李思佳,宋開山,陳智文,趙 瑩,邵田田,穆光熠,3,關(guān) 瑩

(1:吉林師范大學(xué)生態(tài)環(huán)境研究所,四平 136000)

(2:中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,長春 130102)

(3:東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,長春 130000)

興凱湖春季水體懸浮顆粒物和CDOM吸收特*

李思佳1,2,宋開山2,陳智文1,趙 瑩2,邵田田2,穆光熠2,3,關(guān) 瑩2**

(1:吉林師范大學(xué)生態(tài)環(huán)境研究所,四平 136000)

(2:中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,長春 130102)

(3:東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,長春 130000)

為了分析興凱湖水體光學(xué)活性物質(zhì)的吸收特性、來源和空間分布以及對(duì)400～700nm范圍內(nèi)總吸收的貢獻(xiàn)，于2013年5月對(duì)該水體進(jìn)行野外實(shí)驗(yàn)，對(duì)水體中浮游藻類、非藻類顆粒物和有色可溶性有機(jī)物的吸收特性和水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行測定. 結(jié)果表明：總懸浮顆粒物的吸收光譜與非藻類顆粒物相似，色素顆粒物含量較少且單一，非藻類顆粒物在總懸浮顆粒物吸收中占主導(dǎo)地位，其貢獻(xiàn)率始終在50%以上.CDOM吸收曲線的擬合函數(shù)斜率值Sg均高于其它水體.440nm處總懸浮顆粒物和非藻類顆粒物的吸收系數(shù)ap(440)、ad(440)與總懸浮顆粒物、無機(jī)懸浮顆粒物和有機(jī)懸浮顆粒物濃度相關(guān)性均較好，與葉綠素a(Chl.a)濃度的相關(guān)性較差.興凱湖與其它Ⅱ類水體的差異性表現(xiàn)在440nm處CDOM吸收系數(shù)ag(440)與Chl.a濃度、溶解性有機(jī)碳(DOC)濃度均無顯著相關(guān)性，說明DOC以無色部分為主.總體上，大興凱湖各吸收系數(shù)和水質(zhì)參數(shù)均值均低于小興凱湖，后者水質(zhì)受農(nóng)耕區(qū)退水及周圍漁業(yè)、旅游業(yè)的影響較大.

興凱湖;吸收光譜;有色可溶性有機(jī)物;非藻類顆粒物;浮游植物

利用水質(zhì)參數(shù)和固有光學(xué)特性與表光光學(xué)特性之間的關(guān)系構(gòu)建的水質(zhì)遙感估算分析或半分析模型，除對(duì)傳感器的穩(wěn)定性和輻射定標(biāo)有較高的要求外，還需要高精度的固有光學(xué)、表觀光學(xué)參數(shù)[1-8]作為支撐.相對(duì)于Ⅰ類水體，Ⅱ類水體生物光學(xué)模型受陸源影響較大，浮游藻類、非藻類顆粒物和有色可溶性有機(jī)物(CDOM)來源相對(duì)獨(dú)立，非藻類顆粒物和CDOM的光譜吸收均在藍(lán)光波段重疊，甚至成為水體光譜的主導(dǎo)組分[3]，從而對(duì)目標(biāo)物質(zhì)光譜特征的提取造成干擾，增加了反演難度.由于Ⅱ類水體所處的地理環(huán)境特點(diǎn)及區(qū)域發(fā)展經(jīng)濟(jì)狀況不同，光活性物質(zhì)組成具有多樣性和時(shí)空差異性，模型依賴的固有光學(xué)量呈現(xiàn)區(qū)域變化特點(diǎn).對(duì)水體類型、季相和區(qū)域差異的模型系數(shù)不可統(tǒng)一參數(shù)化，需要大量不同水體研究的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以支撐、驗(yàn)證和調(diào)整[9].固有光學(xué)量作為水體生物光學(xué)算法構(gòu)建的重要參數(shù)，其特性的研究對(duì)于提高水質(zhì)參數(shù)反演精度，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水色遙感算法和生物光學(xué)模型參數(shù)化具有重要理論意義[10-13].因此，研究引起水體光學(xué)活性物質(zhì)和固有光學(xué)量變化機(jī)理，確定不同水體光學(xué)活性物質(zhì)的貢獻(xiàn)率尤為重要.

吸收系數(shù)是固有光學(xué)量之一，國外已有較多針對(duì)Ⅱ類水體組分吸收特性的研究[14-15]，國內(nèi)相關(guān)研究僅局限于太湖[16]、巢湖[17]等富營養(yǎng)化水體.作為中俄界湖的興凱湖，是世界上少有的面積廣闊、生態(tài)完好、物種多樣的濕地之一[18]，在涵養(yǎng)水源、補(bǔ)給地下水、降解污染和維持水平衡方面具有重要作用.近幾年來農(nóng)業(yè)面源污染以及旅游業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致我國部分湖水污染加重，已有的吸收光譜模型是否能應(yīng)用于興凱湖水體亟待研究.興凱湖獨(dú)特的地理位置及社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況使了解整個(gè)興凱湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)變化受到限制，通過分析興凱湖我國部分的固有光學(xué)特性，有助于提升對(duì)整個(gè)興凱湖光學(xué)特性的認(rèn)識(shí)，并為進(jìn)一步對(duì)興凱湖實(shí)施全面遙感機(jī)理監(jiān)測提供參考依據(jù).

1 研究區(qū)概況

興凱湖(45°01′00″～45°34′30″N，131°58′30″～133°07′30″E)地處我國黑龍江省東南部和俄羅斯遠(yuǎn)東濱海地區(qū)，為造山運(yùn)動(dòng)地殼陷落形成的構(gòu)造湖，由大、小興凱湖組成.小興凱湖是興凱湖湖進(jìn)再湖退殘留而成，兩湖中間隔著一條10m左右高的沙崗，并以湖崗上的第一、二泄洪閘和新開流水道相通，湖底高程為58～69m.小興凱湖總面積為170km2，平均水深1.8m，最深為3.5m；大興凱湖是中俄兩國的界湖，略呈橢圓形，總面積為4380km2，其中北部1240km2屬我國境內(nèi)，平均水深3.5m，最深處達(dá)10m.該區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，春、秋季風(fēng)大降水少，夏季溫?zé)岫嘤?，冬季漫長干燥.興凱湖主要依賴地表徑流、湖面降水補(bǔ)給以及湖東北部大片沼澤濕地地下徑流補(bǔ)充，匯入河流在我國境內(nèi)有8條，流入大、小興凱湖的各有4條，東南側(cè)以松阿察河湖口與俄羅斯相連，松阿察河是興凱湖的唯一泄流通道，匯入烏蘇里江.小興凱湖屬草原湖泊且湖水較淺，湖床具有平緩斜坡，沿岸附近地勢低平多沼澤、蘆葦，湖底屬淤泥底質(zhì)，為國有漁場；大興凱湖湖水開闊，以砂粒底質(zhì)為主.

2 材料與方法

2.1 野外采樣

于2012年5月18日和20日分別在小興凱湖、大興凱湖各采集10個(gè)樣點(diǎn)(1#～10#樣點(diǎn)位于小興凱湖，11#～20#樣點(diǎn)位于大興凱湖，見圖1)，并用手持式GPS進(jìn)行定位導(dǎo)向.水樣采集使用有機(jī)玻璃采水器，采樣前先將采樣器和聚四氟乙烯水樣瓶潤洗，采樣深度設(shè)置為表層0～50cm，每個(gè)點(diǎn)位采集水樣約1L，采樣后立即用黑色塑料袋罩住，避免陽光直射，放入車載保溫箱.

圖1 興凱湖采樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of sampling sites in Lake Xingkai

2.2 參數(shù)測定

2.2.1 葉綠素a(Chl.a)和懸浮物濃度的測定 為防止酸化引起色素溶解，采樣后立即完成水質(zhì)參數(shù)的測定.采用0.45μm Whatman GF/F膜過濾150～200ml水樣(根據(jù)水中Chl.a濃度決定過濾水樣體積)，將濾膜剪碎放入15ml離心管中，加入10ml 90%的丙酮溶液，充分混合均勻后避光冷藏24～48h，對(duì)其離心后取上清液倒入1cm石英比色皿中，以90%的丙酮溶液為空白參考，置于UV-2600島津-紫外可見分光光度計(jì)測定波長為630、647、664和750nm的吸光度，計(jì)算Chl.a濃度[19].總懸浮顆粒物(TSM)質(zhì)量、有機(jī)顆粒物(OSM)質(zhì)量和無機(jī)顆粒物(ISM)質(zhì)量采用烘燒、稱重的方法測定.溶解性有機(jī)碳(DOC)濃度采用TOC儀測定.不同水質(zhì)參數(shù)濃度見圖2.

2.2.2 吸光系數(shù)的測定 采用定量濾膜技術(shù)(QFT)[20-21]測定總懸浮顆粒物的吸收系數(shù)ap(λ)、非藻類顆粒物的吸收系數(shù)ad(λ)、浮游植物色素顆粒物的吸收系數(shù)aph(λ)和CDOM的吸收系數(shù)ag(λ).用0.47μm Whatman GF/F濾膜在真空下過濾50～400ml水樣，利用島津-紫外可見分光光度計(jì)UV-2006在380～800nm范圍測定濾膜上顆粒物的吸光度，每隔1nm測定1個(gè)吸光度.為消除儀器間的差異，用各波段的吸光度減去750nm波長處的吸光度以校正，并與經(jīng)蒸餾水潤濕的同樣濕潤程度的空白濾膜作對(duì)比.ap(λ)的計(jì)算公式為：

(1)

式中，V為過濾水樣的體積，S為過濾留在濾膜上的有效面積，ODs(λ)為濾膜上懸浮顆粒物的吸光度.

采用500μl 0.1%的NaClO溶液漂白總懸浮顆粒物濾膜15min，利用分光光度計(jì)測定ad(λ)，方法同上.根據(jù)線性疊加原理，aph(λ)計(jì)算公式為：

aph(λ)=ap(λ)-ad(λ)

(2)

利用0.22μm微孔聚碳酸酯膜過濾的水樣測定CDOM的吸光度，方法同上.按照式(3)、(4)計(jì)算ag(λ)：

(3)

(4)

圖2 興凱湖所有點(diǎn)位各組分濃度Fig.2 Component concentrations of all the sampling sites in Lake Xingkai

3 結(jié)果與分析

3.1 TSM的吸收光譜特征

興凱湖TSM吸收光譜特征與非藻類顆粒物吸收光譜特征相似(圖3a)，結(jié)合已有的研究結(jié)果[22-23]表明，在葉綠素a濃度較低的情況下，TSM吸收表現(xiàn)出非藻類顆粒物吸收光譜特征，且不同點(diǎn)位ap(λ)變化較大，具有空間異質(zhì)性.由于水體中個(gè)別點(diǎn)位Chl.a濃度較低，光譜曲線在675nm左右出現(xiàn)不明顯的吸收峰；浮游植物色素顆粒物另一個(gè)特征吸收波段440nm未出現(xiàn)明顯的吸收峰，與同季節(jié)其他研究結(jié)果相同[22]，非藻類顆粒物在藍(lán)光波段的強(qiáng)吸收使其在光譜曲線中占優(yōu)勢.興凱湖1#～20#點(diǎn)位的TSM以ISM為主，OSM所占比例較小(圖2).分別對(duì)ap(440)、ap(675)與TSM、ISM、OSM、Chl.a濃度進(jìn)行相關(guān)分析(表1)，ap(440)與TSM、ISM和OSM濃度具有極顯著的相關(guān)性(P<0.01)，與Chl.a濃度的相關(guān)性較差，ap(675)與Chl.a、OSM濃度有極顯著的相關(guān)性(P<0.01)，這與其他研究結(jié)果一致[24]，進(jìn)一步說明春季興凱湖為非藻類顆粒物占主導(dǎo)的典型Ⅱ類水體，主要由于春季東北氣溫相對(duì)較低，藻類正處于生長期，同時(shí)受流域內(nèi)人類活動(dòng)和流域內(nèi)農(nóng)業(yè)污染負(fù)荷增加的影響，非藻類顆粒物濃度較高[25].1#～10#、11#～20#點(diǎn)位ap(440)均值分別為21.29±10.27m-1、12.55±3.56m-1，總體上小興凱湖TSM濃度高于大興凱湖，主要受人類活動(dòng)的影響[18,26].

表1 440、675nm組分吸收系數(shù)、各水色因子濃度之間的線性關(guān)系

**表示在0.01水平上顯著相關(guān);*表示在0.05水平上顯著相關(guān).

3.2 非藻類顆粒物的吸收光譜特征

非藻類顆粒物包括水體中礦物沉積、非生命有機(jī)碎屑，如排泄物與藻類細(xì)胞降解物，以及活的非色素有機(jī)體[27].興凱湖非藻類顆粒物的光譜吸收曲線呈現(xiàn)指數(shù)衰減規(guī)律和空間異質(zhì)性(圖3b)，ad(440)均值為14.67±7.19m-1.由于Ⅰ類水體中非藻類顆粒物多來自浮游植物的降解，ad(440)與Chl.a濃度具有較高的相關(guān)性，而Ⅱ類水體ad(440)通常表現(xiàn)出與懸浮物濃度較高的相關(guān)性[28].而興凱湖1#～20#點(diǎn)位的ad(440)、ad(675)與Chl.a濃度無顯著相關(guān)性，與TSM、ISM、OSM濃度相關(guān)性均較好(表1)，ad(440)與顆粒物濃度呈非線性相關(guān)，與其他研究結(jié)果一致[29-30]，說明非藻類顆粒物主要為陸源性.進(jìn)一步進(jìn)行曲線擬合發(fā)現(xiàn)，ad(440)與TSM濃度的擬合效果相對(duì)較好，其次是ISM和OSM濃度，擬合關(guān)系均普遍較差(圖3d、e、f)，這與太湖2007年6月的研究結(jié)果一致[23]，這可能是由于樣本數(shù)相對(duì)較少，需在后續(xù)研究中增加樣本數(shù).春季隨著水溫升高、光照時(shí)數(shù)增長，入湖河流徑流量增加且攜帶流域內(nèi)大量泥沙、農(nóng)耕區(qū)農(nóng)田退水和生活污水等無機(jī)顆粒物.在該區(qū)自然降水少、春季多大風(fēng)的條件下，湖心區(qū)水面開闊，底泥容易發(fā)生再懸浮，非藻類顆粒物在TSM中占優(yōu)勢.同時(shí)，東北地區(qū)5月氣溫相對(duì)南方仍較低，為春、夏交替季節(jié)，藻類正處于生長期且降解產(chǎn)物少，一方面在湖水冬季長期低溫和冰封的條件下，本身換水周期長，少量藻類降解產(chǎn)物等有機(jī)顆粒物積累且含量穩(wěn)定；另一方面氣溫的變化導(dǎo)致湖水水流垂直對(duì)流擾動(dòng)加強(qiáng)，也是非藻類顆粒物為主導(dǎo)組分的原因之一.

總體而言，1#～10#點(diǎn)位TSM、OSM、ISM、DOC和Chl.a濃度均值均高于11#～20#點(diǎn)位，ad(440)最大值出現(xiàn)在6#點(diǎn)位，最小值出現(xiàn)在19#點(diǎn)位(圖2)，大、小興凱湖ad(440)無顯著差異(圖3b).小興凱湖西北部為“857”、“856”等國營農(nóng)場，生活污水、農(nóng)田退水通過河道和排干流入小興凱湖，再加上小興凱湖魚類人工養(yǎng)殖及周圍旅游業(yè)的發(fā)展，都對(duì)水體產(chǎn)生了嚴(yán)重污染.另外，穆棱河流域已形成沖溝較為嚴(yán)重的水土流失區(qū)[22]，也給小興凱湖帶來大量無機(jī)物.1#～10#點(diǎn)位的ad(440)最小值出現(xiàn)在1#點(diǎn)位，湖崗在大興凱湖一側(cè)形成沙灘景觀，在小興凱湖一側(cè)多沼澤，1#點(diǎn)位距各入湖河流及排干口較遠(yuǎn)；11#～20#點(diǎn)位的ad(440)最大值出現(xiàn)在17#點(diǎn)位，靠近新開流，其附近有興凱湖水產(chǎn)養(yǎng)殖場、長林子捕魚組，最小值出現(xiàn)在19#點(diǎn)位，靠近一閘口.1#～20#點(diǎn)位非藻類顆粒物在400～700nm按指數(shù)衰減規(guī)律擬合斜率Sd值的變化范圍為0.0043～0.0053nm-1，平均值為0.0048±0.0003nm-1，決定系數(shù)R2均在0.96以上.

圖3 興凱湖水體ap(λ)、ad(λ)和aph(λ)的吸收光譜(灰色代表1#～10#樣點(diǎn),黑色代表11#～20#樣點(diǎn)，下同);ad(440)與TSM、ISM、OSM濃度的相關(guān)性Fig.3 Absorption spectra of ap(λ), ad(λ),aph(λ);Correlation coefficients between ad(440) and TSM, ISM, OSM concentrations of Lake Xingkai

3.3 浮游植物色素顆粒物的吸收光譜特征

小興凱湖西北部為農(nóng)業(yè)耕作區(qū)，尤其在近幾年的旅游業(yè)及漁業(yè)發(fā)展的帶動(dòng)下，沿岸及入湖河流攜帶大量營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)浮游植物的生長，水生植物系統(tǒng)較大興凱湖發(fā)達(dá).根據(jù)圖2，5#點(diǎn)位未表現(xiàn)出藻類吸收特征，營養(yǎng)鹽濃度低.興凱湖Chl.a濃度最大值出現(xiàn)在泄洪一閘附近的1#點(diǎn)位，營養(yǎng)鹽的聚積使浮游植物增加；最小值出現(xiàn)在11#點(diǎn)位，位于新開流與一閘之間，與小湖沒有閘口，營養(yǎng)鹽流動(dòng)較弱.1#～10#點(diǎn)位Chl.a濃度最小值出現(xiàn)在8#點(diǎn)位，距離農(nóng)業(yè)排干口較遠(yuǎn).11#～20#點(diǎn)位Chl.a濃度最大值出現(xiàn)在20#點(diǎn)位，位于白泡子排干口處，農(nóng)田退水和生活污水的排入帶來較多營養(yǎng)鹽，浮游植物大量生長.

圖4 aph(440)、aph(675)與Chl.a濃度的相關(guān)性Fig.4 Correlation coefficients between aph(440), aph(675) and Chl.a concentration

3.4 CDOM的吸收光譜特征

3.4.1 CDOM的吸收 CDOM包括DOC中有色部分的60%以上，占到可溶性有機(jī)物質(zhì)的10%～90%，CDOM和DOC無色部分均來源于地表徑流的陸源輸入和浮游植物降解[42-43].由于CDOM成分復(fù)雜，難以確認(rèn)其濃度，常用355、375、400、440nm等波長處的吸收系數(shù)來表征CDOM的濃度[44].由于CDOM吸收集中在紫外短波段，本文對(duì)興凱湖水體CDOM 250～700nm波段的吸收特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其呈指數(shù)衰減(圖5a).ag(440)介于0.37～2.17m-1之間，均值為1.19±0.54m-1，與4、6月份太湖、巢湖[17]樣點(diǎn)間差異較大.ag(440)吸收系數(shù)與Chl.a、DOC濃度均無顯著相關(guān)性(表1)，與前人研究結(jié)果有所差異[16]，表明興凱湖水體DOC中無色部分所占比例高.由于興凱湖春季藻類濃度低，無色DOC的主要來源不是浮游植物降解產(chǎn)物，而是河流的陸源性輸入，隨著東北地區(qū)5月氣溫、光照時(shí)數(shù)增加，紫外輻射的增強(qiáng)也促進(jìn)了CDOM的光化學(xué)降解作用，提高無色DOC的比例.興凱湖1#～10#、11#～20#點(diǎn)位的ag(440)分別為1.34±0.44、1.04±0.6m-1，最大值出現(xiàn)在13#點(diǎn)位，最小值出現(xiàn)在11#和12#點(diǎn)位.13#點(diǎn)位位于龍王廟和松阿察河出口處，松阿察河為興凱湖唯一出口，大量陸源輸入的CDOM積聚在此；而11#點(diǎn)位Chl.a濃度最小，其與大小湖的閘口距離較遠(yuǎn)；12#點(diǎn)位在當(dāng)壁鎮(zhèn)附近，無農(nóng)田污水排干口，ag(440)較低.1#～10#點(diǎn)位東側(cè)點(diǎn)位ag(440)高于西側(cè)，最大值出現(xiàn)在3#點(diǎn)位，最小值出現(xiàn)在9#和10#點(diǎn)位(圖6)，主要是因?yàn)樾∨d凱湖東側(cè)不僅有農(nóng)田排干入湖口，而且流域內(nèi)流經(jīng)虎林市的東地河攜帶大量城市污水注入此湖.

CDOM的分子量M(ag(250)/ag(365))(簡寫為M250/365)可反映腐殖酸和富里酸在CDOM中的比例，M值越大，腐殖酸所占比例越低[45].興凱湖M250/365變化范圍為5.55～8.99(均值為7.38±0.99)，均值低于太湖梅梁灣冬季水體(8.09±0.56)[16]和巢湖(8.66±0.088)[17].由于CDOM的陸源為河流攜帶有機(jī)成分的輸入，使腐殖酸的比例偏大[46].興凱湖穆棱河流域等集水區(qū)多為農(nóng)業(yè)耕作區(qū)，大量輸入有機(jī)成分且春季浮游植物處于生長期，色素濃度較太湖和巢湖低，表現(xiàn)為興凱湖水體腐殖酸所占比例相對(duì)較高.

圖5 CDOM的光譜吸收曲線(a);各波段CDOM吸收光譜擬合波段的斜率Sg(b)Fig.5 Absorption spectra of CDOM(a); Shape factor Sg of CDOM absorption spectra from bonds(b)

3.4.2 CDOM吸收曲線的擬合函數(shù)斜率值Sg與特征波長吸收系數(shù)的關(guān)系Sg值反映水體中CDOM含量的高低，其值的大小與波段選取的范圍和CDOM組成有關(guān)，光譜微分能夠很好地描述光譜斜率隨波段的變化情況[17].利用最小二乘法，計(jì)算CDOM吸收曲線在250～500nm波段的擬合函數(shù)斜率Sg，其均值為0.3161±0.1278nm-1.總體上高于4月太湖Sg值(0.0171～0.0032nm-1)[47]，這一方面可能是由于參考波長和擬合波段選擇的不同導(dǎo)致計(jì)算出的Sg值在不同水體或同一水體間存在差異[46]，另一方面可能是因?yàn)椴煌wCDOM組成及來源不同.本研究選取250～290、290～320、320～400、400～500nm波段計(jì)算指數(shù)函數(shù)斜率值Sg(圖5b)，不同波段內(nèi)Sg值差異較大，且Sg值隨波長的增加而減小，與前人的研究結(jié)論一致[48-50].將250～290、290～320、320～400和400～500nmSg值與ag(440)進(jìn)行回歸分析，其相關(guān)系數(shù)分別為0.54、0.57、0.79和0.91，選擇相關(guān)性較好的320～400、400～500nm處進(jìn)行函數(shù)擬合(圖7)，發(fā)現(xiàn)均存在較好的二次函數(shù)關(guān)系(R2=0.62，R2=0.83).針對(duì)CDOM的遙感反演，如QAA算法中光譜斜率S值應(yīng)相應(yīng)增大.

圖6 興凱湖所有點(diǎn)位ag(440)值的空間分布Fig.6 Distribution of ag(440) of all the sampling sites in Lake Xingkai

圖7 兩種波段下ag(440)與Sg的關(guān)系(a：320～400nm; b：400～500nm)Fig.7 Relationship between ag(440) and Sg under two bands(a: 320～400nm; b: 400～500nm)

3.5 各組分對(duì)水體總吸收系數(shù)的貢獻(xiàn)

水體各組分的吸收貢獻(xiàn)率可衡量太陽輻射的有效利用率和水體組分對(duì)光的衰減程度，根據(jù)線性疊加原理，水體總吸收系數(shù)是各個(gè)水色因子吸收系數(shù)的和：

a(λ)=ad(λ)+aph(λ)+ag(λ)+aw(λ)

(5)

式中，aw(λ)為純水的吸收系數(shù).由于純水的吸收系數(shù)為常數(shù)[51]，本文以非藻類顆粒物、色素顆粒物和CDOM的吸收系數(shù)為總吸收系數(shù)，研究在PAR波段內(nèi)分析不同組分吸收系數(shù)的貢獻(xiàn)率(圖8a).總體上，興凱湖1#～20#點(diǎn)位水體各組分吸收系數(shù)貢獻(xiàn)率為非藻類顆粒物>色素顆粒物>CDOM，CDOM的貢獻(xiàn)主要集中于紫外短波波段，非藻類顆粒物的貢獻(xiàn)率始終大于50%，表明興凱湖水體非藻類顆粒物的吸收和散射是PAR波段光衰減的主要因子.約550nm處，由于葉綠素a的吸收，非藻類顆粒物的貢獻(xiàn)曲線逐漸下降，直至670nm附近到達(dá)最低谷后逐漸上升，色素顆粒物的貢獻(xiàn)曲線與非藻類顆粒物的貢獻(xiàn)曲線走勢相反，表明春季興凱湖5月水體色素含量單一并以葉綠素a為主.非藻類顆粒物和CDOM的吸收集中于短波段并呈指數(shù)遞減，其貢獻(xiàn)率曲線在約675nm后出現(xiàn)不穩(wěn)定的增幅，可能是儀器的噪聲所致.

選取各點(diǎn)位PAR藍(lán)光(400～500nm)、綠光(500～600nm)、紅光(600～700nm)的特征波長440、550、675nm(圖8b、c、d)，進(jìn)行各組分貢獻(xiàn)率的研究.藍(lán)光波段小興凱湖色素貢獻(xiàn)大于CDOM，主要受農(nóng)業(yè)退水和生活污水的影響；大興凱湖靠近松阿察河的13#點(diǎn)位CDOM的貢獻(xiàn)大于色素.綠光波段小興凱湖點(diǎn)位色素貢獻(xiàn)大于CDOM，大興凱湖點(diǎn)位CDOM貢獻(xiàn)大于小湖；紅光波段處色素貢獻(xiàn)率比例大，主要是因?yàn)榉窃孱愵w粒和CDOM貢獻(xiàn)集中于短波段，點(diǎn)位1#、18#、19#、20#的色素貢獻(xiàn)率相對(duì)最大，其中18#、19#、20#點(diǎn)位分別位于一閘口、二閘口和白泡子排干附近，陸源輸入較多營養(yǎng)鹽.

圖8 興凱湖所有點(diǎn)位各組分平均吸收系數(shù)貢獻(xiàn)率(a);400～500nm(b)、500～600nm(c)和600～700nm(d)波段各組分平均吸收系數(shù)貢獻(xiàn)率Fig.8 The average absorption contribution(a); The average absorption contribution over the range of 400-500nm(b), 500-600nm(c) and 600-700nm(d) in all the sampling sites of Lake Xingkai

4 結(jié)論

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Absorption characteristics of particulates and CDOM in spring in the Lake Xingkai

LI Sijia1,2, SONG Kaishan2, CHEN Zhiwen1, ZHAO Ying2, SHAO Tiantian2, MU Guangyi2,3& GUAN Ying2

(1:InstituteofEcologicalEnvironment,JilinNormalUniversity,Siping136000,P.R.China)

(2:NortheastInstituteofGeographyandAgriculturalEcology,ChineseAcademyofSciences,Changchun130102,P.R.China)

(3:LifeScienceCollege,NortheastNormalUniversity,Changchun130000,P.R.China)

Field surveys were carried out in the Lake Xingkai(including both the Great Lake Xingkai and the Small Lake Xingkai) in May 2013, and water samples were collected for examination of the absorption features. In the laboratory, tripton and chromophoric dissolved organic matter(CDOM) absorption of 20 water samples were measured through quantitative filter technique. Absorption coefficients were used to analyse the absorption characteristics, source, spatial distribution and relative contribution of optical active constituents over the range of PAR(400-700nm). The results showed that the absorption spectra of tripton are similar to nonalgal particles, indicating less phytoplankton presence in the water column. The total particulate absorption is dominated by the nonalgal particles, of which the contribution rate is up to 50% of the total absorption, andSgis higher than that in water bodies being investigated elsewhere. Positive correlation of the particles was observed withinap(440),ad(440) and total suspended matter, inorganic suspended matter and organic suspended matter, respectively, while weak correlation was recorded in terms of chlorophyll-a(Chl.a) compared with results reported in literatures. In the current study, low correlations of the particles were observed withinag(440), Chl.a and dissolve dissolved organic carbon(DOC). This is probably due to the fact that more colorless DOCs are present in the Lake Xingkai. Absorption coefficient and water quality parameters showed insignificant difference between the Great Lake Xingkai and the Small Lake Xingkai, though the latter is greatly impacted by farmland irrigation discharge, fisheries and tourism sewage.

Lake Xingkai; absorption spectra; CDOM; nonalgal particles; phytoplankton

*性國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(44171293)和興凱湖生態(tài)環(huán)境保護(hù)基線調(diào)查項(xiàng)目(JXZFCG2013-XXK21-03)聯(lián)合資助.2014-05-26收稿;2014-12-18收修改稿.李思佳(1988～),女,碩士研究生;E-mail: jlsdlsj@126.com.

J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2015， 27(5)： 941-952

DOI 10.18307/2015.0522

?2015 byJournalofLakeSciences

**通信作者;E-mail: songks@iga.ac.cn.