倪茂飛,劉 睿,王志康,4,張 靜,*,苑浩達(dá),徐 溶

1 貴州民族大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院, 貴陽(yáng) 550025

2 重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院, 重慶 401331

3 重慶市地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究重慶市高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 401331

4 貴州省工程地質(zhì)災(zāi)害防治工程研究中心(貴州民族大學(xué)), 貴陽(yáng) 550025

溶解性有機(jī)質(zhì)(DOM)廣泛存在于自然水體,并在全球及區(qū)域碳循環(huán)中扮演著核心角色[1]。它是一類由不同生物化學(xué)成分(如：腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)和脂肪酸等)所組成的非均相混合物[2]。河流DOM由于區(qū)域生態(tài)環(huán)境過(guò)程影響,其成分一般具有顯著的時(shí)空格局特征,且主要由陸生源(外源)及原位生物源(內(nèi)源)構(gòu)成,受區(qū)域季節(jié)性生態(tài)水文過(guò)程、人為活動(dòng)、植物根系分泌、藻類和微生物新陳代謝所調(diào)控[3—4]。同時(shí),DOM作為自然水體中化學(xué)物質(zhì)(如：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和重金屬等)的載體,兼具物質(zhì)輸運(yùn)、反應(yīng)和存儲(chǔ)的功能[5]。因此,河流DOM成分特征及來(lái)源解析對(duì)進(jìn)一步了解生物地球化學(xué)過(guò)程至關(guān)重要。

世界范圍內(nèi)喀斯特流域分布廣泛,且其特殊的地形地貌特征極大地調(diào)節(jié)了水體物理、化學(xué)和生物過(guò)程[6]。特別是汛期降雨影響流域徑流、巖石風(fēng)化和水土連接狀況,因此周期性調(diào)節(jié)喀斯特河流DOM空間格局[7]。同時(shí)汛期喀斯特區(qū)域水土流失加重,導(dǎo)致大量陸源DOM輸入河流[8]。先前研究顯示[9],碳酸鹽溶解耦合光合作用強(qiáng)烈影響喀斯特水體碳循環(huán)過(guò)程,從而進(jìn)一步響應(yīng)DOM生物/非生物源轉(zhuǎn)化。因此,特殊區(qū)域生物地球化學(xué)特征對(duì)DOM成分及來(lái)源具有重大影響。然而,當(dāng)前喀斯特水體DOM的研究主要集中于巖石含水層和巖溶泉等[10—11]。特別地,國(guó)內(nèi)研究報(bào)道了西南喀斯特地下河系統(tǒng)DOM特征,結(jié)果顯示原位水體腐殖質(zhì)和絡(luò)氨酸成分大量累積[12]。因此,目前對(duì)于地表水喀斯特河流,特別是集中降雨作用下的DOM成分及來(lái)源信息卻鮮有報(bào)道,急需相關(guān)研究的補(bǔ)充。

當(dāng)前DOM的測(cè)量方法眾多[13—15],如傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜法(FT-ICR-MS)、傅里葉紅外光譜法(FTIR)和高效液相色譜法(HPLC)等。其中,紫外-可見(jiàn)光譜和三維熒光光譜法以其高效的分子級(jí)檢測(cè)特征被廣泛使用[16—17]。例如,有機(jī)物官能團(tuán)能吸收特定波長(zhǎng)下的紫外-可見(jiàn)光,其標(biāo)準(zhǔn)化吸光系數(shù)(SUVAλ)用于半定量解釋DOM成分的相對(duì)豐度[18]。大分子DOM的吸光范圍相對(duì)較寬,因此其吸光度比值(如：E2:E3和E4:E6等)和光譜斜率(如：S275- 295、S290- 350和S350- 400等)能夠顯示DOM的相對(duì)分子質(zhì)量[19]。同樣,三維熒光矩陣甄別不同熒光基團(tuán)的相對(duì)含量,同時(shí)其熒光參數(shù)能夠顯示DOM來(lái)源、可生物降解性、新鮮度和腐殖化程度,有力地揭示了DOM的特征信息[20]。當(dāng)前,三維熒光矩陣平行因子分析(EEM-PARAFAC)作為一項(xiàng)后處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用于熒光數(shù)據(jù)的深度解釋,并在DOM成分分析領(lǐng)域具有卓越貢獻(xiàn)[21]。

該研究以我國(guó)典型喀斯特河流——芙蓉江作為對(duì)象,它全流域處于巖溶地貌區(qū)域且大量覆蓋碳酸鹽巖結(jié)構(gòu),具有顯著的研究代表性。同時(shí)研究利用紫外-可見(jiàn)光譜、熒光光譜和EEM-PARAFAC探索該河流汛期DOM光學(xué)特性及其空間格局特征,評(píng)估各光學(xué)參數(shù)的相關(guān)關(guān)系,進(jìn)一步揭示喀斯特河流DOM與全球及區(qū)域內(nèi)陸水體碳循環(huán)的響應(yīng)機(jī)制,以期為我國(guó)生態(tài)水環(huán)境調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

該研究野外調(diào)研及樣品采集地點(diǎn)位于芙蓉江流域(28°0′57″—29°14′23″N,107°10′3″—107°52′42″E),它是烏江水系左岸最大的一級(jí)支流(圖1)。該河流碳酸鹽巖分布廣泛且地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,其出露地層均為沉積巖,有顯著的喀斯特地形地貌特征。該流域發(fā)源于貴州省遵義市綏陽(yáng)縣,并于重慶市武隆縣匯入烏江。河流全長(zhǎng)231 km,流域面積為7406 km2,貴州省境內(nèi)面積占總流域面積的93%。芙蓉江水系發(fā)達(dá),其中清溪河、三江和梅江是主要支流。據(jù)沿途雨量站數(shù)據(jù)顯示,芙蓉江多年平均降雨量在1037—1233 mm范圍,且主要集中在每年5—9月,占全年降雨量的86%。芙蓉江多年徑流量在15—58 m3/s之間,其平均值為34 m3/s。流域土地利用以林地和草地為主,次之為農(nóng)業(yè)用地、城鎮(zhèn)用地和水域。同時(shí),為達(dá)到發(fā)電與防洪的目的,該河流干流建有多座水電站(圖1),這可能造成區(qū)域水生態(tài)環(huán)境的改變。

圖1 研究區(qū)域位置、土地利用及采樣點(diǎn)分布圖

1.2 野外工作及樣品分析

野外工作：遵循《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》(HJ494—2009)相關(guān)描述[22],于2020年7月(汛期)對(duì)干流(21個(gè)樣點(diǎn))和支流(11個(gè)樣點(diǎn))開(kāi)展了野外樣品采集工作,采樣點(diǎn)布設(shè)最大程度包含了河流空間信息,并符合河流連續(xù)體概念[23]。為考慮人為活動(dòng)對(duì)水質(zhì)的影響,每日采樣時(shí)間為早上(9:00—12:00)及下午(14:00—18:00),保障各樣點(diǎn)樣品具有科學(xué)代表性。水樣于河流流水處采集,各樣點(diǎn)類型覆蓋：用水地、支流合流前后、城鎮(zhèn)進(jìn)出口、水電站和大壩前后,盡量保證10 km采樣間隔。水樣為河流表層水體(10—20 cm),保存于50 mL或100 mL高密度聚乙烯塑料瓶,采集時(shí)仔細(xì)檢查瓶蓋是否蓋嚴(yán)同時(shí)避免出現(xiàn)頂空空氣。用于溶解性有機(jī)碳(DOC)分析的樣品事先用2 mol/L鹽酸酸化。

樣品預(yù)處理：采樣當(dāng)天利用玻璃纖維膜(GF/F 47 mm, 0.45 μm, Whatman)對(duì)原水樣進(jìn)行抽濾處理,并將濾液移置超純水潤(rùn)洗過(guò)的50 mL或100 mL高密度聚乙烯塑料瓶中,仔細(xì)檢查瓶蓋及頂空空氣規(guī)范。后續(xù)將預(yù)處理后的樣品存放于4℃冰柜中冷藏并在一周以內(nèi)運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定。

實(shí)驗(yàn)室分析：樣品DOC濃度利用varioTOC cube select總碳分析儀(Elementar,德國(guó))測(cè)定。紫外-可見(jiàn)光譜利用UV- 1500PC紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(Macy,上海)在200—700 nm(間隔1 nm)波長(zhǎng)下掃描。三維熒光激發(fā)—發(fā)射矩陣(EEMs)利用F- 7000熒光光譜儀測(cè)定(Hicachi,日本)測(cè)量,其激發(fā)(Ex.)和發(fā)射波長(zhǎng)(Em.)掃描范圍分別為200—450 nm(間隔5 nm)和250—600 nm(間隔1 nm)。

1.3 光學(xué)參數(shù)分析

該研究共選取8項(xiàng)具有代表意義的光學(xué)參數(shù)(SUVA254、SUVA280、E2:E3、S290-350、BIX、FI、Frl和HIX),其描述及計(jì)算分析方法見(jiàn)表1。

表1 DOM光學(xué)參數(shù)計(jì)算方法及相應(yīng)描述

EEM-PARAFAC用于熒光數(shù)據(jù)的整體分析,包括以下步驟：(1)EEMs的瑞麗及拉曼散射切除；(2)非負(fù)性條件約束；(3)樣品貢獻(xiàn)荷載評(píng)估；(4)離群值剔除；(5)拆半分析選取適當(dāng)?shù)某煞謹(jǐn)?shù)量。最終,EEM-PARAFAC輸出各主要熒光成分結(jié)果及其相應(yīng)的最大熒光強(qiáng)度(Fmax),用于表征樣品DOM成分特征及其相對(duì)含量[30]。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

該研究數(shù)據(jù)的正態(tài)分布用Kolmogorov-Smirnov test檢驗(yàn),連續(xù)性用Levene′s test進(jìn)行驗(yàn)證,并將不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行自然對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換。河流DOC濃度及光學(xué)參數(shù)(SUVA254、SUVA280、E2:E3、S290—350、Frl、FI、BIX和HIX)的顯著性差異分析利用Mann-WhitneyUtest檢驗(yàn)。DOC及光學(xué)參數(shù)的相關(guān)性利用Spearman相關(guān)系數(shù)驗(yàn)證。EEM-PARAFAC利用DOMFluorv1.71工具箱在Matlab 2018a上進(jìn)行分析。統(tǒng)計(jì)基于SPSS 19.0和OriginLab OriginPro 2020b,所有圖形繪制利用SigmaPlot 14.0和OriginLab OriginPro 2020b完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 河流DOC及紫外-可見(jiàn)光學(xué)參數(shù)

典型喀斯特河流DOC及紫外-可見(jiàn)光學(xué)參數(shù)(SUVA254、SUVA280、E2:E3和S290—350)如表2所示,各參數(shù)在干流與支流不具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。

表2 芙蓉江汛期河流DOC及DOM紫外-可見(jiàn)光學(xué)參數(shù)空間變化特征

河流DOC濃度在(1.08—3.89)mg/L范圍,干流與支流平均濃度分別為(2.65±0.85)mg/L和(2.54±0.85)mg/L。SUVA254顯示了自然水體腐殖質(zhì)類(芳香類)DOM的相對(duì)豐度,芙蓉江SUVA254值在(1.89—6.63)L mg-1m-1范圍,低于其它長(zhǎng)江支流河流[31]。同樣地,SUVA280顯示了芙蓉江水體中蛋白質(zhì)類DOM的相對(duì)豐度[32],其值較低且干流與支流分別為(2.76±1.04)L mg-1m-1和(2.85±0.92)L mg-1m-1。E2:E3反比于DOM相對(duì)分子質(zhì)量(表1),其值在(0.85—3.25)范圍內(nèi)變化。類似的,S290-350同樣表征了DOM相對(duì)分子質(zhì)量且具有較高的靈敏度,其值在(0.002—0.012)nm-1范圍內(nèi),干流與支流不具有顯著變化(P>0.05)。

2.2 河流DOM成分的EEM-PARAFAC結(jié)果

由于DOM成分不具有空間差異(P>0.05,表2),EEM-PARAFAC對(duì)全流域樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。典型喀斯特河流DOM共解析了3項(xiàng)主要熒光成分,其熒光峰位置及對(duì)應(yīng)Ex.和Em.處的熒光強(qiáng)度如圖2所示。

圖2 芙蓉江汛期河流DOM的EEM-PARAFAC分離組分圖

成分1(C1)的熒光峰出現(xiàn)在Ex./Em.=255/432處,為典型的陸源腐殖質(zhì)特征峰[21],其平均Fmax為(96.6±24.3)a.u.且占各成分Fmax的比例(%Fmax)為(35.3±13.8)%。成分2(C2)具有2個(gè)熒光峰,位于Ex./Em.=230(275)/338處,其平均Fmax和%Fmax分別為(97.8±24.3)a.u.和(33.5±11.0)%。該成分在色氨酸特征峰范圍內(nèi),與微生物和藻類代謝有關(guān)[33]。成分3(C3)的熒光峰在Ex./Em.=254/306處,其平均Fmax較大為(127.3±162.1)a.u.但%Fmax較小為(31.2±21.7)%,說(shuō)明各樣品豐度極差大且分布不均勻。先前研究顯示,該特征峰主要由DOM中的絡(luò)氨酸基團(tuán)所決定[34]?？偟膩?lái)說(shuō),芙蓉江汛期水體DOM主要包含1類陸源腐殖質(zhì)和2類氨基酸(色氨酸和絡(luò)氨酸)化合物。

2.3 河流熒光參數(shù)

典型喀斯特河流DOM熒光參數(shù)(BIX、FI、Frl和HIX)如圖3所示,各參數(shù)不具有顯著的空間(干流與支流)差異(P>0.05)。

圖3 芙蓉江汛期河流DOM熒光參數(shù)空間變化特征

熒光參數(shù)BIX顯示了自然水體DOM的自生源程度(表1),芙蓉江BIX值在(0.77—1.11)范圍,其平均值為(0.91±0.07),說(shuō)明陸源及自生源均對(duì)DOM均有貢獻(xiàn)。FI同樣表征了水體來(lái)源信息,芙蓉江FI值變化范圍較小(2.14—2.39),該結(jié)果暗示了內(nèi)源DOM所占比例較大。Frl可以表征新生DOM的相對(duì)量級(jí)大小,它與原位微生物和藻類的新陳代謝有關(guān),芙蓉江Frl值在(0.75—0.94)范圍,其中位數(shù)為0.86。HIX展示了水體DOM的腐殖化程度,其值與SUVA254具有顯著相關(guān)關(guān)系[3],芙蓉江HIX值在(0.14—0.79)范圍,其平均值為(0.54±0.16),說(shuō)明其腐殖化程度較低,水體DOM可能大量來(lái)源于水生生物新陳代謝。

3 討論

3.1 典型喀斯特河流汛期DOM成分特征

自然河流DOM成分復(fù)雜且變化迅速,其組成以腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)和木質(zhì)素類等有機(jī)物為主[31]。由于降雨引發(fā)的“稀釋作用”和徑流的混合[35],芙蓉江汛期腐殖質(zhì)和蛋白質(zhì)的相對(duì)豐度(SUVA254和SUVA280值)較低且不具有顯著的空間變化(P<0.05,表2)。這與先前在長(zhǎng)江上游的研究結(jié)果相似[36],同時(shí)與河流DOC濃度大小及變化一致。芙蓉江DOM相對(duì)分子質(zhì)量(E2:E3和S290—350值)高于一些亞熱帶河流[37—38],該結(jié)果具有以下兩種可能：(1)汛期降雨加強(qiáng)了喀斯特流域水土流失,進(jìn)而致使陸源大分子DOM(如腐殖質(zhì))被沖刷進(jìn)入河流；(2)汛期(夏季)適宜的溫度和光照促使小分子DOM(如氨基酸)在水文輸運(yùn)過(guò)程中被迅速生物降解。芙蓉江DOM光學(xué)參數(shù)均不具有顯著空間變化(P>0.05),說(shuō)明水文輸運(yùn)、擴(kuò)散和稀釋作用劇烈[39],從而掩蓋了DOM內(nèi)源生產(chǎn)和外源輸入的區(qū)域性差異,同時(shí)也進(jìn)一步支撐了該河流DOM豐度較低的結(jié)果。

同時(shí),EEM-PARAFAC可以表征河流DOM存在及變化情況,進(jìn)一步精確顯示區(qū)域范圍內(nèi)的主要DOM構(gòu)成。芙蓉江DOM共解析出3項(xiàng)主要成分(圖2),即1類陸源腐殖質(zhì)和2類氨基酸(色氨酸和絡(luò)氨酸)。這與我國(guó)其它長(zhǎng)江支流的觀測(cè)結(jié)果相似[40—41],說(shuō)明了河流DOM轉(zhuǎn)化、反應(yīng)和存儲(chǔ)具有流域特征。通常認(rèn)為腐殖質(zhì)是類頑固難降解的DOM,光化學(xué)過(guò)程可在河流輸運(yùn)中少量消耗腐殖質(zhì),將其不完全降解為小分子DOM[42]。色氨酸和絡(luò)氨酸是水生生命體所需的有機(jī)質(zhì)來(lái)源,因此在輸運(yùn)過(guò)程中易被生物降解甚至徹底生物礦化為無(wú)機(jī)碳[43—44]。該研究觀察到喀斯特河流大分子與小分子DOM同時(shí)存在(圖2),說(shuō)明其水生生物過(guò)程顯著,這與喀斯特區(qū)域“生物炭泵”作用主導(dǎo)的研究觀點(diǎn)吻合[9]。結(jié)果同樣暗示了該河流低DOC濃度是由于區(qū)域內(nèi)強(qiáng)烈的生物碳循環(huán),導(dǎo)致其在有機(jī)相和無(wú)機(jī)相中快速轉(zhuǎn)化,從而難以長(zhǎng)時(shí)間大量存儲(chǔ)于自然河流中[45—46]。

3.2 典型喀斯特河流汛期DOM來(lái)源解析

內(nèi)源和外源輸入通常是自然水體DOM的主要來(lái)源[37]。其中內(nèi)源DOM是由于浮游動(dòng)植物或藻類的新陳代謝所生產(chǎn)[47],另一方面水生生物的死亡細(xì)胞或脫落有機(jī)物與周圍環(huán)境長(zhǎng)期反應(yīng)也可成為一項(xiàng)重要的DOM內(nèi)源[48]。外源則是通過(guò)水利沖刷或溝壑侵蝕將水—土連接帶的陸生DOM攜帶入河流,由于土壤層具有高豐度的腐殖質(zhì)類DOM,導(dǎo)致外源DOM多是一些大分子有機(jī)物[49]。芙蓉江BIX值(圖3)說(shuō)明內(nèi)/外源DOM同時(shí)存在于水體且內(nèi)源更顯著(表1)。這與以往“喀斯特流域以物理化學(xué)作用主導(dǎo)”的認(rèn)知沖突[50],說(shuō)明該區(qū)域生物過(guò)程在一定程度上被低估,FI值顯示出強(qiáng)烈的生物源DOM訊號(hào)(FI>1.9)也同樣支撐了這一推測(cè)(圖3)。Frl值表征該河流具有較大的新生內(nèi)源DOM比重,先前研究表明新生DOM會(huì)優(yōu)先被生物礦化為無(wú)機(jī)碳[51],導(dǎo)致喀斯特水體DOC濃度因快速的生物轉(zhuǎn)化而低于其它河流。芙蓉江腐殖化程度較低(HIX<4),但相對(duì)分子質(zhì)量較高(反比于E2:E3和S290-350,表2)。該結(jié)果看似沖突,實(shí)際上捕獲了大分子DOM不完全降解的初期階段(芳香性降低但未完全轉(zhuǎn)化為小分子DOM)。

進(jìn)一步分析芙蓉江干流各DOM熒光成分的輸運(yùn)、反應(yīng)和消耗等過(guò)程。結(jié)果顯示,腐殖質(zhì)類DOM的Fmax隨河流上游至下游具有顯著的上升趨勢(shì),而氨基酸(色氨酸和絡(luò)氨酸)類組分Fmax具有下降趨勢(shì)(圖4)。這說(shuō)明小分子氨基酸被不斷反應(yīng)消耗,大分子陸源腐殖質(zhì)相對(duì)增加。事實(shí)上,先前的研究顯示生物過(guò)程會(huì)優(yōu)先利用易降解的小分子DOM,從而促使大分子DOM隨水流方向相對(duì)累積[52]。因此,芙蓉江汛期河流小分子DOM的生產(chǎn)和消耗主要由生物過(guò)程驅(qū)動(dòng),同時(shí)陸源DOM在水利沖刷作用下也持續(xù)輸入河流水體。

圖4 芙蓉江汛期河流DOM動(dòng)態(tài)過(guò)程概念圖(虛線表示該處為水電站)

除此之外,人類活動(dòng)也是河流DOM的重要來(lái)源。例如,該研究中腐殖質(zhì)、色氨酸和絡(luò)氨酸類Fmax的最大值均出現(xiàn)在城鎮(zhèn)河流(正安縣石梁河和旺草鎮(zhèn)芙蓉江干流),說(shuō)明人為源DOM輸入具有強(qiáng)度高及類別不確定等特點(diǎn)[53]。土地利用信息極大地表征了人為擾動(dòng)狀況：芙蓉江上游土地利用以林地和草地為主,是典型的自然狀態(tài)河流；中游具有大量的農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)用地,人為擾動(dòng)急劇增強(qiáng)(圖1)。河流DOM的Fmax在上游顯示了連續(xù)性變化,然而中游區(qū)域出現(xiàn)強(qiáng)烈波動(dòng)(圖4),這表明人為干擾破壞了河流連續(xù)體動(dòng)態(tài),從而造成DOM的不規(guī)則空間變化[49]。水電站的修建會(huì)對(duì)水生系統(tǒng)產(chǎn)生劇烈影響,先前研究認(rèn)為筑壩改變了水力停留時(shí)間并強(qiáng)化了原位生物過(guò)程,因此進(jìn)一步調(diào)節(jié)河流碳循環(huán)狀態(tài)[54—55]。對(duì)比該研究DOM在經(jīng)過(guò)水電站前、后差異,水體C2(色氨酸)和C3(絡(luò)氨酸)DOM分別呈現(xiàn)升高和降低趨勢(shì)(圖4),這一方面支撐了水力停留對(duì)DOM累積和消耗具有顯著作用的觀點(diǎn)[56],另一方面說(shuō)明不同氨基酸組成對(duì)生物活動(dòng)的響應(yīng)具有選擇性[57]。然而,腐殖質(zhì)類DOM并未出現(xiàn)明顯的一致性變化,這可能是由于該組分化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且難以被生物利用所造成[58]。

3.3 喀斯特河流DOM光學(xué)參數(shù)關(guān)聯(lián)性

光學(xué)參數(shù)表征DOM的成分、分子大小和來(lái)源等信息,其存在普遍的關(guān)聯(lián)性[59—60]。該研究紫外-可見(jiàn)光學(xué)參數(shù)SUVA254和SUVA280顯著正相關(guān)(P<0.01,圖5),說(shuō)明河流DOM成分具有同質(zhì)性變化,且它們都是由DOC濃度標(biāo)準(zhǔn)化的吸光系數(shù),因此與DOC呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。與先前研究一致,相對(duì)分子質(zhì)量參數(shù)E2:E3和S290- 350具有相似的判別結(jié)果[49]。由于強(qiáng)烈的“生物碳泵”作用導(dǎo)致新生內(nèi)源DOM產(chǎn)量較高,因此Frl與BIX呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。同時(shí),腐殖化程度(HIX)正比于腐殖質(zhì)豐度(C1)并反比于絡(luò)氨酸豐度(C3),以及新生生物源(Frl和BIX)正比于色氨酸豐度(C2)等現(xiàn)象,共同說(shuō)明了水生環(huán)境DOM成分及來(lái)源具有一致性變化,同時(shí)暗示氨基酸組分主要源自內(nèi)源輸入。

圖5 芙蓉江汛期河流DOM參數(shù)的Spearman相關(guān)系數(shù)

總的來(lái)說(shuō),光學(xué)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性揭示了河流DOM成分、分子大小和來(lái)源具有一致性生態(tài)水文學(xué)意義。陸源輸入以大分子腐殖質(zhì)類DOM為主,自生內(nèi)源則貢獻(xiàn)了大量可生物降解小分子DOM,它們?cè)谳斶\(yùn)過(guò)程中不斷轉(zhuǎn)化、反應(yīng)和存儲(chǔ),保持河流水生系統(tǒng)處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。未來(lái)的研究可進(jìn)一步定量監(jiān)測(cè)喀斯特河流DOM的生物/光降解過(guò)程及相應(yīng)量級(jí)大小。

4 結(jié)論

(1)喀斯特河流汛期DOM成分以大分子陸源腐殖質(zhì)、小分子色氨酸和絡(luò)氨酸為主。在河流輸運(yùn)過(guò)程中,小分子DOM經(jīng)生物降解由上游至下游不斷減少,導(dǎo)致大分子DOM相對(duì)累積。

(2)喀斯特河流汛期水體DOM以生物內(nèi)源為主且腐殖化程度較低,說(shuō)明其生物碳循環(huán)作用顯著,河流碳在有機(jī)相和無(wú)機(jī)相中快速轉(zhuǎn)化。同時(shí),陸生輸入、城鎮(zhèn)化過(guò)程和水電站修筑也顯著地改變了河流DOM成分。

(3)光學(xué)參數(shù)之間具有顯著的相關(guān)關(guān)系,且DOM成分、分子大小和來(lái)源具有一致的生態(tài)水文學(xué)意義。