紅楓湖及匯入支流碳分布特征*

滕明德 高庚申 遲 峰

(貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院， 貴陽(yáng) 550081)

紅楓湖及匯入支流碳分布特征*

滕明德 高庚申 遲 峰

(貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院， 貴陽(yáng) 550081)

紅楓湖與主要匯入支流總碳(TC)濃度介于22.9～51.7 mg/L之間，無(wú)機(jī)碳(IC)濃度介于15.5 ～37.6 mg/L，總有機(jī)碳(TOC)為7.42 ～14.13 mg/L。紅楓湖入湖支流的TC、IC以及TOC濃度均高于湖體，南湖略高于北湖。匯入支流中羊昌河的TC、IC以及TOC濃度最高，桃花源河最低。北湖與南湖連接區(qū)域的TC、IC明顯高于湖體其它區(qū)域，而TOC濃度明顯低于其它區(qū)域，該區(qū)域碳組成以及含量與其它區(qū)域的顯著差異可能與該區(qū)域特殊的地理位置與地理環(huán)境有關(guān)，兩岸的巖石以及特殊的交通地理位置可能是致使北湖與南湖連接區(qū)域碳分布異于其它區(qū)域的主要因素。

紅楓湖；匯入支流；碳；分布特征

碳為生物地球化學(xué)循環(huán)必不可少的元素之一，與氮、磷、硫和微量元素的研究一直是科學(xué)界的研究熱點(diǎn)[1-2]。湖泊作為大氣圈、陸地生態(tài)體系和水生體系的結(jié)合點(diǎn)，是陸地地表碳元素匯集地之一[3]。湖泊中的碳按形態(tài)可分為無(wú)機(jī)碳與有機(jī)碳，按來(lái)源可分為兩種，一為外來(lái)，二為自生。其中外來(lái)有機(jī)碳主要為地表徑流帶入，自生有機(jī)碳主要為湖泊水體浮游植物、高等水生植物光合作用及細(xì)菌的光化學(xué)反應(yīng)。無(wú)機(jī)碳的外來(lái)除地表徑流帶入外，還有大氣中的二氧化碳通過(guò)水氣界面向湖泊水體的擴(kuò)散；自生主要包括湖泊有機(jī)碳在浮游動(dòng)物、魚(yú)類及微生物作用下的礦化分解。進(jìn)入湖泊的碳，部分被出湖河流帶出至其它地區(qū)，部分被儲(chǔ)存湖底[4]。水體中的有機(jī)碳包括溶解有機(jī)碳(DOC)、顆粒有機(jī)碳(POC)，水中的有機(jī)物質(zhì)以碳量總有機(jī)碳(TOC)來(lái)表示[5]。水體中有機(jī)碳是生物圈最大的活性有機(jī)碳庫(kù)，約占全球活性有機(jī)碳庫(kù)的1/6，在生物、地質(zhì)和化學(xué)過(guò)程中發(fā)揮主要作用[6]。總有機(jī)碳(TOC)不僅是表示水體中自然有機(jī)物含量的參數(shù)，也是衡量水體有機(jī)污染程度的一項(xiàng)綜合指標(biāo)，對(duì)有機(jī)污染起著重要的指示作用。本文以紅楓湖為研究對(duì)像，對(duì)其湖體、匯入支流進(jìn)行了水樣采集，對(duì)所采集樣品用總有機(jī)碳分析儀器進(jìn)行了總碳、無(wú)機(jī)碳與總有機(jī)碳分析，結(jié)合spss、surfer軟件對(duì)紅楓湖以及流域的水體與沉積物中碳的分布進(jìn)行了分析和探討。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

紅楓湖位于貴州省貴陽(yáng)清鎮(zhèn)市、平壩縣和安順市西秀區(qū)境內(nèi)，地理坐標(biāo)為N26.26°～26.35°,屬于長(zhǎng)江中上游烏江水系。紅楓湖水域面積57.2 km2，庫(kù)容量6. 01億m3，流域面積1 551 km2,是目前貴州高原最大的喀斯特人工湖泊[7]。

1.2 樣品的采集與分析

采樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

2014年7月對(duì)紅楓湖湖體及其主要匯入河流羊昌河、麻線河、后六河以及桃花源河進(jìn)行了表層水樣采集。

圖1 紅楓湖采樣點(diǎn)分布

所采水樣樣品裝于玻璃瓶?jī)?nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行總碳與無(wú)機(jī)碳分析，總有機(jī)碳通過(guò)總碳與無(wú)機(jī)碳的差值進(jìn)行計(jì)算。水樣參照《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》第四版(增補(bǔ)版)[8]，采用燃燒氧化非分散紅外吸收法測(cè)定。

1.2.1 儀器及試劑

總有機(jī)碳分析儀器(島津TOC-VCPH)，超純水(Ω<18.2)、鄰苯二甲酸氫鉀(優(yōu)級(jí)純)、無(wú)水碳酸鈉(優(yōu)級(jí)純)、碳酸氫鈉(優(yōu)級(jí)純)、TOC標(biāo)準(zhǔn)樣品(阿拉丁試劑)。試劑、標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置以及儀器條件參照《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》第四版(增補(bǔ)版)中燃燒氧化非分散紅外吸收法測(cè)定總有機(jī)碳方法進(jìn)行，樣品測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)測(cè)定TOC標(biāo)準(zhǔn)樣品作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制方式。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅楓湖湖體及流域TC分布

水樣總碳(TC)在湖體的含量介于22.9～36.0 mg/L，除3號(hào)點(diǎn)36.0 mg/L較高外，其它點(diǎn)位的TC含量較相近為22.9～26.1 mg/L，入湖支流的TC含量差異較大，介于26.3～51.7 mg/L，從濃度上看，羊昌河12號(hào)點(diǎn)的TC濃度雖然為31.1 mg/L，與麻線河11號(hào)點(diǎn)的TC(31.2 mg/L)較為接近，但在羊昌河12號(hào)點(diǎn)下游14號(hào)點(diǎn)的TC含量達(dá)到了51.7 mg/L，而后六河的情況與羊昌河恰好相反，后六河的10號(hào)點(diǎn)的TC含量雖然為45.5 mg/L，但在其下游的13號(hào)點(diǎn)TC含量卻下降為29.6 mg/L。入湖支流TC濃度從大到小依次為羊昌河、麻線河、后六河、桃花源河，總體上，無(wú)論是入湖支流還是湖體，南湖的TC濃度均高于北湖。

2.2 紅楓湖湖體及流域IC分布

水樣無(wú)機(jī)碳(IC)在湖體的含量介于15.5～28.4 mg/L,無(wú)機(jī)碳在湖體的分布與總碳非常相似，除3號(hào)點(diǎn)28.4 mg/L較高外，其它點(diǎn)位的IC含量較為接近，介于15.5～17.7 mg/L之間，入湖支流的IC與TC也極其相似，其中羊昌河的14號(hào)點(diǎn)最高為37.6 mg/L，其次為后六河的10號(hào)點(diǎn)為33.2 mg/L，其它河流各點(diǎn)的IC含量相差不大，介于18.2～23.1 mg/L之間，桃花源河的9號(hào)點(diǎn)最低為18.2 mg/L。

2.3 紅楓湖湖體及流域TOC分布

歐洲經(jīng)委會(huì)國(guó)家(EC)將TOC作為飲用水的指示參數(shù)[9],中華人民共和國(guó)建設(shè)部于1999年9月28日發(fā)布了CJ 94—1999《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定了總有機(jī)碳TOC的檢測(cè)指標(biāo)，不得超出4 mg/L，紅楓湖及入湖支流的TOC濃度均高于4 mg/L。在空間上匯入河流的TOC分布狀況與TC以及IC也極其相似，湖體的TOC濃度介于7.42～8.63 mg/L，匯入河流的TOC介于8.06～14.13 mg/L，較高點(diǎn)出現(xiàn)在羊昌河的14號(hào)點(diǎn)與后六河的10號(hào)點(diǎn),分別為14.13 mg/L和12.29 mg/L。

2.4 紅楓湖湖體及流域碳分布特征

從地理區(qū)域上看，紅楓湖可分為北湖和南湖，羊昌河、麻線河以及后六河為南湖的主要匯入支流，桃花源河為北湖的主要匯入支流，為更能直觀地了解紅楓湖湖體及匯入支流TC、IC、TOC的分布特征并對(duì)其進(jìn)行分析，本文應(yīng)用surfer結(jié)合相關(guān)地理資料對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了kiriging插值計(jì)算，結(jié)果分別見(jiàn)圖2、3、4。

從圖2～4可以看出，紅楓湖以及主要匯入支流的TC與IC在空間區(qū)域上有著相似的分布特征，TOC與TC以及IC略有不同?？傮w上看，南湖的總體TC與IC略高于北湖，這可能源于紅楓湖的主要匯入河流羊昌河、麻線河與后六河均在南湖入湖，這幾條河流流經(jīng)的區(qū)域人口相對(duì)密集，尤其是羊昌河，從圖2、3也可以看出在羊昌河入湖段無(wú)論是TC、IC以及TOC都明顯高于其它區(qū)域，表明該區(qū)域可能有潛在碳源排放點(diǎn)，這也可能是導(dǎo)致南湖碳濃度高于北湖的主要因素之一。

圖2 TC分布示意

圖3 IC分布示意

圖4 TOC分布示意

TC、IC以及TOC在區(qū)域分布上差異最顯著的地方出現(xiàn)在北湖與南湖的連接區(qū)域，就湖體水域而言，從量上看該區(qū)域的TC明顯高于其它區(qū)域，從碳組成上看，該區(qū)域不像其他區(qū)域TC與IC以及TOC有著相似的分布特征，該區(qū)域相對(duì)較高的碳含量主要為無(wú)機(jī)碳IC，而有機(jī)碳的含量明顯低于其它區(qū)域。該區(qū)域碳組成以及含量與其它區(qū)域存在顯著差異可能與該區(qū)域特殊的地理位置與地理環(huán)境有關(guān)。該區(qū)域位于北湖與南湖的連接處，水面相對(duì)狹窄，兩岸均為裸露的石壁，水體的流動(dòng)速度高于其它區(qū)域，貴州以碳酸鹽巖石為主，因此該區(qū)域的高濃度TC與IC可能來(lái)源于兩岸的巖石風(fēng)化與水流侵蝕，同時(shí)，該區(qū)域有3座橋梁跨過(guò)，其中一條為貴黃高速公路的花漁洞大橋，大量汽車經(jīng)過(guò)產(chǎn)生的顆粒物沉降也有可能與該區(qū)域的高TC以及IC有關(guān)。

總體上，紅楓湖入湖支流的TC、IC以及TOC濃度均高于湖體，但從IC與TOC所占TC的比例圖來(lái)看(圖5)， 湖體除3號(hào)點(diǎn)外，其它點(diǎn)位的IC/TC均低于70%，相應(yīng)的TOC/TC均高于30%, 而入湖河流似乎有著相反的特征，除北湖的匯入河流的TOC/TC高于30%外，其它入湖河流各點(diǎn)的TOC/TC均低于30%。由此表明紅楓湖入湖支流所帶來(lái)的碳源可能在進(jìn)入湖體后沉降積存到了沉積物中，也有可能被水生物吸收利用降解為二氧化碳通過(guò)水汽界面交換進(jìn)入了大氣。

圖5 碳比例圖

3 結(jié)論

總體上，紅楓湖入湖支流的TC、IC以及TOC濃度均高于湖體，南湖略高于北湖，匯入支流中羊昌河的TC、IC以及TOC濃度最高，桃花源河最低。湖體及匯入支流的TOC濃度均高于CJ 94—1999《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的總有機(jī)碳TOC標(biāo)準(zhǔn)4 mg/L。兩岸的巖石以及特殊的交通地理位置可能是致使北湖與南湖連接區(qū)域碳分布異于其它區(qū)域的主要因素；紅楓湖入湖支流所帶來(lái)的碳源可能在進(jìn)入湖體后沉降積存到了沉積物中，也有可能被水生物吸收利用降解為二氧化碳通過(guò)水汽界面交換進(jìn)入了大氣。

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Carbon distribution in Hongfeng Lake and its upstreams

Teng Mingde, Gao Gengshen，Chi Feng

(Guizhou Institute of Environmental Science and Designing，Guiyang 550081，China)

The concentrations of total carbon(TC), inorganic carbon(IC) and total organic carbon(TOC) in Hongfeng Lake and it's upstream were in the range of 22.9-51.7, 15.5-37.6 and 7.42-4.13 mg/L respectively. The concentrations of TC, IC and TOC in the upstream were higher than that in the lake body, and the south part of the lake were higher than the north. Yangchang River had the highest concentration of TC, IC and TOC among all the upstream rivers, while Taohuayuan River had the lowest concentration. In Hongfeng Lake, in the neck area linking the southern and northern part, the concentration of TC and IC were significantly higher, while the TOC was lower than other areas. These differences may be caused by the special geography and geology of the neck area.

Hongfeng Lake；upstreams；carbon； distribution characteristics

* 貴州省科學(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目(黔科合J字[2012]2208號(hào))

2015-08-04；2015-08-20修回

滕明德，男，1982年生，工程師，研究方向：水環(huán)境科學(xué)。E-mail:teng799@163.com

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