楊曉東，高良敏，楊 婷，司家濟(jì)，解志林

(安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001)

碳是構(gòu)成地球上一切生命的基礎(chǔ)，在許多陸地及水生生物地球化學(xué)循環(huán)中扮演重要角色[1]。湖庫作為大氣圈、陸地生態(tài)體系和水生體系的結(jié)合點(diǎn)，是陸地地表碳元素匯集地之一，是陸地環(huán)境接收的碳傳輸、轉(zhuǎn)換和貯存高度活躍的場所[2]。葉綠素a是反映湖泊富營養(yǎng)化水平的重要指標(biāo)，其變化規(guī)律及其影響因素分析，能清楚的了解湖泊營養(yǎng)鹽分布規(guī)律及富營養(yǎng)化的形成機(jī)制，為湖泊的生態(tài)修復(fù)提供重要的科學(xué)依據(jù)[3]。通過對影響葉綠素a含量的幾個關(guān)鍵因素的分析，回溯污染源頭，從而控制污染源，減少這些污染物進(jìn)入水體，降低湖水的葉綠素a含量，為解決湖水富營養(yǎng)化的問題提供參考。

1 研究區(qū)概況

焦崗湖濕地位于淮北平原，地理位置 116°20′～116°42′E，32°33′～ 32°44′N，流域面積 497km2，是淮河中游最大的生態(tài)濕地，轄區(qū)內(nèi)濕地、煤炭、生物資源豐富，被譽(yù)為“安徽白洋淀[4]。為發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)和促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，近年來焦崗湖大力發(fā)展?jié)O業(yè)養(yǎng)殖及生態(tài)旅游業(yè)，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中大量使用化肥、農(nóng)藥等，致使湖泊受到較大程度的干擾[5]。焦崗湖源多流廣，歷史上曾有“三十六湖歸焦崗”之稱。焦崗湖區(qū)最高氣溫38～40℃，最低氣溫零下10℃，全年平均氣溫15℃，平均水溫14℃，無霜期225天，冬季湖面冰凍20～30天。該湖系橢圓形淺水湖泊，湖底平坦，水草叢生，底質(zhì)為沖積淤泥，全年平均水深0.8m，下游建閘與淮河隔斷，水體交換量小，汛期平均水深可達(dá)6m[6]。

2 研究方法

(1)樣品采集。本文主要對污染物入湖量的研究，在河流入湖口以及出水口設(shè)置了監(jiān)測點(diǎn)位，重點(diǎn)觀測周圍污染物進(jìn)入湖水的污染狀況，在研究湖區(qū)設(shè)置了13個采樣點(diǎn)位，于2016年8月和2017年1月兩個航次進(jìn)行采樣，每個采樣點(diǎn)采表層水樣2L于聚乙烯塑料瓶中，用于懸浮物總量，總有機(jī)碳(TOC)，總碳(TC)，總無機(jī)碳(IC)，總硬度，COD，總磷，總氮，氨氮等指標(biāo)的測定，同時另采集500mL水樣于棕色玻璃瓶中，加入體積分?jǐn)?shù)為1%的碳酸鎂懸濁液固定，用于葉綠素a的測定，采集的樣品帶回實(shí)驗室分析(見圖1)。

圖1 焦崗湖采樣點(diǎn)分布

(2)測試方法。TC、TOC和IC用島津TOC-V分析儀測定；葉綠素測定依據(jù)SL 88-2012《水質(zhì) 葉綠素的測定 分光光度法》；水樣總硬度的測定方法依據(jù)GB 7477-87《水質(zhì) 鈣和鎂總量的測定EDTA滴定法》。

(3)數(shù)據(jù)分析。采用Origin 8.0繪制不同采樣點(diǎn)位的濃度分布圖。通過SPSS19.0對碳含量、總硬度與葉綠素a進(jìn)行相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與討論

(1)碳的空間分布規(guī)律。焦崗湖水中碳的空間分布特征如圖2所示。橫坐標(biāo)為監(jiān)測點(diǎn)位，縱坐標(biāo)為碳含量。夏季焦崗湖水的TC含量變化范圍為51.34～59.13mg·L-1，平均值為55.27mg·L-1，整體波動幅度不大。在點(diǎn)位SY04處TC含量最高，點(diǎn)位SY05處TC含量最低，可能是由于點(diǎn)位SY04處受附近旅游景點(diǎn)排放的有機(jī)污染物的影響，而點(diǎn)位SY05處，葉綠素a含量較高，浮游植物較活躍，TC大量轉(zhuǎn)化為IC，用于植物的光合作用。IC含量變化范圍為42.84～53.40mg·L-1，平均值為48.17mg·L-1，變化趨勢與TC類似，從圖2中可以看出， IC對TC的貢獻(xiàn)率較大，為79%～92%，因此兩者變化趨勢大體上一致。夏季陸源徑流攜帶了豐富的碳和營養(yǎng)鹽，促進(jìn)了浮游植物光合作用，二氧化碳大量消耗，湖水IC含量降低。TOC含量變化范圍為4.33～11.28mg·L-1，平均值為7.18mg·L-1，在點(diǎn)位SY02、SY03處分別達(dá)到最大值與最小值，從點(diǎn)位SY04開始總體呈上升趨勢，表明湖水一定程度上受到有機(jī)物污染，焦崗湖近岸主要存在水產(chǎn)養(yǎng)殖和居民生活兩種污染源，大量的陸源污染物質(zhì)進(jìn)入焦崗湖最終被分解為無機(jī)碳，使得焦崗湖IC含量升高.[7]。但湖中有機(jī)碳的含量較低，TOC含量大部分點(diǎn)位冬季高于夏季，但是對TC貢獻(xiàn)率較低，變化趨勢不明顯。根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值》(GB 5749-2006)，TOC含量均超過限定的58mg·L-1。

冬季TC含量變化范圍為49.25～79.55mg·L-1，平均值為57.79mg·L-1，水體TC含量在不同點(diǎn)位波動幅度較大，點(diǎn)位SY08開始迅速升高，在點(diǎn)位SY10達(dá)到最大值79.55mg·L-1，可能是由于點(diǎn)位SY10位于便民溝，焦崗湖水通過便民溝閘入淮河，水體中的碳隨水流匯聚到出水口處，使碳含量升高所致。IC含量變化范圍為40.73～69.18mg·L-1，平均值為50.13 mg·L-1，IC對TC的貢獻(xiàn)比例范圍為83%～90%，與TC含量變化趨勢同樣相同，IC含量冬季高于夏季，這可能與溫度因素有關(guān)，夏季氣溫高而冬季氣溫低，使得IC含量與溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。TOC含量的變化范圍為5.82～10.37mg·L-1，平均值為7.67mg·L-1。

圖2 焦崗湖水中碳的空間分布

(2)碳的時間分布規(guī)律。焦崗湖水碳的時間分布規(guī)律如圖3所示。由于IC對TC貢獻(xiàn)率較大，達(dá)到79%以上，所以TC和IC含量均呈現(xiàn)出冬季高于夏季，在點(diǎn)位SY10處極為顯著，可能是由于冬季湖泊內(nèi)綠色植物和藻類處于不活躍狀態(tài)或者死亡，減少了對IC的利用與轉(zhuǎn)化，湖水中的碳隨水流流入過便民溝閘入淮河所致[8-9]。在大部分點(diǎn)位TOC含量冬季高于夏季。

圖3 焦崗湖水碳的時間分布

(3)葉綠素a的時空分布規(guī)律。焦崗湖水葉綠素a含量的時空分布如圖4所示。橫坐標(biāo)軸為采樣點(diǎn)位，縱坐標(biāo)軸為葉綠素a含量。夏季葉綠素a 含量在不同點(diǎn)位波動幅度較大，在點(diǎn)位SY02處含量達(dá)到最大值，為219.16μg·L-1，這可能與僅岸處水產(chǎn)養(yǎng)殖和人類活動使水體營養(yǎng)鹽含量增加，岸邊植物生產(chǎn)旺盛造成的，出水口處葉綠素a含量呈上升趨勢，可能與在便民溝兩側(cè)供觀賞的蘆葦蕩與荷花淀有關(guān)，這些區(qū)域水流緩慢，水中雜質(zhì)、腐敗沉積物導(dǎo)致營養(yǎng)鹽濃度增加，刺激了藻類的生長，冬季葉綠素a含量變化范圍波動幅度較小。總體上，夏季葉綠素a含量高于冬季，這可能是由于夏季水體植被生長穩(wěn)定，緩解了營養(yǎng)鹽限制的壓力，因此浮游植物的生物量上升較快，導(dǎo)致水體中葉綠素a濃度顯著升高，冬季氣溫降低后，浮游植物進(jìn)入衰退期，葉綠素a的濃度逐漸降低。

圖4 焦崗湖水葉綠素a含量的時空分布

對焦崗湖夏季和冬季碳含量和葉綠素a含量分布進(jìn)行差異分析，Sig值如表1所示。碳含量時空分布無顯著性差異(P>0.05)，葉綠素a含量時空分布差異顯著(P<0.05)。

表1 差異分析Sig值

(4)葉綠素a含量的影響因素分析。由于葉綠素a與總硬度的相關(guān)性不顯著，對碳含量、總硬度和葉綠素a含量分別取對數(shù)后做進(jìn)一步分析[10-11](見表2)。IC葉綠素a、TOC呈極顯著負(fù)相關(guān)(P≤0.01)，與TC和總硬度呈極顯著正相關(guān)(P≤0.01)；葉綠素a與總硬度呈顯著負(fù)相關(guān)(P≤0.05)，與TOC相關(guān)性不顯著；總硬度和TC呈極顯著正相關(guān)(P≤0.01)[12-15]。由此可見，無機(jī)碳對葉綠素a是強(qiáng)影響因素之一，葉綠素a是反映浮游植物光合作用強(qiáng)度的直接表現(xiàn)，浮游植物光合作用消耗溶解無機(jī)碳，轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)有機(jī)碳， 使IC與葉綠素a含量呈負(fù)相關(guān)[16]。TC與IC呈現(xiàn)正相關(guān)性，是由于IC對TC的貢獻(xiàn)率較高；IC與總硬度呈現(xiàn)正相關(guān)性，這與吳速園等[17]研究結(jié)果一致。

表2 碳含量、總硬度和葉綠素a含量相關(guān)性分析

**在 0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。*在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

4 結(jié)論

(1)焦崗湖水IC對TC的貢獻(xiàn)率較高，達(dá)到79%以上，TOC平均含量在8mg·L-1以內(nèi)，冬季TC含量波動性較大。

(2)夏季葉綠素a含量在不同點(diǎn)位波動幅度較大，出水口處葉綠素a含量呈上升趨勢，可能與在便民溝兩側(cè)供觀賞的蘆葦蕩與荷花淀有關(guān)，這些區(qū)域水流緩慢，腐敗沉積物上覆導(dǎo)致營養(yǎng)鹽濃度增加，促進(jìn)了藻類的生長。

(3)對焦崗湖夏季和冬季碳含量和葉綠素a含量分布進(jìn)行差異分析，碳含量時空分布無顯著性差異(P>0.05)，葉綠素a含量時空分布差異顯著(P<0.05)。

(4)相關(guān)性分析表明，IC與葉綠素a、TOC呈極顯著負(fù)相關(guān)(P≤0.01)，與TC和總硬度呈極顯著正相關(guān)(P≤0.01)；葉綠素a與總硬度呈顯著負(fù)相關(guān)(P≤0.05)，與TOC相關(guān)性不顯著。