2018, Vol. 39
2. 西南大学地理科学学院, 岩溶环境重庆市重点实验室, 重庆 400715;
3. 联合国教科文组织国际岩溶研究中心, 桂林 541004;
4. 桂林理工大学环境科学与工程学院, 桂林 541006
, LI Qiang1,3
, JIN Zhen-jiang4 , PENG Wen-jie1,4 , FANG Jun-jia1,2 , HUANG Bing-hui1,4 , SONG Ang1
2. Chongqing Key Laboratory of Karst Environment, School of Geographical Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China;
3. International Research Center on Karst under the Auspices of UNESCO, Guilin 541004, China;
4. College of Environmental Science and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin 541006, China
日趋严峻的气候变化问题一直是全球关注的焦点, 与温室气体CO2密切相关的全球碳循环, 就成了科学家们研究的热点问题之一.在地球的各个圈层界面上, 以CO2-水-碳酸盐岩耦合的岩溶作用作为全球碳循环的一部分, 在调节温室气体浓度方面发挥着重要的作用[1, 2].但传统的碳循环模式把岩溶地质作用认定为一种纯无机的过程[3], 以致于岩溶作用参与的碳循环被质疑[4].然而, 最新研究结果表明, 岩溶作用并不是纯无机的地质过程, 而是无机、有机共同参与的过程, Liu等[5]研究珠江得出碳酸盐岩风化溶解产生溶解无机碳(dissolved inorganic carbon, DIC)可被藻类等水体浮游植物通过产光合作用转化为溶解有机碳(dissolved organic carbon, DOC)固定下来, 从而达到增汇的作用; Li等[6]认为岩溶水体中的好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)等微型生物对岩溶水体有机碳库有重要的贡献.这些研究结果表明：岩溶地质作用是一种生物广泛参与的过程, 并为岩溶有机碳研究及其与岩溶碳汇的关系提供了新的方向.
目前国内外学者对岩溶水体DOC的研究主要集中在大江和地下河, 杨明星等[7]运用生物标志物对有机碳进行了研究并对有机碳来源进行识别; 梁作兵等[8]通过对正构烷烃、脂肪酸等的研究来判读岩溶区青木关地下河的有机质来源, 并得出细菌等微生物的相对贡献量较大的结论.然而在岩溶区借助荧光、吸收系数等方法研究有机质的报道较少.目前该技术的运用主要是在非岩溶区的一些湖泊, 譬如：张运林等[9]运用吸收光谱技术对太湖不同湖区的有色溶解性有机质(chromophoric dissolved organic matter, CDOM)组成和来源进行了分析, 并得出夏季浮游植物降解产物应当是水体CDOM的重要来源; 陈晓玲等[10]运用吸收光谱系数对长江中下游湖泊的CDOM吸收特性及来源进行了分析, 发现梁子湖CDOM主要来源于浮游植物的降解.我国西南岩溶区分布有众多的湖泊和筑坝水库, 湖泊(水库)作为陆地淡水水体的关键部分, 水库有机碳循环是区域碳循环的重要组成部分, 是全球碳循环研究的基础[11].湖泊(水库)中的有机碳(TOC)主要以DOC和颗粒有机碳(particulate organic carbon, POC)的形式存在, 是湖泊(水库)碳的重要构成部分[12].其中DOC是湖泊(水库)水体中最大的有机碳库, 相当于大气中的碳储量, 在陆地水体碳循环中起着至关重要的作用[13].由于湖泊DOC的成分结构比较复杂, 分析难度大, 所以对湖泊DOC的研究远不及对无机碳的研究[14].已有研究表明不同来源的碳源在物质化学结构组成和分子量级等方面具有显著差异, 进而影响微型生物的可利用性和碳素在水体中的迁移转化效率[15].那么岩溶区水库丰水期水体的水化学情况及CDOM吸收光谱表征下的DOC结构和来源特征如何呢？
为此, 本文以桂林五里峡水库为研究对象, 分析岩溶区水库丰水期水体水化学特征, 并运用紫外光谱吸收这一技术对DOC物质化学结构组成和分子量进行了初步探讨, 揭示岩溶区水库DOC的生物地球化学特征以及DOC来源, 以期为岩溶水库DOC研究以及寻找岩溶遗漏汇提供基础理论依据.
1 研究区概况五里峡水库坐落在广西壮族自治区兴安县湘漓镇, 有着45 a的库龄, 是一座以灌溉功能为主的大型水库, 水库补给源为上游的湘江支流漠川河, 库区分布有大面积的碳酸盐岩, 岩溶区面积大约占到库区面积的一半[16].研究区年平均降水量为1 697.2 mm, 在4~6月是丰水期, 丰水期月均降水量为267.3 mm; 11月到次年1月是枯水期, 枯水期月均降水量为67.7 mm[16].
2 材料与方法 2.1 野外样品的采集作者于2017年4月在桂林五里峡水库按照库区来水河流、库中、库尾的顺序设置12个采样站点, 进行分层采样, 共采集样品34个(图 1).五里峡水库是一座综合功能型水库, 库区水位除了受大气降雨影响外, 还受库区人为调控的影响, 五里峡水库在此阶段达到1 a中的较高水位, 可以对其进行分层采样.水样采集使用德国HYDRO-BIOS公司生产的湖泊分层采样器进行, 12个采样站点中有4个站点受水深限制只采到表层水样, 其它8个采样点进行了分层采样, 共计采集水样34个.其中每个样点采集水样1 500 mL用于测试阴阳离子及其它水化学因子; 用棕色玻璃瓶采集水样600 mL用于TOC、DOC和CDOM吸光度的测定, 其中DOC和CDOM吸光度测定所需水样是经0.22 μm的Millipore滤膜过滤后的水样.
|
图 1 五里峡水库库区示意[17] Fig. 1 Schematic map of hydrogeology in Wulixia reservoir |
水体阴阳离子测定在国土资源部岩溶地质资源环境监督检查中心进行, 阳离子和TP的测定采用美国生产的IRIS Intrepid Ⅱ XSP全谱直读等离子体光谱仪, 阴离子的测定采用瑞士生产的万通883离子色谱仪, 阴阳离子分析误差 < 5%. HCO3-测定采用碱度试剂盒(德国Merck公司)现场滴定, 测试精度为0.1 mmol·L-1.总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)采用德国耶拿公司(Analytik Jena AG)生产的MultiN/C3100碳氮分析仪测定, 精度为0.001 mg·L-1.透明度(SD)采用直径30 cm的黑白赛氏盘现场测定, 水样的温度、pH、总溶解性固体(TDS)等基本水质指标(表 1)使用多参数水质检测仪YSI EXO(美国YSI公司)现场测定.
|
表 1 五里峡水库表层水水化学特征 Table 1 Physico-chemical indicators in the karst water samples |
TSIM指数采用0~100的连续数值对湖泊营养状态分级, 评价标准为：TSIM < 37为贫营养, 38 < TSIM < 53为中营养, TSIM > 54为富营养[18].
|
式中, TSIM(Chl-a)、TSIM(SD)和TSIM(TP)分别是以Chl-a (μg·L-1)、透明度(m)、总磷(mg·L-1)为基准的营养状态指数.
DOM光学性质的测定在岛津UV-2550紫外分光光度计上进行, 测定200~800 nm波长的吸光度A(λ), 采用如下公式计算[式(1)]和校正[式(2)]DOM的吸收系数[19]：
|
(1) |
|
(2) |
式中, a′(λ)、a(λ)分别表示未经过散射校正的波长和经过散射校正的波长(m-1); A(λ)表示吸光度; λ为测定波长(nm); r为光程路径(m).为了方便与同类研究进行对比, 本研究采用355 nm处吸收系数a(355)表示CDOM的相对浓度[20].
S值的确定：DOM吸收光谱从紫外到可见光随波长的增加大致呈现指数衰减规律, 一般用公式(3)来进行表征[21]：
|
(3) |
式中, λ0为参照波长(nm), 本研究选取440 nm作为参照波长; S为指数函数曲线光谱斜率, 单位为μm-1.
特征参数SUVA254=a(254)/[DOC], 为254 nm处吸光系数与DOC浓度比值[22]; E253/E203是DOM在253 nm处的吸光度与203 nm处的吸光度的比值[23]; DOM吸收光谱参数S275~295为275~295 nm波段光谱斜率[21]; M值为250 nm和365 nm处吸光度比值[22].
2.3 分析与统计利用Origin 9.0及CorelDRAWx7软件进行样点图制作; 运用SPSS 20.0软件和Excel进行数据计算及文中统计图的制作; 在Matlab中进行S值计算; 用AqQA软件绘制水化学三角图.
3 结果与讨论 3.1 基本水化学特征通过计算阴阳离子数据发现, HCO3-含量占到阴离子总量的约87%, Ca2+占到阳离子总量的约78%, Mg2+占到约17%, K+、Na+分别占3%、2%, SO42-、NO3-、Cl-分别占6%、5%、2%, 图 2是五里峡水库丰水期水样的水化学三角图：可以看出HCO3-、Ca2+、Mg2+是整个库区水体的主要离子, 由此可以知五里峡水库丰水期水化学类型为舒卡列夫分类法中HCO3-Ca·Mg型, 水体受碳酸盐岩风化作用控制, 水岩作用显著.
|
图 2 五里峡水库丰水期水化学Piper图 Fig. 2 Ternary diagram for major ion composition in Wulixia reservoir |
为了解库区水体的营养状态本研究采用修正的卡尔森营养状态指数(TSIM)评价了五里峡水库丰水期的水体营养化类型, 通过计算得出五里峡水库丰水期水体TSIM(图 3)值介于41~48, 平均值约为44, 结合修正的卡尔森营养状态指数(TSIM)评价标准可得：五里峡水库丰水期水体营养状态为中等营养型, 该结果与宋昂等[24]在冬季五里峡坝前水体得出的结果相似, 但TSIM值略大, 出现这一现象的原因可能是由于随着水体温度升高, 水体中的微型浮游生物增多, 从而导致Chl-a浓度升高、水体能见度降低(SD值变小), 这样就使得TSIM值相对偏高.
|
图 3 五里峡水库卡尔森营养状态指数 Fig. 3 Carlson trophic status index in Wulixia reservoir |
Wetzel[25]认为要想全面了解湖泊在全球碳循环中的重要角色, 就需要对DOC进行准确估算, 他发现湖泊水体有机碳中90%~95%以DOC的形式存在, 五里峡水库丰水期样品中TOC质量浓度介于1.2~1.98 mg·L-1, 平均值为1.58 mg·L-1; DOC值介于1.1~1.81 mg·L-1, 平均值为1.46 mg·L-1, DOC质量浓度占到TOC质量浓度的约92%(图 4), 说明该研究区TOC中的主要物质为DOC, 由此可知水体DOC的研究是湖泊水体有机碳研究的关键.此外五里峡水库丰水期TOC和DOC质量浓度比枯水期[17]要低(图 5), 出现这种情况可能是因为水库丰水期水量多, 降水和流量的增加对水体TOC和DOC的稀释作用较强, 从而导致TOC和DOC质量浓度降低.该结果与叶琳琳等[26]太湖西北湖区得出的DOC分布规律非常相似.王巧莲等[27]在重庆雪玉洞地下河对TOC进行研究也发现稀释效应导致夏季地下水TOC的浓度降低.滕明德等[28]在红枫湖的研究也发现TOC在丰水期所占比例最小, 枯水期最高, 并认为有机质含量增加可能与枯水期流域内人为污水排放汇入支流的比例相对增加有关.由前文可知五里峡水库处于中等营养水平, 几乎没有人为污水的汇入, 因而五里峡水库TOC、DOC出现丰水期浓度低的情况应与水体的稀释效应有关.
|
图 4 五里峡水库丰水期TOC构成比例 Fig. 4 TOC structure in the wet season in Wulixia reservoir |
|
TOC、DOC枯水期数据来自文献[17] 图 5 五里峡水库枯水期和丰水期TOC、DOC柱状图 Fig. 5 TOC and DOC bar charts in the wet and dry seasons in Wulixia reservoir |
图 6是五里峡水库水体理化指标纵向分布.可以清楚地看到TOC和DOC值在垂直方向上显示出表层(0~-5 m)、中层(-5~-15 m)浓度较高, 下层(-15~-20 m)浓度较低, 整体呈表层至底层降低的特征, 这一分布规律与傅平青等[29]在百花湖、红枫湖(岩溶高原湖泊)的研究结果相似.前人研究认为湖泊(水库)DOC浓度呈现“上层高、下层低”的特征是上层水体具有较高的生产力, 浮游微型生物生长旺盛导致[30]. Chl-a是水体光合微型生物等现存量的重要指标[31], 水体中Chl-a的浓度水平及变化特征可以反映水体中光合微型生物的丰度、生物量以及变化规律[32].五里峡水库Chl-a值介于1.47~4 μg·L-1, 平均值为2.9 μg·L-1, 五里峡库区水体表层透光性好(SD < 3.2 m), 光照、溶解氧相对充足, 有利于水体光合浮游微型生物生长, 所以表层Chl-a浓度较高; 水库水体底层光照、溶解氧比较弱, 从而限制了水体光合浮游微型生物生长, 所以Chl-a浓度较低, 纵向分布上Chl-a呈现出表层向底层降低的趋势, 该趋势与罗宜富等[33]在贵阳市阿哈水库以及张竞予等[34]在官厅水库的研究结果相似.由于水体光合浮游微型生物生长会释放DOC[5], 五里峡水库表层浮游生物会释放DOC到水体中, 所以就导致表层水体DOC浓度相对较高, 这应是影响DOC垂向分布特征的原因之一, 并且从表 2可以看出DOC与Chl-a在0.01水平上存在显著正相关关系.另外, 五里峡水库丰水期水温值介于12.53~13.17℃, 平均值为13.1℃, 温度处于较稳定水平, 从水体温度的分层数据来看, 水体温度呈现出随深度的增加而递减的趋势, 表层温度比底层高, 表层适宜的温度条件有利于藻类和细菌的大量繁殖, 使得表层水体生物活动增强, 这些生物向水体中分泌的DOC也相应增多, 所以就使得表层DOC含量比底层高.水库pH值介于7.43~8.04, 均值为7.7, 水体处于偏碱性状态, 此环境也为光合微型生物生长活动提供了良好的基础, 垂直方向上pH值同样呈现出表层较高的特征, 已有研究证明水体微型生物光合作用的进行会大量吸收水中的CO2, 释放出O2, 导致水体pH值增加[35], 五里峡水库表层水体微型生物光合作用较强, 所以使得五里峡水库pH值呈现出表层较高的特征.此外水库DIC值介于51.26~61.2 mg·L-1, 均值为57.11 mg·L-1. DIC值呈现出表层较低的特征, 已有研究表明岩石风化作用产生的DIC可以被水库、河流和海洋中的水生光合生物通过光合作用转化成有机碳[5], 表层水体生物活动比较活跃, 表层水体中的DIC就会被微型生物光合作用转化为DOC, 从而使得表层水体中DIC浓度值变小, DOC的浓度值变大, 所以DIC对DOC垂向分布特征也有一定得影响, DIC与DOC在α=0.05的水平上存在显著负相关关系(表 2)也是很好的印证.通过以上分析可知DOC垂向分布特征是多种环境因子综合作用的结果.
|
图 6 五里峡水库水体理化指标纵向分布 Fig. 6 Vertical distribution of the water physical-chemical properties in Wulixia reservoir |
|
|
表 2 水体主要理化指标间的相关关系 Table 2 Correlation of main hydrochemical parameters in Wulixia reservoir |
3.3 有机质吸收光谱特征
由上文已知五里峡水库丰水期DOC质量浓度均值1.46 mg·L-1, 五里峡水库库区蓄水量在丰水期的均值为8×107 m3(数据来源：五里峡水库监测站), 基于此估算了整个水库此时DOC的含量为1.168×1011 mg, 该值占到了库区水体有机碳总量的90%以上, 对水体DOC研究有助于对岩溶水库碳循环全面了解. CDOM是存在于各类水体中的一类含有腐殖酸、富里酸、氨基酸和芳烃聚合物等物质的溶解性有机物[20], 是DOC的重要组成部分[36].水体(如湖泊、水库以及河口等)中有机碳主要有2个来源, 一是由水体微型生物经光合作用形成的内源有机碳; 二是陆生植被腐烂降解后由河流等携带进入水体的陆源物质以及人类生产活动产生的有机物[37].而且不同来源碳源在物质化学结构组成和分子量级等方面存在显著差异, 进而影响细菌的可利用性和碳素在水体中的迁移转化[15].为了深入了解有机质的构成特征及来源信息, 因此对五里峡水库DOM吸收光谱特征进行分析(图 7).五里峡水库CDOM吸收系数a(355)的值(图 8)介于0.23~1.38 m-1, 均值为0.41 m-1, 相比于新安江水库CDOM浓度值(0.95±0.36)m-1[38]、石头门水库CDOM浓度值(3.99±1.58) m-1[39]、云贵高原湖泊CDOM浓度值(6.63±5.33)m-1[40], 五里峡水库丰水期CDOM浓度处于较低水平.此外, a(355)和DOC表现出较好的正相关关系(R2=0.49).
|
图 7 五里峡水库CDOM的光谱吸收曲线图及DOC与a(355)相关关系 Fig. 7 Absorption coefficients of CDOM and linear regression between CDOM absorption coefficient and DOC concentration in Wulixia reservoir |
|
图 8 吸收系数a(355)及S275~295值分布 Fig. 8 Distribution of CDOM absorption coefficient at 355 nm and the spectral slope S275~295 value |
吸收光谱在254 nm处的摩尔吸光度(SUVA254)可用来示踪DOM芳香性[22]. SUVA254是DOM在254 nm的平均摩尔吸收率, 为254 nm吸光系数与DOC浓度之比, SUVA254越大, 芳香化程度越高; SUVA254越低, 芳香化程度越低[41].五里峡水库丰水期SUVA254值除了采自漠川河的08号样点外, 其余采自库区样品的SUVA254值范围为1.52~2.5 L·(mg·m)-1, 均值是2.1 L·(mg·m)-1.对比国内外文献发现(表 3), 该值明显低于有机质外源特征明显的森林湖泊(南哈巴雪山林线以下湖泊[42]、加拿大魁北克Rouyn-Noranda湖[43]), 与湖北荆门屈家岭表层地下水[23]、云南哈巴雪山林线以上湖泊[42]的值相近, 但是比我国青藏高原湖泊(纳木错)[44]这类DOM内源特征占绝对优势的湖泊要高一些.森林型湖泊日光辐射不足基本都是营养化程度很低的贫营养型湖泊, 水体中浮游生物对有机质的作用微弱, 内源有机质的补给非常少, 有机质主要靠陆源补给(通过地表径流等方式把高芳香性组分比较高的腐殖质等带入水体).而五里峡水库库区日照充足, 水体浮游微型生物多, 水体营养化程度属于中等营养型高于森林型湖泊, 与森林型湖泊存在差异.所以五里峡水库库区SUVA254值区别于森林湖泊并处于较低水平, DOM的芳香性较弱, 内源物质对水体溶解有机质的贡献明显, 表明在五里峡水库浮游微型生物对水体DOC的贡献相对较多.采自漠川河的08号点SUVA254值为4.07 L·(mg·m)-1, 与库区水体的SUVA254值相比要高, 表明漠川河的DOM芳香性特征比库区强.
|
|
表 3 不同水体紫外吸收光谱指标对比 Table 3 Comparisons of UV-Vis spectral parameters in different water samples |
吸光度比值E253/E203可以用来表征有机物苯环结构上官能团的构成特征[23], E253/E203值越大, 说明苯环结构取代基上羧基、羰基、氨基等极性官能团含量高, 相反E253/E203值越小, 说明苯环取代基上脂肪族和酯类等非极性官能团含量高[45].由表 3可知, 五里峡水库E253/E203值的均值为0.026.何小松等[23]在对地下水有机质研究时得出表层水体的E253/E203值(0.02~0.27), 并表明该值下DOM苯环上脂肪族结构等非极性官能团含量较高.五里峡水库E253/E203值比该结果低, 表明五里峡水库库区水体E253/E203值指示下的DOM含有较多的苯环上脂肪族等非极性官能团, 含的苯环上羧基、羰基等极性官能团较少, 说明五里峡水库库区水体有机质疏水性强.
S275~295是DOM吸收光谱模型中的重要参数, 为275~295 nm波段光谱斜率, 能提供DOM相对分子质量大小以及光化学反应活性等组成特征信息[46], 通常认为在DOM的物质构成中腐殖酸和富里酸的占比会影响S值的大小, 腐殖酸比例越高DOM相对分子质量就越大, S值也会相应变小[47].如图 8所示, 五里峡水库S275~295值的范围为0.015~0.023 nm-1, 均值为0.02 nm-1, 其中采自漠川河的08号点S值最低为0.015 nm-1, 通过对不同水体的S值对比(表 3)发现, 五里峡水库的S值明显高于有机质外源特征明显的湖泊(云南哈巴雪山林线以下湖泊[42]、加拿大魁北克森林湖泊[48])与水库型湖泊长寿湖[49]和周村水库[50]的S值相近.周村水库是山东省淮河流域的一座有50多年库龄的大型水源型水库, 它位于西伽河上游, 总库容8 404×104 m3[50], 荧光参数指示下的周村水库DOM内源特征明显.五里峡水库也是一座有着45 a库龄的大型水源型水库, 较高的S值表征下的五里峡水库DOM呈现出相对分子质量小, 腐殖酸占的比例低的特征.水库上游的漠川河S值相比库区水体要低, 表明漠川河DOM相对分子质量较大, 腐殖酸占的比例较高.
DOM的分子量特征参数值M[CDOM(250)/CDOM(365)]为250 nm和365 nm波长处吸收系数的比值[22], 可以用来估算DOM分子量的大小, M值越小对应的分子量就越大, M值越大对应的分子量就越小, 一般腐殖酸平均分子量较大, 而富里酸平均分子量则较小, 因而CDOM分子量越大, 腐质酸的比例就越高, CDOM分子量越小, 富里酸的比例就越高[51].五里峡水库的M均值为11.41, M值处于较高水平, 说明库区水体DOM分子量较小, 腐殖酸所占的比例低, 富里酸占的比例较高.这与宋炎炎等[51]认为二龙湖水库10月DOM组成更趋向于富里酸等小分子物质(M值为10.74)的结论相似.采自漠川河的08号点的M值为7.95, 该值明显低于库区样品的M值, 说明漠川河DOM组成更趋向于腐殖酸等大分子物质.通常认为由外来水体携带的陆源DOC中DOM的类腐殖酸含量比较高; 微型生物等内源物质新陈代谢及降解产生的DOC中DOM则含的腐殖酸较少[50].总体而言, 五里峡库区水体DOC应主要来源于内源物质.而且陆源DOC含有更多的有色DOC, CDOM浓度较高, 而微型生物等自身降解产生的DOC中无色DOC占更大的比例, CDOM浓度较低[52].五里峡水库CDOM吸收系数a(355)值均值为0.41 m-1, CDOM浓度处于较低水平, 说明DOC中无色DOC占比较多, 同样说明DOC内源特征明显.该结果与冬季枯水期的结果相似[17], DOC都表现出较强的内源特征.
4 结论(1) 五里峡水库丰水期水体受碳酸盐岩风化作用控制, 水化学类型仍为HCO3-Ca·Mg型; 此时库区水体未出现分层效应, 水体混合较为均匀, 修正的卡尔森营养状态指数(TSIM)表明五里峡水库水体营养状态为中等营养型, 但未达到富营养状态, 水质尚好.
(2) 五里峡水库丰水期DOC质量浓度低于枯水期, DOC质量浓度占到TOC质量浓度的约92%;DOC质量浓度在垂直方向上整体呈表层至底层降低的趋势, 这一分布趋势是多种环境因子综合作用的结果.
(3) CDOM特征参数 S275~295、M指示库区水体有机质以小分子量物质为主, 富里酸占的比例高, 腐殖酸占的比例低; CDOM(254)处的摩尔吸光度特征参数SUVA254指示五里峡库区水体有机质的芳香性较弱; 吸光度比值E253/E203指示下的库区水体有机质具有较多的苯环上脂肪族等非极性官能团; 五里峡水库丰水期有机质较小的分子量、较弱的芳香性、较低的腐殖酸含量、较多的苯环上脂肪族等非极性官能团表明库区有机质生物活性好, 在水库碳循环中发挥积极作用, 同时也表明库区水体DOC内源特征较强.
(4) CDOM特征参数指示下的库区上游漠川河有机质分子量大、芳香性强、腐殖酸含量高, 呈现出较强的陆源特征.
(5) 为进一步揭示库区水体DOC内源特征, 在今后的工作中将增加库区水体无机碳与有机碳关系的研究, 并对水样进行三维荧光扫描, 结合平行因子分析法对五里峡水库有机质的空间分布特征作进一步分析.
| [1] | 袁道先, 刘再华. 碳循环与岩溶地质环境[M]. 北京: 科学出版社, 2003. |
| [2] | 刘再华, DreybrodtW. 岩溶作用动力学与环境[M]. 北京: 地质出版社, 2007. |
| [3] | Berner R A, Lasaga A C, Garrels R M. The carbonate-silicate geochemical cycle and its effect on atmospheric carbon dioxide over the past 100 million years[J]. American Journal of Science, 1983, 283(7): 641-683. DOI:10.2475/ajs.283.7.641 |
| [4] | Curl R L. Carbon Shifted but not sequestered[J]. Science, 2012, 335(6069): 655. |
| [5] | Liu Z H, Zhao M, Sun H L, et al. "Old" carbon entering the south China sea from the carbonate-rich Pearl river basin:coupled action of carbonate weathering and aquatic photosynthesis[J]. Applied Geochemistry, 2017, 78: 96-104. DOI:10.1016/j.apgeochem.2016.12.014 |
| [6] | Li Q, Song A, Peng W J, et al. Contribution of aerobic anoxygenic phototrophic bacteria to total organic carbon pool in aquatic system of subtropical Karst catchments, Southwest China:evidence from Hydrochemical and microbiological study[J]. FEMS Microbiology Ecology, 2017, 93(6). DOI:10.1093/femsec/fix065 |
| [7] |
杨明星, 刘再华, 孙海龙, 等. 基于生物标志物法的珠江流域有机碳溯源及DIC施肥效应研究[J]. 地球与环境, 2017, 45(1): 46-56. Yang M X, Liu Z H, Sun H L, et al. Organic carbon source tracing and DIC fertilization effect in the Pearl river:insights from lipid biomarker[J]. Earth and Environment, 2017, 45(1): 46-56. |
| [8] |
梁作兵, 孙玉川, 王尊波, 等. 重庆典型岩溶区地下河中溶解态正构烷烃、脂肪酸来源、迁移及转化[J]. 环境科学, 2016, 36(9): 3212-3219. Liang Z B, Sun Y C, Wang Z B, et al. Sources, migration and conversion of dissolved alkanes, dissolved fatty acids in a Karst underground river water, in Chongqing area[J]. Environmental Science, 2016, 36(9): 3212-3219. |
| [9] |
张运林, 秦伯强. 梅梁湾、大太湖夏季和冬季CDOM特征及可能来源分析[J]. 水科学进展, 2007, 18(3): 415-423. Zhang Y L, Qing B Q. Feature of CDOM and its possible source in Meiliang Bay and Da Taihu Lake in Taihu lake in summer and winter[J]. Advances in Water Science, 2007, 18(3): 415-423. |
| [10] |
陈晓玲, 陈莉琼, 于之峰, 等. 长江中游湖泊CDOM光学特性及其空间分布对比[J]. 湖泊科学, 2009, 21(2): 248-254. Chen X L, Chen L Q, Yu Z F, et al. Chromophoric dissolved organic matter optical characteristics and spatial distribution in the lakes of the middle reaches of the Yangtze Rive[J]. Journal of Lake Sciences, 2009, 21(2): 248-254. DOI:10.18307/2009.0214 |
| [11] | Tranvik L J, Downing J A, Cotner J B, et al. Lakes and reservoirs as regulators of carbon cycling and climate[J]. Limnology and Oceanography, 2009, 54(6part2): 2298-2314. DOI:10.4319/lo.2009.54.6_part_2.2298 |
| [12] | 傅平青. 水环境中的溶解有机质及其与金属离子的相互作用——荧光光谱学研究[D]. 贵阳: 中国科学院研究所院(地球化学研究所), 2004. |
| [13] | Catalán N, Marcé R, Kothawala D N, et al. Organic carbon decomposition rates controlled by water retention time across inland waters[J]. Nature Geoscience, 2016, 9(7): 501-504. DOI:10.1038/ngeo2720 |
| [14] | Urban N R, Auer M T, Green S A, et al. Carbon cycling in lake Superior[J]. Journal of Geophysical Research:Oceans, 2005, 110(C6). DOI:10.1029/2003JC002230 |
| [15] |
叶琳琳, 孔繁翔, 史小丽, 等. 富营养化湖泊溶解性有机碳生物可利用性研究进展[J]. 生态学报, 2014, 34(4): 779-788. Ye L L, Kong F X, Shi X L, et al. The bioavailability of dissolved organic carbon in the eutrophic lakes[J]. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(4): 779-788. |
| [16] | 刘文. 亚热带不同地质背景水库碳转移过程的研究[D]. 重庆: 西南大学, 2015. |
| [17] |
卢晓漩, 彭文杰, 李强, 等. 岩溶区水库冬季溶解有机质组成特征及来源:以桂林五里峡水库为例[J]. 环境科学, 2017, 38(10): 4120-4129. Lu X X, Peng W J, Li Q, et al. Distinguishing the properties and sources of the dissolved organic matter in Karst reservoir water during winter under three dimensional fluorescence spectrum technology:a case study in Wulixia reservoir of Guangxi province[J]. Environmental Science, 2017, 38(10): 4120-4129. |
| [18] |
王斌, 马健, 王银亚, 等. 天山天池夏季叶绿素a的分布及富营养化特征研究[J]. 环境科学, 2015, 36(7): 2465-2471. Wang B, Ma J, Wang Y Y, et al. Distribution of Chlorophyll-a and eutrophication state in Tianchi lake of Tianshan mountains in summer[J]. Environmental Science, 2015, 36(7): 2465-2471. |
| [19] | Zhang Y L, Yin Y, Feng L Q, et al. Characterizing chromophoric dissolved organic matter in lake Tianmuhu and its catchment basin using excitation-emission matrix fluorescence and parallel factor analysis[J]. Water Research, 2011, 45(16): 5110-5122. DOI:10.1016/j.watres.2011.07.014 |
| [20] | Rochelle-Newall E J, Fisher T R. Chromophoric dissolved organic matter and dissolved organic carbon in Chesapeake bay[J]. Marine Chemistry, 2002, 77(1): 23-41. DOI:10.1016/S0304-4203(01)00073-1 |
| [21] | Bricaud A, Morel A, Prieur L. Absorption by dissolved organic matter of the sea (yellow substance) in the UV and visible domains[J]. Limnology and Oceanography, 1981, 26(1): 43-53. DOI:10.4319/lo.1981.26.1.0043 |
| [22] | Jaffrain J, Gérard F, Meyer M, et al. Assessing the quality of dissolved organic matter in forest soils using ultraviolet absorption spectrophotometry[J]. Soil Science Society of America Journal, 2007, 71(6): 1851-1858. DOI:10.2136/sssaj2006.0202 |
| [23] |
何小松, 张慧, 黄彩红, 等. 地下水中溶解性有机物的垂直分布特征及成因[J]. 环境科学, 2016, 37(10): 3813-3820. He X X, Zhang H, Huang C H, et al. Vertical distribution characteristics of dissolved organic matter in groundwater and its cause[J]. Environmental Science, 2016, 37(10): 3813-3820. |
| [24] |
宋昂, 彭文杰, 何若雪, 等. 好氧不产氧光合细菌反馈作用下的五里峡水库坝前水体化学特征研究[J]. 岩矿测试, 2017, 36(2): 171-179. Song A, Peng W J, He R X, et al. Hydrochemistry characteristics in front of the Wulixia Reservoir dam associated with feedback from aerobic anoxygenic phototrophic bacteria[J]. Pock and Mineral Analysis, 2017, 36(2): 171-179. |
| [25] | Wetzel R G. Limnology:lake and river ecosystems (3rd ed.)[M]. London: Academic Press, 2001. |
| [26] |
叶琳琳, 吴晓东, 闫德智, 等. 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[J]. 环境科学学报, 2017, 37(4): 1323-1329. Ye L L, Wu X D, Yan D Z, et al. Seasonal dynamics of particulate organic carbon concentration in surface water and its source in the northwest of lake Taihu[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2017, 37(4): 1323-1329. |
| [27] |
王巧莲, 蒋勇军, 陈宇. 岩溶流域地下水TOC输出及影响因素分析:以重庆丰都雪玉洞地下河流域为例[J]. 环境科学, 2016, 37(5): 1788-1797. Wang Q L, Jiang Y J, Chen Y. Export of total organic carbon (TOC) from Karst watershed and its influencing factors:an example from Xueyudong underground river system, Chongqing[J]. Environmental Science, 2016, 37(5): 1788-1797. |
| [28] |
滕明德, 高庚申, 谢蔚嵩, 等. 红枫湖水体中碳的时空分布特征分析[J]. 环境监测管理与技术, 2017, 29(1): 57-60. Teng M D, Gao G S, Xie W S, et al. Analysis on the spatial and temporal characteristics of carbon in Hongfeng lake[J]. The Administration and Technique of Environmental Monitoring, 2017, 29(1): 57-60. |
| [29] |
傅平青, 吴丰昌, 刘丛强, 等. 高原湖泊溶解有机质的三维荧光光谱特性初步研究[J]. 海洋与湖沼, 2007, 38(6): 512-520. Fu P Q, Wu F C, Liu C Q, et al. Three-dimensional excitation emission matrix fluorescence spectroscopy of dissolved organic matter from Chinese highland lakes[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2007, 38(6): 512-520. |
| [30] | Zigah P K, Minor E C, Werne J P. Radiocarbon and stable-isotope geochemistry of organic and inorganic carbon in lake Superior[J]. Global Biogeochemical Cycles, 2012, 26(1). DOI:10.1029/2011GB004132 |
| [31] | Reynolds C S. The ecology of freshwater phytoplankton[M]. London: Cambridge University Press, 1984. |
| [32] | Kasprzak P, Padisák J, Koschel R, et al. Chlorophyll a concentration across a trophic gradient of lakes:an estimator of phytoplankton biomass?[J]. Limnologica, 2008, 38(3-4): 327-338. DOI:10.1016/j.limno.2008.07.002 |
| [33] |
罗宜富, 李磊, 李秋华, 等. 阿哈水库叶绿素a时空分布特征及其与藻类、环境因子的关系[J]. 环境科学, 2017, 38(10): 4151-4159. Luo Y F, Li L, Li Q H, et al. Spatial and temporal distribution of chlorophyll a and its relationship to algae and environmental factors in Aha reservoir[J]. Environmental Science, 2017, 38(10): 4151-4159. |
| [34] |
张竞予, 鱼京善, 李占杰, 等. 官厅水库夏季叶绿素a浓度短时分布特征[J]. 南水北调与水利科技, 2017, 15(2): 95-100, 115. Zhang J Y, Yu J S, Li Z J, et al. Short-term distribution of chlorophyll-a concentration in summer at Guanting reservoir[J]. South-to-North Water Transfers and Water Science & Technology, 2017, 15(2): 95-100, 115. |
| [35] | Gallina N, Salmaso N, Morabito G, et al. Phytoplankton configuration in six deep lakes in the peri-Alpine region:are the key drivers related to eutrophication and climate?[J]. Aquatic Ecology, 2013, 47(2): 177-193. DOI:10.1007/s10452-013-9433-4 |
| [36] |
姜广甲, 马荣华, 段洪涛, 等. 利用CDOM吸收系数估算太湖水体表层DOC浓度[J]. 环境科学, 2012, 33(7): 2235-2243. Jiang G J, Ma R H, Duan H T, et al. Estimation of DOC concentrations using CDOM absorption coefficients:a case study in Taihu lake[J]. Environmental Science, 2012, 33(7): 2235-2243. |
| [37] | O'Reilly S S, Szpak M T, Flanagan P V, et al. Biomarkers reveal the effects of hydrography on the sources and fate of marine and terrestrial organic matter in the western Irish Sea[J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2014, 136: 157-171. DOI:10.1016/j.ecss.2013.11.002 |
| [38] |
殷燕, 刘明亮, 王明珠, 等. 夏季新安江水库(千岛湖)颗粒物吸收光谱特征分析[J]. 湖泊科学, 2014, 26(5): 713-723. Yin Y, Liu M L, Wang M Z, et al. Coefficients of summer spectral absorption of particulate matter in Xin'anjiang Reservoir (Lake Qiandao)[J]. Journal of Lake Sciences, 2014, 26(5): 713-723. DOI:10.18307/2014.0509 |
| [39] | Jiang G J, Liu D W, Song K S, et al. Spatial distribution and the possible source of CDOM for inland water in summer in the Northeast China[A]. In: Proceedings of 2010 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium[C]. Honolulu, HI, USA: IEEE, 2010. 386-388. |
| [40] | Zhang Y L, Zhang E L, Yin Y, et al. Characteristics and sources of chromophoric dissolved organic matter in lakes of the Yungui Plateau, China, differing in trophic state and altitude[J]. Limnology and Oceanography, 2010, 55(6): 2645-2659. DOI:10.4319/lo.2010.55.6.2645 |
| [41] | Granskog M A, Macdonald R W, Mundy C J, et al. Distribution, characteristics and potential impacts of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in Hudson Strait and Hudson bay, Canada[J]. Continental Shelf Research, 2007, 27(15): 2032-2050. DOI:10.1016/j.csr.2007.05.001 |
| [42] | Su Y L, Chen F Z, Liu Z W. Comparison of optical properties of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in alpine lakes above or below the tree line:insights into sources of CDOM[J]. Photochemical & Photobiological Sciences, 2015, 14(5): 1047-1062. |
| [43] | Muller K K, Fortin C, Campbell P G C. Spatial variation in the optical properties of dissolved organic matter (DOM) in lakes on the Canadian Precambrian shield and links to watershed characteristics[J]. Aquatic Geochemistry, 2012, 18(1): 21-44. DOI:10.1007/s10498-011-9147-y |
| [44] | Spencer R G M, Guo W D, Raymond P A, et al. Source and biolability of ancient dissolved organic matter in glacier and lake ecosystems on the Tibetan Plateau[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2014, 142: 64-74. DOI:10.1016/j.gca.2014.08.006 |
| [45] | He X S, Xi B D, Wei Z M, et al. Spectroscopic characterization of water extractable organic matter during composting of municipal solid waste[J]. Chemosphere, 2011, 82(4): 541-548. DOI:10.1016/j.chemosphere.2010.10.057 |
| [46] | Fichot C G, Benner R. The spectral slope coefficient of chromophoric dissolved organic matter (S275-295) as a tracer of terrigenous dissolved organic carbon in river-influenced ocean margins[J]. Limnology and Oceanography, 2012, 57(5): 1453-1466. DOI:10.4319/lo.2012.57.5.1453 |
| [47] | Xiao Y H, Sara-Aho T, Hartikainen H, et al. Contribution of ferric iron to light absorption by chromophoric dissolved organic matter[J]. Limnology and Oceanography, 2013, 58(2): 653-662. DOI:10.4319/lo.2013.58.2.0653 |
| [48] | Glaz P, Gagné J P, Archambault P, et al. Impact of forest harvesting on water quality and fluorescence characteristics of dissolved organic matter in eastern Canadian boreal shield lakes in summer[J]. Biogeosciences, 2015, 12(23): 6999-7011. DOI:10.5194/bg-12-6999-2015 |
| [49] |
江韬, 卢松, 王齐磊, 等. 三峡库区内陆腹地典型水库型湖泊中DOM吸收光谱特征[J]. 环境科学, 2016, 37(6): 2073-2081. Jiang T, Lu S, Wang Q L, et al. Absorption spectral characteristic dynamics of dissolved organic matter (DOM) from a typical reservoir lake in inland of three Gorges reservoir areas:implications for hg species in waters[J]. Environmental Science, 2016, 37(6): 2073-2081. |
| [50] |
方开凯, 黄廷林, 张春华, 等. 淮河流域周村水库夏季CDOM吸收光谱特征、空间分布及其来源分析[J]. 湖泊科学, 2017, 29(1): 151-159. Fang K K, Huang T L, Zhang C H, et al. Summer absorption characteristics, spatial distribution and source analysis of CDOM in Zhoucun reservoir in Huaihe catchment[J]. Journal of Lake Sciences, 2017, 29(1): 151-159. |
| [51] |
宋炎炎, 苏东辉, 邵田田. 东辽河流域河湖光学吸收特性的季节变化[J]. 应用生态学报, 2017, 28(6): 2013-2023. Song Y Y, Su D H, Shao T T. Seasonal changes of optical absorption properties of river and lake in East Liaohe River Basin, Northeast China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2017, 28(6): 2013-2023. DOI:10.13287/j.1001-9332.201706.022 |
| [52] | Astoreca R, Rousseau V, Lancelot C. Coloured dissolved organic matter (CDOM) in Southern North Sea waters:optical characterization and possible origin[J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2009, 85(4): 633-640. DOI:10.1016/j.ecss.2009.10.010 |
| [53] | Bittar T B, Stubbins A, Vieira A A H, et al. Characterization and photodegradation of dissolved organic matter (DOM) from a tropical lake and its dominant primary producer, the cyanobacteria Microcystis aeruginosa[J]. Marine Chemistry, 2015, 177: 205-217. DOI:10.1016/j.marchem.2015.06.016 |
| [54] |
陈小锋, 揣小明, 刘涛, 等. 江苏省西部湖泊溶解性有机物光谱学特征和来源解析[J]. 湖泊科学, 2012, 24(2): 259-266. Chen X F, Chuai X M, Liu T, et al. Characteristics and source identification of the dissolved organic matter in the lakes of west Jiangsu by spectroscopy[J]. Journal of Lake Sciences, 2012, 24(2): 259-266. DOI:10.18307/2012.0214 |