典型喀斯特高原湖泊沉积物溶解性有机氮的来源解析及释放特征 ——以贵州草海为例

来源 :贵州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LIUCHANGQI2003
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湖泊的富营养化是目前湖泊治理面临的严峻生态问题,威宁草海作为贵州最大的天然高原淡水湖泊,是我国喀斯特高原湖泊的典型代表,但随着人类的发展其水生环境也日益恶化。溶解性有机氮(Dissolved Organic Nitrogen,DON)作为沉积物氮最活跃的组成部分,是水生态系统氮循环的重要氮库和水生生物的营养源。因此,对喀斯特高原湖泊沉积物DON的研究具有重大意义。为揭示典型喀斯特高原湖泊—贵州草海表层沉积物中DON的时空分布、来源及其释放特征,本研究于2019年7月和12月,分两次采集丰水期和枯水期样品,采样用柱状采样器定点采集表层10cm沉积物样本,利用化学提取法测定了草海表层沉积物的DON含量,利用紫外-可见光光谱(UV-Vis)和结合了平行因子分析(PARAFAC)模型的三维荧光光谱(3DEEM)来解析草海表层沉积物DON的组分及时空分布特征;通过结合3DEEM-PARAFAC和主成分分析法(PCA)对3DEEM-PARAFAC模型运行得到的荧光组分进行来源解析;通过释放模拟实验研究DON的释放速率及其组分的释放变化特征,主要讨论结果如下:(1)草海表层沉积物中DON丰水期含量在0.77~91.17 mg/kg之间,均值为28.57 mg/kg;枯水期在2.24~146.17 mg/kg之间,均值为67.79 mg/kg。丰水期的草海表层沉积物DON含量呈现西南和东部近岸入湖口、西北部出湖口和湖心高,南北两处近岸相对较低,而枯水期东南部>西北部湖区的特征,枯水期DON平均含量(67.79 mg/kg)总体大于丰水期(28.57 mg/kg)。DON含量随季节变化显著,DON与TDN含量的呈显著正相关关系,与我国其他云贵高原湖泊相比,草海表层沉积物DON含量目前处于较高水平。(2)3DEEM-PARAFAC模型从丰水期和枯水期的草海表层沉积物DON中均识别出4中荧光组分,分别为C1(类酪氨酸蛋白物质)、C3(类色氨酸蛋白物质)、C2和C4(陆源类腐殖质)。丰、枯水期的C1和C3的荧光强度占总荧光强度比例之和与C2和C4的占比之和相当,表明草海表层沉积物DON受到的陆源和内源作用大致相同。(3)草海表层沉积物DON的释放模拟实验结果表明,DON的释放过程基本在60 min达到释放平衡状态,DON的主要释放时间在0~15 min,0~5 min时间段的释放速率最大;由UV-Vis和3DEEM的两种光谱指数随DON释放的数值变化得到:芳香性弱、分子聚合度和腐殖化程度低、自生源特征明显及相对分子量小的DON在受扰动的条件下更容易释放到水体当中;对各个时间段沉积物DON的3DEEM-PARAFAC模型分析发现,0~15 min时间段内以类色氨酸和类酪氨酸蛋白质等内源自生的小分子物质为主,表明降低草海表层沉积物DON的释放风险应首要考虑类蛋白质等内源的控制。
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