洞庭湖出口水力坡降增大，湖泊水體下泄速度加快，湖區(qū)水位下降。叢振濤等［37］研究發(fā)現(xiàn)三峽工程運(yùn)行后，長(zhǎng)江干流水位變化是城陵磯站水位下降的主要影響因素，影響比重可達(dá)65%。綜上，三口水沙輸移及湖區(qū)沖淤演變都是影響洞庭湖水位的重要因素，三峽水庫(kù)蓄水后，三口入湖水量顯著降低，加上湖區(qū)沖淤狀態(tài)的改變，水位有所下降。

洞庭湖年內(nèi)水位波動(dòng)具有明顯季節(jié)性特征，呈現(xiàn)漲（4～5月）-豐（6～9月）-退（10～11月）-枯（12月至次年3月）的周期性規(guī)律［38］。此外，湖區(qū)水位年內(nèi)變化幅度較大，豐枯水期水位落差可達(dá)5.21 m［39］。三峽水庫(kù)運(yùn)行后，水位年內(nèi)變幅減少，一方面，水庫(kù)的攔洪削峰效果明顯，汛期湖泊最高水位降低；另一方面，枯水期水庫(kù)向下游補(bǔ)水，全湖水位有所上升［40］。

3洞庭湖區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽賦存

3.1水體營(yíng)養(yǎng)鹽

三峽水庫(kù)蓄水前，洞庭湖TN、TP濃度均呈上升趨勢(shì)（圖4），其中TN濃度上升幅度較小，濃度范圍在112～1.55 mg/L之間，基本維持在Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn);TP濃度上升幅度較大，濃度范圍在0.03～0.15 mg/L之間，由Ⅲ類水下降至Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)［2］。三峽水庫(kù)蓄水后，洞庭湖TN、TP濃度變化趨勢(shì)相反，2003～2018年，湖區(qū)水體TN濃度顯著上升，TP濃度則顯著下降。從2010年起，洞庭湖TP濃度的年均值連續(xù)低于多年平均值，湖區(qū)首要污染物由TP轉(zhuǎn)變?yōu)門N?？傮w來(lái)說，洞庭湖近30 a氮磷污染程度加重，湖區(qū)氮污染惡化趨勢(shì)較磷更為顯著。

三峽水庫(kù)蓄水使磷形態(tài)組成發(fā)生了較大變化。三峽水庫(kù)蓄水前，湖區(qū)磷以顆粒態(tài)為主，其中1994～1996年，洞庭湖水體TDP/TP＜20%［41］；2001年，水體TDP/TP平均為36.5%［42］。三峽水庫(kù)蓄水后，洞庭湖磷逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)。2014～2015年，田琪等［43］對(duì)湖區(qū)10個(gè)斷面進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)全湖TDP/TP在46.3%～84.8%之間，平均66.7%。黃代中等［44］于2017年分析了湖區(qū)20個(gè)斷面水質(zhì)狀況，發(fā)現(xiàn)溶解態(tài)磷占比最高，可達(dá)86.8%，平均73.2%。

三峽水庫(kù)蓄水前后，洞庭湖TN濃度年內(nèi)變化特征基本一致，均為枯水期＞平水期＞豐水期；TP濃度年內(nèi)變化特征發(fā)生改變，由蓄水前的平水期＞枯水期＞豐水期轉(zhuǎn)變?yōu)樾钏蟮目菟冢酒剿冢矩S水期［45］。王崇瑞等［46］對(duì)1996～2014年洞庭湖不同季節(jié)TN、TP濃度進(jìn)行單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)TN、TP總體表現(xiàn)為枯水期＞平水期＞豐水期。氮磷比（N/P）通常被廣泛用于考察湖泊營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)，當(dāng)比值大于（小于）16時(shí)，氮（磷）污染則較為嚴(yán)重。田琪等［43］根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得出，洞庭湖豐、枯水期平均N/P差異較大，分別為13.9和23.9，說明豐水期磷污染程度更大，枯水期氮污染程度更大。

三峽水庫(kù)蓄水前后，洞庭湖TN濃度空間分布未發(fā)生改變，均為東洞庭湖＞南洞庭湖＞西洞庭湖，東、南、西湖區(qū)濃度范圍依次為1.46～1.84 mg/L，1.31～1.76 mg/L，1.11～1.45 mg/L［47］。TP濃度空間分布格局發(fā)生變化，西洞庭湖TP濃度下降，東、南洞庭湖TP濃度上升，由蓄水前的西洞庭湖＞東洞庭湖＞南洞庭湖轉(zhuǎn)變?yōu)樾钏蟮臇|洞庭湖＞西洞庭湖＞南洞庭湖［45］。

3.2沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽

洞庭湖沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽含量年際變化如圖5所示。與蓄水前（1985年）［9］相比，三峽水庫(kù)蓄水后湖區(qū)沉積物中TN含量在2012、2013年有所上升，其余年份變化較小。TP含量整體明顯下降，主要減少階段在湖區(qū)由淤轉(zhuǎn)沖后（2006年），2004～2008年降幅高達(dá)40%［10-11］；2012～2018年，沉積物中TP含量呈現(xiàn)出升高趨勢(shì)，由2012年的515 mg/kg上升至2018年的697 mg/kg［12］。尹宇瑩等［12］采用綜合營(yíng)養(yǎng)法對(duì)洞庭湖表層沉積物進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，認(rèn)為現(xiàn)階段湖區(qū)沉積物中氮、磷整體為中度污染，其中TP污染程度較大，達(dá)到重度污染水平。

注：部分年份（2004、2014、2015年）無(wú)TN檢測(cè)數(shù)據(jù)。

沉積物是營(yíng)養(yǎng)鹽的蓄積庫(kù)，其內(nèi)源氮、磷釋放會(huì)導(dǎo)致上覆水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量升高以至引起富營(yíng)養(yǎng)化。沉積物中生物可利用態(tài)氮、磷（BN、BP）含量越高，內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)鹽釋放能力越強(qiáng)［48］。BN主要來(lái)源為無(wú)機(jī)氮（NH3-N、NO3-N）和有機(jī)氮（ON）中可礦化態(tài)氮［49］。Wang等［50］研究發(fā)現(xiàn)，洞庭湖沉積物中NH＋4-N、NO-3-N含量分別為213.35 mg/kg和69.63 mg/kg，分別占TN的29.33%和9.55%。HN（酸解態(tài)氮）是可礦化氮的主要來(lái)源，王雯雯等［51］研究發(fā)現(xiàn)，洞庭湖沉積物中HN含量占TN的66.74%且與水體BN含量呈極顯著正相關(guān)，因此向上覆水體釋放潛力較大。無(wú)機(jī)磷（IP）是洞庭湖沉積物中磷的主要成分，約占TP的86%［52］，其主要形態(tài)可以分為酸結(jié)合態(tài)磷（HCl-P）和堿結(jié)合態(tài)磷（NaOH-P）。Zhu等［53］監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，洞庭湖沉積物中磷形態(tài)含量排序?yàn)镠Cl-P＞Res-P（殘?jiān)鼞B(tài)磷）＞OP（有機(jī)磷）＞NaOH-P。沉積物中NaOH-P和50%～60%的OP被稱為生物可利用態(tài)磷（BP），Wang等［54］研究發(fā)現(xiàn)，洞庭湖沉積物中BP含量平均為291 mg/kg，約占TP的41.4%，向上覆水的釋放風(fēng)險(xiǎn)較高。

根據(jù)Wang等［54］的監(jiān)測(cè)結(jié)果，洞庭湖沉積物中IP、OP含量均為汛期大于非汛期，且在不同水期差異較大。三口輸沙是洞庭湖沉積物的主要來(lái)源，Tian等［55］研究認(rèn)為，三口入湖泥沙中TP含量具有明顯季節(jié)性波動(dòng)，從旱季至汛期逐漸增加，因此湖區(qū)沉積物中TP濃度具有相似變化特征。

洞庭湖沉積物TN、TP含量具有明顯的空間及垂向分布規(guī)律，空間上表現(xiàn)為東洞庭湖＞西洞庭湖＞南洞庭湖［50，53，56-57］，垂向上隨深度的增加呈下降趨勢(shì)［13，54］，其中NH＋4-N、NO-3-N含量垂向變化趨勢(shì)相反，前者在0～8 cm隨深度增加逐漸降低，隨后緩慢增加，后者則先上升后下降［50］。

4洞庭湖區(qū)水沙情勢(shì)變化對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的影響

4.1三口分流分沙變化對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的影響

基于1990年代以來(lái)洞庭湖區(qū)水沙、營(yíng)養(yǎng)鹽數(shù)據(jù)，對(duì)氮磷與水沙因子進(jìn)行相關(guān)性分析（表1），發(fā)現(xiàn)TN、TP均與三口分流分沙量呈負(fù)相關(guān)。以往諸多研究認(rèn)為，荊江三口分流分沙不是洞庭湖水體氮磷的主要來(lái)源［58-59］，與本研究所得結(jié)果相符，但三峽水庫(kù)蓄水前后三口分流分沙的劇烈變化勢(shì)必會(huì)影響湖區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽水平。

三峽水庫(kù)蓄水前（1991～2002年），洞庭湖TN與三口分流量呈負(fù)相關(guān)，說明此階段湖區(qū)來(lái)水量較多，有利于維持水環(huán)境容量，減緩水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量升高趨勢(shì)。申銳莉［60］、張建明［61］等認(rèn)為，三峽水庫(kù)蓄水前洞庭湖年徑流量較大，換水周期短，使?fàn)I養(yǎng)鹽不易在湖內(nèi)滯留。因此，在1991～2002年間，除了1996、1998、1999年發(fā)生幾次較大規(guī)模洪水使湖區(qū)氮磷濃度陡增以外，其他年份變化幅度較小。

三峽水庫(kù)蓄水后（2003～2018年），湖區(qū)水沙情勢(shì)發(fā)生顯著變化，對(duì)水體、沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽含量產(chǎn)生較大影響。磷在長(zhǎng)江懸浮泥沙中主要以顆粒態(tài)存在，入湖泥沙量是影響洞庭湖TP水平的關(guān)鍵因素，學(xué)者一致認(rèn)為三峽水庫(kù)運(yùn)行導(dǎo)致的三口入湖沙量大幅減少是湖區(qū)水體、沉積物中TP濃度下降的主要原因［62-64］。此外，三口入湖營(yíng)養(yǎng)鹽通量與水量呈正比，三口分泄水量的減少使三口入湖營(yíng)養(yǎng)鹽通量顯著降低，與1999～2002年相比，2010年三口TP入湖通量減少了5236%［55］，也是三峽水庫(kù)蓄水后洞庭湖水體、沉積物中TP濃度下降的原因之一。另一方面，三口徑流量減少會(huì)導(dǎo)致湖區(qū)水環(huán)境容量下降、湖區(qū)換水周期延長(zhǎng)，增加水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度上升風(fēng)險(xiǎn)［58，65］。胡光偉等［66］認(rèn)為，2008～2015年間，三峽水庫(kù)正處于蓄水至175 m最高水位的關(guān)鍵時(shí)期，導(dǎo)致三口分流量較前期減少幅度提高，水體TN濃度相應(yīng)升高。

三峽水庫(kù)運(yùn)行后下游徑流過程改變使洞庭湖豐、枯水期水質(zhì)狀況發(fā)生變化。張光貴等［67］認(rèn)為，三峽水庫(kù)枯水期向下游補(bǔ)水，使城陵磯出口長(zhǎng)江水位上升，對(duì)洞庭湖頂托作用增強(qiáng)，洞庭湖出流減緩，水力停留時(shí)間增加，氮、磷等污染物質(zhì)滯留系數(shù)增大，水體稀釋自凈作用相對(duì)減弱，TN、TP濃度相對(duì)升高。這與王婷等［64］的結(jié)論有所差異，她認(rèn)為三峽水庫(kù)運(yùn)行使洞庭湖枯水期和泄水期大部分時(shí)段的水環(huán)境容量增大，汛期和蓄水期大部分時(shí)段下的水環(huán)境容量減小，因此三峽水庫(kù)運(yùn)行在一定程度上可以改善洞庭湖在枯水期和泄水期的水質(zhì)。

三峽水庫(kù)運(yùn)行后泥沙過程的改變是洞庭湖水體、沉積物磷營(yíng)養(yǎng)鹽形態(tài)組成發(fā)生變化的重要原因。Bao等［68］研究發(fā)現(xiàn)，由于三峽大壩的攔水?dāng)r沙，上游425%的磷被截留在壩內(nèi)，其中顆粒磷滯留負(fù)荷占81.5%，這使得三口向洞庭湖輸送的顆粒態(tài)磷含量大幅減少，伴隨著洞庭湖入湖水量減少、水流變緩，有利于水體中顆粒態(tài)磷沉降并存貯于沉積物，進(jìn)一步降低水體中顆粒態(tài)磷所占的比重。同時(shí)，三峽水庫(kù)對(duì)長(zhǎng)江泥沙淤粗排細(xì)的調(diào)控方式，改變了下游顆粒物的組成特征，并對(duì)洞庭湖水體中的磷素組成造成影響［69］。據(jù)Wu等［70］估計(jì)，三峽水庫(kù)對(duì)懸浮泥沙中生物磷滯留量達(dá)到2.14萬(wàn)t，從而降低了運(yùn)往洞庭湖泥沙中的生物磷含量。

4.2洞庭湖沖淤及水位變化對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的影響

洞庭湖水體TN、TP與泥沙淤積量相關(guān)性顯著，其中TP與泥沙淤積量呈極顯著正相關(guān)（表1）。三峽水庫(kù)蓄水前，三口輸沙量較大，泥沙淤積率較高，湖區(qū)整體不斷淤積，大量泥沙作為營(yíng)養(yǎng)鹽的載體，當(dāng)化學(xué)、水動(dòng)力等外部條件變化時(shí)，將吸附在泥沙顆粒上的營(yíng)養(yǎng)鹽釋放進(jìn)入水體，使水體氮磷濃度升高［71］。此外，泥沙淤積使洞庭湖可調(diào)蓄水量減小，調(diào)蓄能力減弱，水體營(yíng)養(yǎng)化程度增加［72］。

三峽水庫(kù)蓄水后，湖區(qū)泥沙淤積速率隨三口輸沙量減少而不斷降低，水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量的增長(zhǎng)趨勢(shì)有所減緩，這也是2003～2008年間TN濃度上升幅度較小的原因之一。Tian等［73］認(rèn)為，2009年后，洞庭湖入湖沙量小于出湖沙量，泥沙淤積量減少，是水體TP濃度下降的重要原因。由于洞庭湖沉積物中不同形態(tài)磷的濃度沿深度方向逐漸降低，隨著湖區(qū)沖淤模式由淤積轉(zhuǎn)為沖刷，沉積物中TP含量減少，向上覆水體的磷釋放通量也隨之下降［74］。

洞庭湖各湖區(qū)TP濃度空間分布格局與泥沙淤積特征有關(guān)。西洞庭湖泥沙主要來(lái)源于荊江三口，入湖泥沙首先在西洞庭湖落淤，隨后經(jīng)過南洞庭湖進(jìn)入東洞庭湖。同時(shí)藕池河?xùn)|支泥沙直入東洞庭湖發(fā)生淤積，南洞庭湖受此過程影響較小，使得洞庭湖泥沙淤積程度和水體TP濃度均表現(xiàn)為西洞庭湖＞東洞庭湖＞南洞庭湖［67］。三峽水庫(kù)運(yùn)行后，隨著三口入湖沙量大幅減少，湖區(qū)泥沙淤積量、淤積率相應(yīng)減少，西洞庭湖逐漸達(dá)到?jīng)_淤平衡狀態(tài)，東、南湖區(qū)變成泥沙淤積的主要場(chǎng)所，TP濃度分布格局發(fā)生調(diào)整，轉(zhuǎn)變?yōu)闁|洞庭湖＞西洞庭湖＞南洞庭湖［75］。

洞庭湖水位與TN、TP呈負(fù)相關(guān)，與其他學(xué)者得出結(jié)果一致［65，76］。大多數(shù)研究將洞庭湖水位下降使水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量升高歸因于水環(huán)境容量減小及水體自凈能力下降，但水位對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽含量變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制并不僅限于此。

水位變化引起的洲灘干濕交替能夠促進(jìn)沉積物中氮、磷蓄積并增加上覆水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量。沉積物在出露時(shí)，表層環(huán)境由厭氧轉(zhuǎn)為好氧，反硝化作用減弱，好氧微生物固氮能力增強(qiáng)，氮累積隨之增加，同時(shí)沉積物內(nèi)部因失水干燥引起的蒸發(fā)加強(qiáng)，促使更多的可溶性氮富集于沉積物表層［77］；溶解氧的升高削弱了有機(jī)磷礦化能力，并促進(jìn)Fe2＋轉(zhuǎn)化為更易與磷結(jié)合的Fe3＋，使磷不易釋放，磷蓄積量隨之上升［54］。三峽水庫(kù)蓄水后，同流量下洞庭湖水位下降，沉積物出露時(shí)間延長(zhǎng)且面積增加，湖區(qū)氮磷內(nèi)源負(fù)荷增大，來(lái)年汛期時(shí)，出露后的沉積物再度淹沒，上覆水氮、磷含量迅速增加［78］。此外，泥沙粒徑越大，對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的解吸能力越強(qiáng)，干濕交替能夠促進(jìn)低水位處沉積物砂質(zhì)化，從而增加向上覆水的營(yíng)養(yǎng)鹽釋放［79］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，洞庭湖長(zhǎng)期處于枯水期與平水期出露豐水期淹沒（干濕交替）狀態(tài)的沉積物面積占豐水期湖面積的60%以上［80］，可見水位變化對(duì)湖區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽影響范圍之廣。

湖泊的水環(huán)境質(zhì)量與水生植物生存狀況密切相關(guān)，水位變化引起的水生植物群落改變對(duì)于湖區(qū)水質(zhì)具有負(fù)面影響。已有研究發(fā)現(xiàn)由于三峽水庫(kù)運(yùn)行導(dǎo)致的湖區(qū)水位下降打破了原有的植物群落演替模式：1987～2018年，洞庭湖苔草和蘆葦灘地分別減少了405.3 km2和712.9 km2，并且向著湖心不斷遷移，擠占沉水植物的生存空間，也使沉水植物數(shù)量不斷減少［81］。苔草與蘆葦灘地具有吸收、截留污染物的作用，沉水植物能夠有效吸收水體和沉積物中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，隨著水生植物演替格局發(fā)生變化，洞庭湖營(yíng)養(yǎng)鹽濃度上升風(fēng)險(xiǎn)隨之提高［82］。

5結(jié)論與展望

20世紀(jì)60年代以來(lái)，受下荊江裁彎、葛洲壩截流、三峽工程運(yùn)行影響，三口分流分沙持續(xù)減少，洞庭湖泥沙淤積趨緩，同流量下湖區(qū)水位下降。近30 a洞庭湖水體氮磷污染程度加深，沉積物營(yíng)養(yǎng)狀況無(wú)明顯惡化。三峽水庫(kù)蓄水前后三口分流、分沙量變化對(duì)洞庭湖水體、沉積物氮、磷濃度造成較大影響，其中分流量的減少直接導(dǎo)致水環(huán)境容量減小，使TN濃度升高；分沙量的減少降低了湖區(qū)顆粒態(tài)磷含量，使TP濃度減小、溶解態(tài)磷占比升高。洞庭湖淤積泥沙營(yíng)養(yǎng)鹽釋放是影響湖區(qū)水體氮、磷含量的重要因素。湖區(qū)水位變化引起的洲灘干濕交替及水生植物群落改變，促進(jìn)了沉積物中氮、磷蓄積并增加上覆水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量。

迄今為止，眾多學(xué)者圍繞水沙情勢(shì)變化對(duì)洞庭湖水體營(yíng)養(yǎng)鹽的影響已展開大量研究，取得了豐碩的成果，但尚存在不足之處：

（1） 現(xiàn)階段的研究手段較為單一，往往只基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析，并沒有深入解析水沙過程對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的作用機(jī)制，后續(xù)研究可以考慮構(gòu)建洞庭湖區(qū)水沙和水質(zhì)模型，開展基于三峽水庫(kù)水沙調(diào)控的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸移過程模擬，探究三口入湖水沙條件變化下營(yíng)養(yǎng)鹽遷移擴(kuò)散規(guī)律。

（2） 由于荊江-洞庭湖水沙條件復(fù)雜多變，當(dāng)前水沙、營(yíng)養(yǎng)鹽數(shù)據(jù)資料存在時(shí)間尺度不匹配、空間位置不一致的問題，可能影響結(jié)論的真實(shí)性，因此后續(xù)工作需對(duì)洞庭湖出、入湖水沙量、湖區(qū)水位、水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量等進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，盡可能保證水沙、營(yíng)養(yǎng)鹽數(shù)據(jù)的時(shí)空一致性。

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（編輯：劉 媛）