異龍湖表層沉積物有機質(zhì)的分布特征與來源研究

收稿日期：2024-03-22

作者簡介：李琴芳（1973—），女，云南紅河人，工程師。研究方向：生態(tài)環(huán)境保護治理。

摘要：異龍湖為云南省九大高原湖泊之一，但淤積嚴重，研究表層沉積物有機質(zhì)含量有助于了解湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。在異龍湖設(shè)置12個采樣點，測定表層沉積物的有機質(zhì)含量，討論其空間分布及成因。結(jié)果顯示，異龍湖東部區(qū)域有機質(zhì)含量較高，這與區(qū)域水動力學(xué)變化、人類活動及陸源輸入有關(guān)。溯源分析可為防控內(nèi)源污染和制定湖泊管理策略提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：表層沉積物；有機質(zhì)含量；空間分布；富營養(yǎng)化；異龍湖

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）05-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.05.039

Study on Distribution Characteristics and Sources of Organic Matter in Surface Sediments of Yilong Lake

LI Qinfang

（Honghe Prefecture Ecological Environment Information Monitoring Center （Yilong Lake Governance Office）， Mengzi 661100， China）

Abstract： Yilong lake is one of the nine plateau lakes in Yunnan province， but it is severely silted up， studying the organic matter content of surface sediments can help understand the health status of the lake ecosystem. 12 sampling points are set up in Yilong lake to measure the organic matter content of surface sediments， and discuss their spatial distribution and genesis. The results show that the organic matter content in the eastern region of Yilong lake is relatively high， which is related to regional hydrodynamic changes， human activities， and terrestrial inputs. Traceability analysis can provide basic data for preventing and controlling endogenous pollution and formulating lake management strategies.

Keywords： surface sediment; organic matter content; spatial distribution; eutrophication; Yilong lake

異龍湖作為云南省重要的富營養(yǎng)化淺水湖泊，其表層沉積物在環(huán)境科學(xué)研究中占據(jù)關(guān)鍵位置，反映湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康與功能[1]。20世紀80年代以來，異龍湖經(jīng)歷快速的環(huán)境變遷，導(dǎo)致有機質(zhì)含量顯著增加，引發(fā)水質(zhì)惡化。水體透明度下降，富營養(yǎng)化程度加劇，沉水植物大量消亡，這些變化導(dǎo)致表層沉積物中有機質(zhì)含量劇增。深入分析異龍湖表層沉積物中有機質(zhì)的空間分布特征，探究其背后環(huán)境因素，為湖泊的未來管理和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)[2]。

1 樣品采集與測定

1.1 采樣點設(shè)置

采樣點設(shè)置應(yīng)全面反映異龍湖表層沉積物有機質(zhì)含量的空間分布特征。選擇采樣點時，考慮異龍湖的地理特征、水文條件、生態(tài)環(huán)境和人類活動的影響[3]?；谶x擇的代表性，異龍湖的采樣點覆蓋不同區(qū)域，包括上游入湖口、中部開闊水域、下游出湖口以及自然保護區(qū)、休閑旅游區(qū)和漁業(yè)區(qū)等不同的生態(tài)功能區(qū)。同時，考慮均勻性和可接近性，確保采樣點的空間分布均衡和采樣工作的可行性。根據(jù)上述原則，在異龍湖東、異龍湖西、異龍湖中共設(shè)置12個表層沉積物采樣點位，采樣時間為2020年5月。

1.2 采樣方法

遵循標準湖泊沉積物采樣程序，使用船載式沉積物采樣器在每個采樣點采集表層沉積物（上層0～10 cm）。采集時，記錄采樣點的具體位置、采樣深度和時間，簡要描述水體狀況、周圍植被和顯著的人類活動等采樣環(huán)境[4]。采集的沉積物樣品分裝在無菌塑料袋，冷藏保存，運回實驗室進行有機質(zhì)含量分析。

1.3 試驗方法

測定湖泊沉積物有機質(zhì)時，選擇油浴加熱法進行分析[5]。一是樣品制備階段。量取0.5 g風(fēng)干沉積物樣品置于玻璃試管內(nèi)；向試管加入0.1 g硫酸銀（Ag2SO4）粉末，用作催化劑。加入10 mL濃度0.4 mol/L的重鉻酸鉀（K2CrO7）溶于硫酸溶液，作為氧化劑。二是加熱與反應(yīng)階段。將裝有樣品的試管置于油浴鍋中加熱，使重鉻酸鉀和樣品中的有機質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。三是轉(zhuǎn)移與洗滌階段。反應(yīng)完成后，將試液轉(zhuǎn)移到250 mL錐形瓶中，并使用蒸餾水沖洗試管2～3次，保證試液總量為40～50 mL。四是滴定階段。向錐形瓶中加入2～3滴鄰菲羅琳指示劑，然后使用硫酸亞鐵（FeSO4）溶液進行滴定，直至溶液變?yōu)樽丶t色，記錄消耗的FeSO4體積。

使用已灼燒的土樣，進行空白對照試驗，記錄FeSO4溶液的消耗量。利用式（1）計算沉積物的有機質(zhì)含量。針對每個樣品有機質(zhì)含量計算相對偏差，評估數(shù)據(jù)的可靠性。相對偏差不大于5%時，結(jié)果可靠；相對偏差超過5%時，要重新測定。

式中：P為有機質(zhì)含量，%；V0為空白試驗中消耗的FeSO4體積，mL；V為樣品滴定中消耗的體積，mL；C為FeSO4濃度，mol/L；0.03為碳的毫克摩爾數(shù)；1.724為有機碳轉(zhuǎn)換為有機質(zhì)的系數(shù)；1.08為氧化校正系數(shù)；W為樣品質(zhì)量，g。

2 結(jié)果分析

2.1 有機質(zhì)測定結(jié)果

進行沉積物有機質(zhì)測定時，考慮樣品的氧化程度可能對結(jié)果產(chǎn)生影響，采取平行雙樣法來提高數(shù)據(jù)的準確性。該方法能夠有效減少試驗誤差，確保結(jié)果更加準確可靠。從試驗數(shù)據(jù)可知，12個點位樣品測定的有機質(zhì)含量相差不大，測定結(jié)果差值較小，相對穩(wěn)定。結(jié)果顯示，試驗方法能夠抵抗試驗過程的隨機誤差和潛在的系統(tǒng)偏差，確保數(shù)據(jù)的準確性，為進一步分析沉積物有機質(zhì)的空間分布提供堅實基礎(chǔ)。12個點位的相對偏差分別為1.52%、2.34%、-3.89%、2.99%、-2.32%、-2.19%、2.36%、-1.69%、2.53%、2.99%、0.86%和1.94%，各點位的相對偏差介于-3.89%～2.99%，顯示出測定結(jié)果的一致性。盡管有些點位的相對偏差接近允許極限，但所有點位的數(shù)據(jù)仍在可接受的范圍內(nèi)，測定過程中采用的標準化操作步驟和系統(tǒng)控制措施是有效的。

2.2 有機質(zhì)空間分布特征

異龍湖12個采樣點表層沉積物有機質(zhì)含量分別為14.4%、13.7%、6.0%、12.5%、10.1%、8.5%、11.4%、14.5%、14.8%、12.5%、19.7%和19.8%。從數(shù)據(jù)可知，異龍湖表層沉積物的有機質(zhì)含量波動較大，介于6.0%～19.8%。在樣品測定結(jié)果中，約一半的數(shù)據(jù)集中在12.00%～15.00%，顯示了湖區(qū)有機質(zhì)含量的普遍水平。異龍湖有機質(zhì)含量平均值為13.16%，但東部區(qū)域的有機質(zhì)含量顯著高于此平均值，11#點位和12#點位分別達到19.7%和19.8%，這可能與湖區(qū)東部水動力學(xué)變化有關(guān)。1971年，青魚灣隧道的開通改變湖東北部水體的流向，從而使東部區(qū)域的水流幾乎停滯，導(dǎo)致沉積物的顯著淤積。雖然2007年青魚灣隧道被封堵，但是該區(qū)域仍然受到西南風(fēng)的影響，風(fēng)向造成水流從西向東流動。在風(fēng)浪作用下，湖區(qū)東部沉積物的擾動較大，導(dǎo)致大量懸浮物沉積。此外，湖東部豐富的挺水植物以及漁村河和龍港河帶來的陸源輸入都為該區(qū)域的沉積物有機質(zhì)含量增加做出貢獻。湖區(qū)中西部有機質(zhì)含量低，3#點位僅為6.0%。該區(qū)域生長著健康的沉水植物，水質(zhì)清澈，表明區(qū)域生態(tài)恢復(fù)較為成功。較低的有機質(zhì)含量可能反映外源輸入的干擾較小，自然狀態(tài)保持較好。異龍湖表層沉積物的有機質(zhì)分布不均，東部區(qū)域受水流動力學(xué)變化、植物生長和河流輸入的影響，有機質(zhì)含量較高。湖區(qū)中西部生態(tài)條件較好，人為干擾較少，有機質(zhì)含量較低。

異龍湖分為西部、中部和東部3個區(qū)域，西部、中部和東部的表層沉積物有機質(zhì)含量平均值分別為11.65%、11.13%、16.70%，這些數(shù)據(jù)揭示湖區(qū)不同區(qū)域有機質(zhì)含量的顯著差異。異龍湖西部區(qū)域有機質(zhì)含量稍高于中部區(qū)域。該區(qū)域接近城區(qū)，受到城市河流輸入的直接影響。城北河、城河和城南河是匯入湖區(qū)的主要河流，攜帶大量城市產(chǎn)生的有機質(zhì)和其他營養(yǎng)鹽，3條河流貢獻的水量占整個湖泊入湖水量的85%，其中城河的貢獻最大，占59%。城市河流的輸入不僅提供有機質(zhì)，還可能帶來各種營養(yǎng)物質(zhì)和污染物，這對于沉積物中有機質(zhì)的積累起到關(guān)鍵作用。異龍湖中部區(qū)域有機質(zhì)含量平均值略低，該區(qū)域較少受到外源輸入影響。這一區(qū)域的有機質(zhì)含量可能更多地受到內(nèi)源過程控制，如湖泊的生物生產(chǎn)和分解活動。異龍湖東部區(qū)域的有機質(zhì)含量平均值最高，顯著高于其他兩個區(qū)域，這可能與水體的靜態(tài)條件和陸源輸入有關(guān)。東部區(qū)域水流動力學(xué)可能發(fā)生改變，導(dǎo)致有機質(zhì)在此區(qū)域內(nèi)積累。

2.3 討論

與滇池、撫仙湖等其他高原湖泊相比，異龍湖表層沉積物有機質(zhì)含量表現(xiàn)出較高的水平。這可能與湖泊沉積物有機質(zhì)的多樣化來源有關(guān)，結(jié)合異龍湖歷史變遷及其水文條件現(xiàn)狀，分析表層沉積物有機質(zhì)來源。自1971年起，由于青魚灣隧道開通及持續(xù)干旱，異龍湖水位下降，促進圍湖造田的擴張，特別是水稻和甘蔗的種植。異龍湖流域大量施用化肥和農(nóng)藥，平均利用率不到50%，大量殘留通過農(nóng)田徑流進入湖泊，加重水質(zhì)污染。此外，濕地的減少削弱湖泊對污染物的自然凈化功能，這些人類活動與自然環(huán)境的相互作用增加沉積物的有機質(zhì)含量，對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康產(chǎn)生長期影響。自1985年起，異龍湖引入大規(guī)模網(wǎng)箱養(yǎng)魚業(yè)，為追求經(jīng)濟效益，養(yǎng)殖者在湖中大量使用有機飼料，年投加量高達2 000 t。導(dǎo)致殘餌積聚于湖底，增加沉積物有機質(zhì)含量，減弱湖泊自凈功能，加劇水體富營養(yǎng)化和水質(zhì)惡化，引發(fā)藻類繁殖等問題。網(wǎng)箱養(yǎng)魚帶來的經(jīng)濟效益與其對湖泊生態(tài)造成的損害形成鮮明對比，凸顯環(huán)境管理和持續(xù)監(jiān)控的必要性。

2011年以來，異龍湖經(jīng)歷顯著的環(huán)境變化，導(dǎo)致水質(zhì)退化和生態(tài)系統(tǒng)平衡受損。水體透明度下降和水位降低反映富營養(yǎng)化加劇，減少水中光照穿透，不利于沉水植物生長，導(dǎo)致植物群落衰減和生物多樣性減少。大量未分解的植物殘體積聚成沉積物，增加湖底的有機質(zhì)含量。這些變化不僅破壞湖泊的自然狀態(tài)，還可能影響周邊社區(qū)的水資源和經(jīng)濟活動，需要引起環(huán)境管理機構(gòu)的重視和采取相應(yīng)措施。異龍湖水質(zhì)受到3條主要入湖河流的顯著影響，城河成為主要污染源，其化學(xué)需氧量占湖泊總匯入量的34%。城河的化學(xué)需氧量主要來自豆制品加工業(yè)和農(nóng)村生活排放，大量有機污染物不僅惡化水質(zhì)，還增加湖底沉積物負擔(dān)，影響水體生態(tài)健康。因此，有效管理城河及其他河流的污染排放，提高廢水處理效率，是改善異龍湖水質(zhì)與保護生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵。

異龍湖流域以農(nóng)業(yè)和林業(yè)為主的土地利用方式正面臨經(jīng)濟增長帶來的壓力，導(dǎo)致土地利用強度增加和自然資源過度開發(fā)，尤其是周邊的采石、采沙、采土及采礦活動。這些活動破壞森林植被，削弱生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致水土流失，石屏縣壩心鎮(zhèn)、寶秀鎮(zhèn)和異龍鎮(zhèn)的水土流失率高。流失的土壤和有機質(zhì)隨河流輸送至異龍湖，加劇湖底沉積物的累積。因此，要重視土地利用決策對環(huán)境的影響，采取有效的水土保持和植被恢復(fù)措施，維護湖泊及其周邊環(huán)境的長期健康。

3 結(jié)論

異龍湖表層沉積物有機質(zhì)的分布呈現(xiàn)明顯的空間異質(zhì)性，東部區(qū)域的有機質(zhì)含量顯著高于其他兩個區(qū)域。這種分布格局受多種因素影響，自然因素主要是水動力學(xué)變化，人類活動有農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和土地開發(fā)等。城河等入湖河流的排放和土地利用強度的增加加劇有機質(zhì)沉積和水體富營養(yǎng)化。要控制外源污染，恢復(fù)濕地，種植水生植物，減少有機質(zhì)的輸入和沉積，改善水質(zhì)，促進生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。未來應(yīng)關(guān)注異龍湖沉積物-水界面的交互作用，研究微生物在有機質(zhì)循環(huán)中的作用，全面地理解湖泊生態(tài)系統(tǒng)的功能并制定有效的管理策略。

參考文獻

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