贵州百花湖分层期水体有机碳及其稳定碳同位素组成分布特征与控制因素

收稿日期：２０１４－０１－２０；改回日期：２０１４－０３－０４基金项目：国家自然科学基金（４１１７３１２５）。第一作者简介：徐丹（１９８７－），女，理学硕士，从事环境地球化学研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｕｄａｎ＠ｖｉｐ．ｓｋｌｅｇ．ｃｎ．＊通讯作者：陈敬安（１９７３－），男，研究员，环境地球化学专业。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｊｉｎｇａｎ＠ｖｉｐ．ｓｋｌｅｇ．ｃｎ．贵州百花湖分层期水体有机碳及其稳定碳同位素组成分布特征与控制因素徐丹１，２，陈敬安１，＊，杨海全１，２，王敬富１，２，计永雪１，２（１．中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵阳５５０００２；２．中国科学院大学，北京１０００４９）摘要：研究湖水溶解有机碳（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ，ＤＯＣ）和颗粒有机碳（Ｐａｒｔｉｃｌｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ，ＰＯＣ）的空间变化特征有助于揭示湖泊有机碳的来源、迁移转化过程与控制因素。本文通过对贵州百花湖分层期水体ＤＯＣ和ＰＯＣ浓度及其碳稳定同位素组成的对比研究，揭示了百花湖分层期水体有机碳浓度及稳定碳同位素的空间分布特征。研究结果表明，百花湖夏季分层期水体ＤＯＣ和ＰＯＣ的浓度范围分别为１．９７～３．２６ｍｇ／Ｌ（平均值２．５８ｍｇ／Ｌ）和０．６０～２．４３ｍｇ／Ｌ（平均值１．１４ｍｇ／Ｌ），且呈现出“上层高、下层低”的特征。水体ＤＯＣ和ＰＯＣ浓度主要受藻类活动控制。水体δ１３ＣＤＯＣ值随深度增加呈偏正趋势，这可能是由深层水体溶解有机质发生矿化作用和分解作用所致。水体δ１３ＣＰＯＣ值随水体深度增加呈偏负趋势，上下层水体藻类生产力差异和沉积物再悬浮作用可能是导致该现象的主要原因。受光降解作用影响，百花湖水体δ１３ＣＤＯＣ较δ１３ＣＰＯＣ偏正。关键词：百花湖分层期；有机碳稳定碳同位素中图分类号：Ｘ１４２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－９２５０（２０１４）０５－０５９７－０７湖泊有机碳（ＤＯＣ和ＰＯＣ）是湖泊碳的关键组分。大多数湖泊是异养的，沉积封存的有机碳能够为湖泊提供碳和能源，在湖泊碳循环中扮演着重要角色。由于湖泊ＤＯＣ和ＰＯＣ成分复杂，采样分析难度大，目前对湖泊ＤＯＣ和ＰＯＣ的认识远落后于无机碳［１－３］。对湖泊水体有机碳浓度和稳定碳同位素组成空间分布特征的研究，有助于揭示湖泊有机碳来源及其生物地球化学循环过程。水体ＤＯＣ、ＰＯＣ浓度及其稳定碳同位素组成在研究海洋和河流有机碳生物地球化学循环方面得到了广泛应用［４－７］，并提供了大量关于海洋和河流有机碳来源和迁移转化过程的宝贵信息。研究湖泊水体ＤＯＣ和ＰＯＣ的浓度及δ１３Ｃ空间变化是揭示ＤＯＣ和ＰＯＣ的来源及其迁移转化过程的有效途径。湖泊水体ＤＯＣ的来源分内源和外源两种：内源是指藻类和水生生物释放的ＤＯＣ，约占其初级生产力的１２％～７５％，其浓度通常与浮游生物量呈正相关；外源则主要来源于陆源植物和土壤有机质分解，由河流携带进入湖泊［５，７，８］。同时，人类活动排放的污水对湖泊水体ＤＯＣ的影响也不容忽视。湖泊水体ＰＯＣ则主要是由藻类和水生植物通过光合作用吸收利用无机碳而产生的，体现出明显的内源特征［９－１１］。目前有关湖泊ＤＯＣ碳同位素的研究相对较少，尤其缺乏对湖泊分层期水体ＤＯＣ和ＰＯＣ碳同位素时空分布特征的系统对比研究。百花湖属高原深水型湖泊，具有季节性分层现象，夏季热分层使得上下水体交换不畅，对湖泊ＤＯＣ和ＰＯＣ的空间分布特征可产生重要影响。为此，本研究选择百花湖为研究对象，于２０１３年８月夏季热分层期对百花湖水体ＤＯＣ和ＰＯＣ浓度及其碳稳定同位素组成进行了系统研究，皆在探讨高原亚深水型湖泊ＤＯＣ和ＰＯＣ的空间变化特征，为揭示湖泊ＤＯＣ和ＰＯＣ的来源和迁移转化过程提供关键信息。１研究区概况百花湖（１０６°２７′～１０６°３４′Ｅ，２６°３５′～２６°４２′Ｎ）位于贵阳市西北郊，地处长江支流乌江水系猫跳河７９５２０１４年第４２卷第５期Ｖｏｌ．４２．Ｎｏ．５，２０１４地球与环境ＥＡＲＴＨＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ流域，属峡谷河道型人工湖，是贵阳市主要的人工水源地，具有低纬度－高海拔的地理特征。湖泊流域面积１８９５ｋｍ２，水面面积１４．５ｋｍ２，湖泊补给系数为１８２．２，最大水深为４５ｍ，平均水深１０．８ｍ［１２－１４］。百花湖具碳酸盐岩的地质背景，属亚热带湿润季风气候，区内自然环境特征差异明显［１５］。图１百花湖采样点分布图Ｆｉｇ．１ＭａｐｏｆｓａｍｐｌｉｎｇｓｉｔｅｓｉｎＬａｋｅＢａｉｈｕａ百花湖主要的入湖河流包括麦西河（ＭＸＨ）、麦城河（ＭＣＨ）和东门桥河（ＤＭＱＨ）（图１），其中流量最大的是东门桥河。２研究方法２．１样品采集和预处理２０１３年８月百花湖夏季热分层期，用Ｎｉｓｋｉｎ采水器采集不同水深（表层０．５ｍ处、热分层下部（１２ｍ处）和沉积物上部１