太湖西北湖区表层水体颗粒态有机碳含量的季节变化及其来源解析

以太湖重度蓝藻水华发生的西北湖区为研究对象,从河口到湖心区设置5个采样点,于2012年9月—2013年8月逐月采集表层水体样品,测定了水温、蓝藻生物量和总细菌丰度,并分析了颗粒态有机碳(POC)、溶解性有机碳(DOC)含量及颗粒态有机物(POM)的碳稳定同位素特征值(δ~(13)C_(POM))和碳氮比(C/N).结果表明,与DOC相比,太湖西北湖区表层水体POC含量变化范围较大,为(0.49±0.03)~(30.86±2.00)mg·L~(-1),冬季POC含量较低,春季和夏季POC含量达到最大值.降雨冲刷作用产生的悬浮物随着地表径流进入水体可能是引起汛期POC/DOC升高的重要原因.鉴于太湖水体风场影响下表层湖流作用会引起蓝藻在西北湖区堆积,5个采样点的蓝藻生物量没有显著差异.POC含量的差异仅存在于靠近陈东港的河口区S5与湖心S4之间(p0.05,n=10).蓝藻生物量与POC含量(r=0.634,n=48,p0.01)、δ~(13)C_(POM)(r=0.500,n=48,p0.01)均显著正相关,表明蓝藻是太湖西北湖区表层水体POC的来源之一.西北湖区秋、冬季δ~(13)C_(POM)显著低于春、夏季(p0.001,n=57),均值(-25.9‰±6.37‰)介于太湖δ~(13)C微囊藻(-20.9‰)和外源来源端元的碳稳定同位素特征值(-27‰)之间,表明内源和外源来源都是太湖西北湖区表层水体POC的来源,夏季表层水体POC的主要来源是内源,冬季河口区S5的主要来源是外源.POM碳氮比有显著季节变化规律,秋、冬季较春、夏季高(p0.001,n=55),平均值(9.36±2.80)较低,可能是内源来源POC及外源POC被细菌生物降解的结果.     

太湖典型湖区中胶体有机碳浓度的时空变化

利用切向流超滤技术研究了太湖梅梁湾与贡湖湾2个不同生态类型的典型湖区在不同季节胶体有机碳(COC)的浓度变化,并同步观测了浮游植物、叶绿素(Chla)、悬浮物(SS)等背景指标.结果表明,作为藻型湖区的梅梁湾,其COC浓度夏季最高,秋季最低;作为草型湖区的贡湖湾.其COC浓度在秋季最高,冬季最低;太湖梅梁湾和贡湖湾COC浓度的差异和季节变化有关,夏季梅梁湾COC浓度高于贡湖湾,差异为一年中最大;太湖水体COC浓度和Chla浓度显著正相关(r=0.81,P=0.015),表明浮游植物的生命活动址太湖水体COC的一个重要来源.     

风浪扰动对太湖水体中胶体态痕量金属含量的影响

2005年8月15日～9月2日,观测了不同风浪条件下太湖水体中胶体态(1kD～1μm)Fe、Mn、Cu、Zn、Pb和Cd等痕量金属的含量以及悬浮物(SS)、浮游生物和胶体有机碳(COC)等背景指标的含量变化.结果表明,风浪的扰动作用对太湖水体上述各项指标均有直接或间接的影响,是太湖水环境条件变化的重要驱动力.胶体态痕量金属的含量主要受COC含量、痕量金属总量等因素的影响,但归根结底均受制于风浪的扰动作用.胶体态Mn、Cu和Pb的含量与风浪扰动强度呈正相关;胶体态Zn含量和扰动强度呈负相关;而胶体态Fe含量主要取决于COC和总Fe含量,和风浪扰动强度无明显关系;胶体态Cd含量与COC含量、总Cd含量乃至风浪扰动强度均无明显关系.     

长江口滨岸及近海水体中胶体的分布和理化性质研究

利用切向流超滤技术(CFUF)分离出长江口滨岸及近海水体中的胶体,并对其稳定性和物质组成进行了定量分析.结果表明,XP和WSK胶体的尺寸和Zeta-电位随pH的升高而减小,XP、WSK胶体的等电点分别出现在pH<2、pH=3.8;所采水样的胶体有机碳(COC,M r1×103~1μm)浓度为7.7~35.7μmol·L-1,占总溶解有机碳(DOC)的7.1%~41.7%;三维荧光光谱(3DEEM)分析发现研究区出现类色氨酸荧光峰、类紫外富里酸荧光峰和类腐殖质荧光峰;胶体态Na、Mg、K、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Li、Mn、Ni平均分别占溶解态的0.33%、5.7%、0.975%、1%、7.2%、7%、11.9%、15.7%、5.5%、10.5%、11.3%.Co、Cr、Cu、Fe、Li、Mn、Ni与COC的结合能力大于Na、Mg、K、Ca.相关分析表明,胶体的尺寸、DOC、真溶解有机碳(UOC)与盐度呈负相关,COC与盐度无线性关系,胶体态痕量金属(Co、Cr、Cu、Fe、Li、Mn、Ni)总浓度与COC呈线性关系.     

蓝藻死亡分解过程中胶体态磷、氮、有机碳的释放

从太湖采集蓝藻,通过室内培养观测了其死亡分解过程.用切向流超滤技术获取水中胶体物质,定期监测水样的胶体态、颗粒态、真溶解态及离子态磷、氮、有机碳含量.结果表明,在蓝藻死亡分解过程中,水体胶体态磷、氮、有机碳和颗粒态磷、氮含量均显著升高,胶体态磷(CP)、胶体态氮(CN)、胶体态有机碳(COC)含量分别达到培养用水相应初始含量的5倍、9倍和5倍.说明蓝藻的分解会释放出大量胶体态和颗粒态营养盐.总结出了水华蓝藻死亡分解过程释放营养盐的概念模型.     

生态系统结构对太湖有机聚集体理化性质的影响

2007年1~12月对太湖4个不同生态类型湖区水体中有机聚集体(organic aggregates,OA)的丰度、有机质含量和营养盐(N、P)含量及其它水环境因子进行了同步监测.结果表明,①OA是太湖水体中营养盐的一个重要来源,其N、P含量分别占水体中TN、TP的16.5%及43.3%;②水体中OA的丰度与水体的富营养化程度密切相关,随着水体富营养化水平的提高和浮游植物生物量的增加,OA丰度及其中有机质的含量也呈现逐渐上升的趋势;③风浪扰动对太湖水体中OA的理化性质影响较大.OA作为营养盐的一个重要载体,可能是浅水湖泊营养盐循环中的一个关键点.     

太湖北部不同湖区春、夏季溶解性酸性多糖分布

为研究太湖dAPS(dissolved acidic polysaccharides,溶解性酸性多糖)的时空变化,探讨湖泊水体中dAPS对有机碳的贡献和重要性,于2012年春、夏季调查了太湖北部不同湖区(竺山湾、梅梁湾、贡湖湾、湖心区)水体中ρ(dAPS),分析了其时空变化特征及其与ρ(Chla)之间的关系,并探讨了不同湖湾中dAPS对DOC(溶解性有机碳)的贡献率. 结果表明,太湖北部水体中ρ(dAPS)春、夏季变化范围为3.02~9.93mg/L,平均值为(6.10±1.59) mg/L. 夏季太湖北部各湖区之间ρ(dAPS)没有显著性差异,春季梅梁湾中ρ(dAPS)显著高于湖心区(P<0.05),其他湖区并没有显著性差异. 春、夏两季ρ(dAPS)的最低值均出现在湖心区. 除贡湖湾外,夏季太湖北部各湖区ρ(dAPS)与ρ(Chla)都存在显著线性正相关,而春季各湖区则无显著线性关系. 这说明春、夏季dAPS的受控因素不一样,夏季ρ(dAPS)受藻类影响较大. 夏季各湖区dAPS对DOC的贡献率以贡湖湾最高,平均值高达46.7%±7.7%,春季则以梅梁湾的贡献率较高,平均值为68.6%±5.9%,这意味着dAPS在太湖水体有机碳循环中起着重要的作用.      

长江有机碳通量的季节变化及三峡工程对其影响

2003年6月～2005年7月在长江口每月采集表层水样,测定溶解有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC).结果表明,DOC和POC平均浓度分别为1.59±0.21和0.91±0.42mg/L,其中枯季的DOC浓度较洪季高,而POC则呈相反趋势.POC浓度与水体中总悬浮颗粒物(TSM)浓度有显著性正相关关系,在TSM中的POC%随着TSM浓度的增加而减小.2003,2004年长江的DOC通量分别为1.32×10⁶t和1.20×10⁶t,POC通量分别为2.69×10⁶t和1.63×10⁶t,约76%的总有机碳在洪季输送入海,组成以颗粒态为主.2003～2004年间POC通量急剧减少,DOC通量与POC通量的比值迅速增大,可能与三峡水库对颗粒物的拦蓄、改造及富营养化有关.     

不同种植模式对土壤团聚体及有机碳组分的影响

结合在有机农场近10年的定位研究,通过同步采样分析,比较了有机种植和常规种植两种不同模式下土壤团聚体组成、分配及团聚体内有机碳组分的差异.结果表明,常规种植模式下随着团聚体粒级的减小,团聚体4个粒级(1 mm、1~0.5 mm、0.5~0.25 mm和0.25 mm)的含量均值分别为23.75%、15.15%、19.98%和38.09%,而有机种植模式下各粒级团聚体(1 mm、1~0.5 mm、0.5~0.25 mm和0.25 mm)的含量分别为9.73%、18.41%、24.46%和43.90%,0.25 mm微团聚体含量显著高于常规种植.有机种植模式提高了土壤有机碳和全氮含量,平均值分别为17.95 g·kg-1和1.51 g·kg-1.有机种植模式下相同粒级间,团聚体中重组有机碳平均含量显著高于常规种植,且重组有机碳在0.25 mm这部分稳定性有机碳主要储存场所的微团聚体中富集.有机种植模式下易氧化态碳在1 mm大团聚体中的含量显著高于常规种植,其它粒级间没有显著差异,易氧化态碳在1 mm大团聚体中富集.有机种植模式增加了土壤有机碳及其组分含量,缓解了耕作对团聚体的破坏,并增强了有机碳的稳定性.有机种植有利于土壤固碳,这为进一步加快我国有机农业的发展提供了理论依据.     

消落带土壤团聚体有机碳对水位消涨的响应

土壤团聚体对有机碳的保持和释放起非常重要的作用,其包被作用决定土壤有机碳稳定性.该研究以三峡库区消落带上部(165～175m)、中部(155～165m)、下部(145～155m)3个海拔梯度土壤为研究对象,以从未水淹样地(175～185m)为对照,采用湿筛法分析不同海拔梯度土壤水稳性团聚体特征和各粒径水稳性团聚体中的有机碳含量.研究表明:随着团聚体粒径的增加,土壤团聚体有机碳含量呈现先增加后减少的变化趋势.1～2 mm团聚体粒径内有机碳含量最大,其对团聚体稳定性的改善起着更为重要的作用.水位消涨对三峡库区消落带土壤团聚体内有机碳有极显著影响,从未水淹样地土壤团聚体内有机碳含量显著高于消落带区域.在消落带区域,土壤团聚体内有机碳与土壤水稳性团聚体平均重量直径的变化趋势均为中部＞上部＞下部.消落带水位波动显著降低了土壤团聚体内有机碳含量,消落带下部区域土壤结构和质量较差.     

太湖湖滨带底泥氮、磷、有机质分布与污染评价

采集了环太湖湖滨带表层(0~10cm)底泥,研究分析了湖滨带底泥中有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)的空间分布特征,并对太湖湖滨带底泥进行营养评价.结果表明,湖滨带底泥中OM含量在1.42%~9.96%之间,空间分布趋势为:东太湖>竺山湾>贡湖>梅梁湾>南部沿岸>东部沿岸>西部沿岸; TN含量在458~5211mg/kg之间,空间变化趋势为东太湖>竺山湾>东部沿岸>贡湖>南部沿岸>梅梁湾>西部沿岸; TP含量在128.56~1392.16mg/kg之间,空间变化趋势为竺山湾>梅梁湾>东太湖>南部沿岸>贡湖>东部沿岸>西部沿岸,OM与TN分布趋势相似,TN与OM之间极显著正相关(r = 0.903, P<0.01),TP与OM之间弱相关(r = 0.073, P<0.332).结合综合污染指数和有机指数评价法可知,太湖湖滨带底泥环境质量整体较好,氮、磷污染除东太湖和竺山湾属重度污染外其他各区属轻中度污染;有机污染除东太湖外大部分区域属较清洁区.     

藻类水华对太湖梅梁湾不同粒径有机组分结构的影响

运用过滤和切向流超滤系统,分离得到2009年8月至2010年8月每月的太湖梅梁湾不同粒径水体有机物,测定了水体中颗粒态有机碳,高分子量和低分子量可溶解性有机碳的含量,并同步分析了叶绿素浓度,水体中各种有机物的碳氮比值和中性单糖含量.对不同形态有机碳浓度的比较发现颗粒态有机碳是太湖碳存在的主要形式.统计分析结果表明叶绿素浓度与颗粒态有机碳之间具有显著的相关性,说明浮游植物是颗粒态有机物的主要来源.此外高分子量可溶性有机物的碳氮比值和中性单糖含量均相对较高,这表明该有机碳的生物可利用性比其它形态的水体有机碳高.     

太湖草、藻湖区沉积物WSOM组成和分子结构分析

草型湖泊（区）和藻型湖泊（区）是浅水湖泊的两种典型状态,两种湖泊中有机质（OM）的来源和转化存在明显差异.有机质在沉积物上的埋藏是湖泊碳汇功能的重要体现.沉积物中的有机质可能发生后续的转化,影响湖泊碳汇功能;其转化过程与其固有的性质密切相关.目前为止,有关草型和藻型湖泊沉积物中有机质的组成,特别是分子结构差异的信息较少.为此,采集太湖草型湖区（东太湖）和藻型湖区（梅梁湾）沉积物,提取和纯化沉积物中的水溶性有机质（分别记为M-WSOM和A-WSOM）,并采用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱、傅立叶红外光谱和傅里叶变换-离子回旋共振-质谱（FT-ICR MS）对WSOM性质组成和分子结构进行详尽的表征与分析.结果表明：①M-WSOM的相对分子质量比A-WSOM的（E₂ ：E₃指标）稍大;FT-ICR MS的数据显示,M-WSOM和A-WSOM的相对分子质量分别为388.9和379.9.②M-WSOM的芳香性略高于A-WSOM的（SUVA₂₅₄和HIX指标）;同样地,FT-ICR MS的结果显示,M-WSOM中稠环芳烃（6.3%,强度加权平均占比,下同）、芳香类物质（7.7%）的含量高于A-WSOM （分别为1.1%和4.4%）;③荧光组分结果表明A-WSOM中类蛋白质组分的含量大于M-WSOM;FT-ICR MS的结果与之对应,A-WSOM的多肽含量（35.5%）高于M-WSOM的（15.6%）;④质谱数据显示了高分辨的分子信息：M-WSOM和A-WSOM中,沉积物中含杂原子的分子分别占82.9%和91.7%;其中含氮元素的分子占比高达53.5%和78.5%;含磷元素分子占30.4%和41.4%,M-WSOM磷元素主要分布在脂肪烃和高度不饱和低氧物质中,而A-WSOM则主要分布在多肽中.揭示了浅水湖泊两种典型状态沉积物OM的组成和分子结构;有助于研究湖泊沉积物的温室气体排放,及碳、氮、磷元素的生物地球化学过程.     

水动力扰动作用对太湖水体胶体相痕量金属浓度影响的模拟

在水槽中模拟研究了太湖中动力扰动作用引发底泥再悬浮对水体Cd、Cu、Pb、Fe、Mn、Zn等痕量金属的胶体相浓度的影响.结果表明,上覆水各元素的胶体相浓度在模拟扰动22h后均达最高值,其中,胶体相Cd、Fe、Cu、Mn浓度均与水动力扰动强度显著正相关(r=0.799、0.709、0.820、0.788,P=0.001、0.007、0.001、0.001),胶体Pb、Zn浓度均与水动力扰动作用不相关(r=0.542、0.523,P=0.056、0.067);水动力作用主要通过改变上覆水各痕量金属总量和胶体有机碳(COC)浓度而影响胶体相痕量金属的浓度,而且,其影响存在一定的滞后效应;由于上覆水中COC浓度低于太湖水体,使得其对胶体相痕量金属浓度的影响比在太湖中显著.     

太湖竺山湾沉积物碳氮磷分布特征与污染评价

为了揭示太湖竺山湾沉积物中碳、氮和磷的分布特征,本研究在太湖竺山湾设置3个断面(湖湾内,A断面;湖湾中部,B断面;开敞湖区,C断面) 10个采样点,采集沉积物柱状样,每2 cm间隔分层测定沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)和总有机碳(TOC)含量,以揭示其水平分布和垂向分布特征.结果表明,在空间上竺山湾表层沉积物呈现开敞湖区向湖湾富集的特征,湖湾内部碳、氮和磷含量显著高于开敞湖区(P 0. 01),其中湖湾内(A断面)表层沉积物TN、TP和TOC含量分别为1. 53、1. 55和11. 31 mg·g~(-1),而靠近开敞湖区(C断面)表层沉积物TN、TP和TOC含量仅为0. 75、0. 57和6. 70 mg·g~(-1).垂向分布特征表现为表层富集,3个断面TN、TP和TOC含量随着底泥深度的增加均呈现出下降趋势,表层沉积物TN、TP和TOC含量分别是底层的2～3、2～5和2～3倍.整体而言,竺山湾沉积物TP含量均值为0. 93 mg·g~(-1),属于重度污染,而TN平均含量为1. 11 mg·g~(-1),属于轻度污染;有机氮指数和综合污染指数显示,竺山湾北部地区污染水平为重度污染区,有机污染相对较强,TP的污染指数(STP)处于1. 03～3. 87之间,属于重度污染.     

海洋沉积物有机碳分析方法中干燥预处理过程人为误差的发现及其意义

以1个新鲜的半远洋沉积样品(来自南海陆坡)和2个新鲜的近海沉积样品(来自中国青岛胶州湾)为例,针对目前国际通用沉积物有机碳检测方法的样品前处理过程进行了一系列的实验.发现用冷冻真空干燥法替代目前流行使用的热烘干法,所有的3个样品的有机碳含量值都比使用烘干法所得值高出20%以上.通过运用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对热烘干步骤的蒸发物进行检测,证实了其中有机碳的存在并显示了其组成成份.另一方面,不同干燥时间的冷冻真空干燥对比实验则证实了该方法没有造成有机碳的损失.基于这些结果,认为在目前的国际通用沉积物有机碳检测方法中存在着较大的系统误差(＞20%),这个误差是由样品前处理中的热烘干步骤所造成的,而采用冷冻真空干燥的方法可以有效地消除这一误差.因此,建议修改现有的国际通用测定方法:前处理过程中用冷冻真空干燥法取代热烘干法.同时,鉴于这一误差的重要性,对已发表的科学文献中的有机碳数据,以及基于这些数据而推导的科研结论等都可能有必要进行重新审查或验证.     

青海湖流域六类土壤表土有机碳黑碳含量特征及其储量

根据青海湖流域土壤类型图采集了49 个表土样品,研究了这些样品的有机碳和黑碳的 含量特征及其储量。研究得出：六类土壤的有机碳含量都比较高,说明青海湖流域土壤的储碳能 力比较强;总体来说,六类土壤的黑碳含量都不高,但是焦炭的含量是相当高的,而烟炱的含量 较低;焦炭和黑碳的相关性极高,说明焦炭是黑碳的主要组成部分,并且说明二者具有相同的来 源;由于焦炭主要是由生物质燃烧生成的,故而这六类土壤的黑碳也多是由生物质燃烧生成的; 六类土壤总面积为18416.15 km² （占流域土壤总面积的78%）,有机碳总储量为119.56×106 t, 黑碳总储量为4.36×106 t。