紅楓湖表層水體溶解硅的空間分布特征研究

劉斌　代穎　趙君　馬駿

摘 要：硅是自然界中的極為常見元素之一，也是多數(shù)水生植物生長所必需的營養(yǎng)元素。本文選取紅楓湖表層水體為研究對象，測定溶解硅含量變化，結(jié)果表明紅楓湖表層水體溶解硅呈現(xiàn)出北高南低的空間分布特征，探討其原因，為今后治理和保護(hù)紅楓湖提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：紅楓湖 表層水體 溶解硅 空間分布

中圖分類號：X143文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-9082（2019）11-0208-01

硅是自然界中極其常見元素之一，它在地殼中的儲備量僅僅小于氧，是地殼中儲備量第二的化學(xué)元素。硅極少以單質(zhì)的形式存在于自然界中，往往會以二氧化硅或者較為復(fù)雜的硅酸鹽的形式出現(xiàn)。硅不僅是地球表面土壤和巖石的一種基本成分[1]，同時也是很多的水生植物（比如在海洋中的硅藻類植物）以及多種生物生長所必需的營養(yǎng)元素[2]，在海洋及內(nèi)陸水體的水生態(tài)系統(tǒng)化學(xué)循環(huán)過程也起到極為重要的作用。

自然界中硅元素主要以兩種形態(tài)存在于水體中，即懸浮顆粒態(tài)硅和溶解態(tài)硅[3]。懸浮顆粒態(tài)硅主要由成巖硅和生物硅兩種形態(tài)構(gòu)成，其中，成巖硅指的是在水體中懸浮形式存在的顆粒態(tài)黏土以及泥沙，主要來自于硅酸鹽類巖石的風(fēng)化;而生物硅指的是生源無定形硅，水體中的生物硅大多來自于土壤植物的植硅體遷移以及硅藻、硅質(zhì)海綿和放射蟲等硅質(zhì)生物的分解釋放。而溶解態(tài)硅主要以 Si（OH）4 的狀態(tài)在水體中出現(xiàn)，其對水生植物特別是硅藻類的生長繁殖具有重要作用[4]。

湖泊水體中溶解硅的含量可以指示出湖泊生產(chǎn)力的變化情況[5-6]，而生產(chǎn)力變化反映了湖泊區(qū)域氣候環(huán)境條件的變化，近年來成為國際上追蹤和探尋環(huán)境變化的一種新指標(biāo)[7-10]。本文選取紅楓湖表層水體為研究對象，測定溶解硅含量變化，并研究其空間分布特征，為今后治理紅楓湖流域的富營養(yǎng)化和保護(hù)紅楓湖水資源提供理論依據(jù)。

一、材料與方法

紅楓湖位于長江二級支流貓?zhí)拥纳嫌螀^(qū)[11]，屬于烏江水系的一部分，是貴州高原中部喀斯特地區(qū)的一個高原河道深水分層人工水庫（自1960年起開始蓄水）。湖泊南北長約 16km，東西寬4km，流域面積約1551km2，平均水深10.52m，最大水深45m，蓄水量為28.8億m3，湖泊補給系數(shù)為49.6，年均降雨量約為1176mm。紅楓湖作為貴陽市當(dāng)?shù)氐囊粋€極為重要飲用水源地，對該地區(qū)人民生活以及經(jīng)濟發(fā)展水平具有重要作用。

紅楓湖流域主要是由后六河、麻線河、羊昌河和桃花園河等四條支流匯合而成，是一個典型的深水分層人工水庫，主要由南、北兩湖組成，并于1960年5月29日竣工蓄水后正式投入使用。紅楓湖的四大主要河流中，僅桃花園河位于紅楓湖的北部，后六河、麻線河、羊昌河均位于紅楓湖的南部而形成南湖，而且羊昌河還是影響湖泊水量最為明顯的一條河流。在紅楓湖的沿岸地帶至今為止尚未發(fā)生過明顯的毀林開荒等人為活動，但由于紅楓湖屬于缺氧湖泊，底棲動物難以在水體中存活，所以湖泊沉積物生物擾動小[11]。近年來由于經(jīng)濟發(fā)展迅速，工農(nóng)業(yè)蓬勃發(fā)展，人類在紅楓湖沿岸的活動變得日益頻繁。人們?nèi)粘Ｉ钏a(chǎn)生的生活污水，各類工廠進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)所產(chǎn)生的工業(yè)廢水往往未經(jīng)過污水處理廠而通過各種渠道排入兩湖及其源流，引起湖泊水質(zhì)嚴(yán)重惡化。自90年代以來，紅楓湖水庫水質(zhì)逐漸變?yōu)棰箢愃w，甚至有的水域還是V類水體，常常容易發(fā)生一系列的突發(fā)性污染事故或者水華現(xiàn)象，危害水體中動植物的生存，同時也嚴(yán)重危害到流域沿岸居民的用水安全，所以在近幾年來紅楓湖的水環(huán)境問題逐漸受到人們的關(guān)注。

課題組根據(jù)湖的地形特征、面積大小、水流方向等因素，在桃花園河、麥包河、壩前、北湖湖心、后五處、南湖湖心、后六湖、麻線河、羊昌河、兩岔河、三岔河等11處開展樣品采集工作。取各采樣點過濾后的水樣5ml，用硅鉬藍(lán)比色法測定其溶解硅含量。

二、結(jié)果與分析

1.紅楓湖表層水體溶解硅的平均值

由表1可知，紅楓湖各采樣點表層水體的溶解硅平均值相對較高。分析其原因可能是：紅楓湖流域位于貴州高原的中部地區(qū)，雖然湖泊的海拔偏高，但是由于處在低緯地區(qū)，而且年均溫度均在12℃以上，常年受到西南季風(fēng)的影響，年降水量也是較多[12]。在溫度和降水均較為適宜的自然條件下將會有利于硅藻、放射蟲等一些硅質(zhì)生物的生長發(fā)育，故而硅質(zhì)生物在湖泊中的生長也自然相對繁盛，這也是水體中的溶解硅含量較大的原因之一。

2.采樣地點溶解硅的變化情況

在紅楓湖的各采樣地點同時取0.5m水位的表層水體進(jìn)行分析實驗，實驗結(jié)果見表2。

由圖2可知，紅楓湖表層水體中溶解硅含量的最大值出現(xiàn)在桃花園采樣點，含量高達(dá)1.189μg/ml，而最小值出現(xiàn)在后六采樣點，含量僅僅只有0.190μg/ml。

分析其原因可能是，桃花園采樣點位于紅楓湖的北部，后六采樣點在紅楓湖的南部，紅楓湖的四大主要河流之中后六河、麻線河、羊昌河均位于紅楓湖的南部，導(dǎo)致南部湖泊的湖水水流量大，水速也快，河流對湖泊水體能起到很好的補充作用。與此同時也會使得硅藻等一些硅質(zhì)生物在湖泊水體之中易于受到河水的沖刷，在湖泊水體中難以生存，從而導(dǎo)致湖泊的表層水體的溶解硅含量較低。而桃花園采樣點的情況卻正好相反，僅有桃花園河作為其補充水源，水量較小，水面相對較為平靜，在溫度和降水均較為適宜的自然條件下適合硅藻等生物的生存，故而水體中的溶解硅含量較大。紅楓湖的北部水體中溶解硅的含量普遍要高于南部水體，即紅楓湖表層水體中溶解硅呈現(xiàn)出“北高南低”的空間分布特征。

三、結(jié)論與討論

由于近年來紅楓湖流域的人類活動日益頻繁，使得紅楓湖水體常受到污染，湖泊處于中度富營養(yǎng)化污染狀態(tài)[13]，充足的營養(yǎng)鹽為硅藻生長提供了必要因素，因而紅楓湖水體中的溶解硅的含量較大。當(dāng)水體中有大量的營養(yǎng)鹽輸入時，硅藻能夠得到充足的營養(yǎng)，在數(shù)量上會呈現(xiàn)出一定增長趨勢，與此同時在水體中其他藻類也會快速的進(jìn)行繁殖，爭奪水體中的營養(yǎng)元素，影響硅藻的生長發(fā)育，從而使硅藻的數(shù)量保持在一個相對水平甚至?xí)^對數(shù)量下降。

了解紅楓湖表層水體的溶解硅“北高南低”的空間分布特征，對于正確認(rèn)識紅楓湖的污染現(xiàn)狀，提出合理的治理方案具有非常重要的意義。

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