巢湖總有機碳的春夏季節(jié)變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系

葛 茜，鄧道貴，張曉莉，戴海奇

（淮北師范大學 生命科學學院，安徽 淮北 235000）

巢湖是長江中下游的一條主要水系，是我國五大淡水湖之一［1］.近年巢湖流域的水質(zhì)發(fā)生巨大的變化，嚴重影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活質(zhì)量，巢湖的生態(tài)環(huán)境治理已迫在眉睫.水體中的有機污染物監(jiān)測是水質(zhì)檢測的重要指標之一［2］，目前主要采用水體中總有機碳含量來快速監(jiān)測［3］.總有機碳是碳循環(huán)尤其是生物泵過程的主要參與者，主要來源于浮游植物的光合作用、浮游生物的死亡和排泄物的降解、陸地有機物質(zhì)的大量輸入和湖泊沉積物的自然溶解，它與人類的生態(tài)環(huán)境相互影響、相互制約.湯峰等［4］研究巢湖水體中TOC和高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）的相關(guān)性.姚書春等［5］利用沉積物中的TOC含量和總氮含量之比判斷巢湖水體富營養(yǎng)化有機質(zhì)的來源.本文研究了巢湖TOC 的季節(jié)變化及其與水溫、透明度、溶解氧、pH值、總氮、總磷、葉綠素a等環(huán)境因子之間的關(guān)系，以期為巢湖富營養(yǎng)化治理提供參考.

1 材料與方法

1.1 采樣時間和采樣點設(shè)置

2012年2月～7月對巢湖總有機碳進行調(diào)查研究.共設(shè)10個采樣點，GPS定位，其中西湖區(qū)為1-4號采樣點，東湖區(qū)為5-10號采樣點，如圖1所示.每月采集水樣1次.

1.2 樣品的采集和測定方法

1.2.1 理化指標測定

水溫和溶解氧用便攜式溶解氧儀（HACH，美國）測定，pH值用便攜式pH/ORP計儀（HACH，美國）測定，透明度用Secchi透明度盤測得，總磷用鉬酸銨分光光度法測定，總氮用紫外分光光度法測定.

1.2.2 葉綠素a的測定

用Whatman GF/C濾膜抽濾采集的水樣，研磨濾膜，90%丙酮萃取，離心機離心，再提取上清液，然后用752-型紫外分光光度計測定葉綠素a的含量.

1.2.3 巢湖總有機碳的測定

在環(huán)境溫度20-25 ℃時，用總有機碳分析儀LiquiTOC Ⅱ（Elementar，德國）測定總碳（TC）和無機碳（TIC），用減差法測定TOC.

圖1 巢湖采樣點圖（引自孟小麗等2011［6］）Figure1 Sampling sites in Lake Chaohu （Cited from Meng et al.2011［6］）

1.3 數(shù)據(jù)分析

用SPSS20.0分析軟件進行統(tǒng)計分析.Perason相關(guān)分析分析巢湖TOC和理化因子及浮游植物的相關(guān)關(guān)系.

2 結(jié)果

2.1 春夏季節(jié)巢湖理化因子的變化

巢湖春夏季節(jié)水溫呈逐月增加的趨勢，7 月溫度最高，達28.80±1.82 ℃；2 月溫度最低，達5.43±0.53 ℃.巢湖水體透明度一直處于比較低的水平，在3～5月份均小于0.80 m，在枯水期（2月）和豐水期（6月和7月）的透明度甚至小于0.29 m.水體溶解氧的變化范圍為6.33～9.99 mg/L，平均值為7.97 mg/L，其中2月西湖區(qū)水體的溶解氧量達到最大值（10.45±0.94 mg/L），而6月的東湖區(qū)出現(xiàn)最小溶解氧值（5.97±0.38）mg/L.pH值平均值為8.27，總體上東湖區(qū)水體的pH值（8.43）高于西湖區(qū)（8.12）.

總磷濃度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，其變動范圍為0.22～1.07 mg/L，平均值0.77 mg/L，6月和7月的總磷濃度明顯高于其他月份.西湖區(qū)與東湖區(qū)相比，其總磷的變化幅度較大，西湖區(qū)平均濃度明顯大于東湖區(qū).總氮濃度在1.12～2.84 mg/L 之間，總平均值為2.30 mg/L，6 月和7 月的總氮濃度明顯低于其他月份.西湖區(qū)平均濃度大于東湖區(qū).

2.2 春夏季節(jié)巢湖葉綠素a的變化

采樣期間檢測到的Chl a的濃度平均值為36.3 μg/L，其中西湖區(qū)、東湖區(qū)平均值分別為46.91 μg/L和29.23 μg/L，西湖區(qū)高于東湖區(qū).位于西湖區(qū)的2號點在6月份達到最大（247.37 μg/L），東湖區(qū)8號點在5月份最小（1.09 μg/L），如圖2所示.

圖2 巢湖葉綠素a含量的時空變化Figure2 Temporal and spatial variations of Chl a in Lake Chaohu

2.3 巢湖總有機碳的季節(jié)變化

圖3顯示2012年2月～7月巢湖TOC的季節(jié)變化.巢湖水體總有機碳TOC濃度在37.27～60.98 mg/L之間，平均值為43.85 mg/L.其中西湖區(qū)總有機碳TOC 濃度在37.35～58.68 mg/L 之間，平均值為44.90 mg/L，最大值（58.68 mg/L）出現(xiàn)在7 月；東湖區(qū)總有機碳TOC 濃度在37.18～63.28 mg/L 之間，平均值為44.64 mg/L，最大值（63.28 mg/L）出現(xiàn)在7月.

研究期間，巢湖總無機碳TIC也呈明顯增大的趨勢，最大值（104.52 mg/L）出現(xiàn)在6月份.而溶解性有機碳DOC和顆粒性有機碳POC 也基本呈上升趨勢（圖3），7 月份平均值達到最大，分別為54.48 mg/L和6.96 mg/L.

圖3 巢湖總有機碳（TOC）濃度的時空變化Figure3 Temporal and spatial variations of TOC concentration in Lake Chaohu

2.4 巢湖總有機碳與環(huán)境因子的相互關(guān)系

巢湖總有機碳與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系見表1.巢湖整個湖區(qū)TOC與WT、pH、TP、Chl a均呈極顯著相關(guān)，與SD極顯著負相關(guān)，與DO和TN沒有相關(guān)性；DOC與WT、TP、pH、Chl a極顯著相關(guān)，與SD和DO極顯著負相關(guān)，與TN沒有相關(guān)性；POC也與WT、TP、pH、Chl a有相關(guān)性；與SD、DO和TN均沒有相關(guān)性.

表1 巢湖總有機碳與環(huán)境因子的相關(guān)性分析（n=59）Table1 Relationship analysis between TOC and environmental factors in Lake Chaohu（n=59）

3 討論

3.1 巢湖春夏季節(jié)總有機碳的分布特征

湯峰等［4］發(fā)現(xiàn)，巢湖TOC濃度在春夏季節(jié)的變化幅度比秋冬季節(jié)大，且呈現(xiàn)夏季高冬季低的基本特征.并認為巢湖在春夏季節(jié)污染物增加、藻類生長加快和微生物降解導致了水體中有機物的含量增大.葉琳琳等［7］認為，在巢湖藍藻水華暴發(fā)期間，浮游植物和陸源輸入是溶解性有機碳及各種碳水化合物的重要來源.由于水體富營養(yǎng)化，巢湖通常在夏季發(fā)生藍藻水華，浮游植物生物量在6 月或7 月達到最大值［6，8］.本研究中，巢湖在夏季暴發(fā)藍藻水華，葉綠素a濃度的平均最大值出現(xiàn)在6月.巢湖東、西湖區(qū)的總有機碳濃度在6月和7月均達到較大值.Pearson分析顯示春夏季節(jié)巢湖葉綠素a濃度與TOC（r=0.659，p＜0.01，n=59）呈顯著的正相關(guān)關(guān)系.這暗示浮游植物生物量的變化是影響巢湖水體總有機碳的重要因素.葉琳琳等［7］卻發(fā)現(xiàn)，巢湖夏季水華期間葉綠素a濃度與溶解性有機碳、各種碳水化合物之間不具有顯著相關(guān)性.

3.2 環(huán)境因子對巢湖春夏季節(jié)總有機碳的影響

氮、磷是影響和限制浮游植物生長的重要營養(yǎng)鹽［9-10］，是湖泊富營養(yǎng)化的主要原因，影響著水體中總有機碳濃度的變化.本研究中，6-7月巢湖的總磷濃度明顯高于其他月份，與浮游植物暴發(fā)性的生長相吻合.巢湖TOC與TP（r=0.653，p＜0.01，n=59）呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系.與之不同的是，武漢東湖TOC 濃度的年變化與總磷呈顯著負相關(guān)［11］.

隨著水溫升高，浮游植物生長加快，大量消耗水體中的CO2，浮游植物生物量顯著增加.經(jīng)光合作用產(chǎn)生的溶解性有機碳和顆粒性有機碳增加，致使水體中總有機碳的濃度明顯增大.水體中的pH值在夏季也相應(yīng)增大.巢湖春夏季節(jié)TOC與水溫（r=0.617，p＜0.01，n=59）、pH值（r=0.589，p＜0.01，n=59）之間均呈極顯著正相關(guān).張志強等［11］發(fā)現(xiàn)，武漢東湖TOC也與水溫呈顯著地正相關(guān)性，并認為春夏季較高的溫度和光強有利于藻類、細菌及其他微生物的活動，其分泌物導致水體中DOC濃度升高.

［1］鄭國俠.南黃海浮游植物的固碳強度與污染物脅迫下海水碳源/匯格局的變化［D］.北京：中國科學院研究生院，2007.

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