1343 / 2019-08-09 16:50:55

太湖北部湖区水体有机碳库的周期性变化

太湖,颗粒有机碳,溶解性有机碳,藻华

2、地球化学 > 专题5：湖泊生物地球化学

太湖北部湖区水体有机碳库的周期性变化
许燕红 何毓新1 孙永革1 庞佳丽1
1.浙江大学地球科学学院，环境与生物地球化学研究所，杭州，310000
湖泊通过运输、矿化和埋藏有机碳等方式在区域和全球碳循环中发挥重要作用。颗粒有机碳（POC）和可溶性有机碳(DOC)是湖泊水体有机碳的主要储存形式，其结构和性质的改变将深刻地影响着水体性质、生物群落以及湖泊生态系统。受湖泊富营养化影响，在水华爆发期间大量藻类和水生生物残骸进入水体，造成大量湖泊自生源有机质输入。不同性质的颗粒有机碳库和可溶性有机碳库的组成响应不同的生物降解，这将影响湖泊有机碳的矿化以及后期有机碳埋藏。因此，水体POC和DOC性质是研究湖泊碳循环的关键因素。本研究采集了2017年5月到2018年5月太湖北部梅梁湾的水样，通过稳定碳同位素、三维荧光光谱和傅立叶变换离子回旋共振质谱等技术，从宏观到微观精细表征水华爆发周期内水体有机碳的组成，从而研究太湖水体POC和DOC库的动态变化。宏观指标δ13C的周期性变化表明藻类的占比显著影响着POC库的组成。水体POC的稳定碳同位素值（δ13C）范围在-17.2‰ — -28.7‰，2017年8月到达最大值~-18.0‰，2018年3月出现最小值~-26.0‰。在水华爆发阶段，具有重有机碳同位素特征的浮游藻类是POC的主要来源；在水华的消退阶段，轻质陆源有机质的占比上升，但仍有较多自生源有机质输入。在水柱剖面上，POC的δ13C 在整个周期中变化显著，表现为水华爆发期表层水体偏重，消退期底层水体偏重。POC的δ13C 变化主要反映了浮游藻类在太湖北部的爆发以及沉降过程。DOC的δ13C相较于POC的变化幅度小，DOC碳库整体稳定。同时DOC光谱特征和分子指标显示类色氨酸和类腐殖质组分是DOC库的主要组份，其中反映有机质来源自生源指数（BIX）和腐殖化指数（HIX）的数值均处于自生源端元，在整个周期中有相对波动。在水华爆发期间，DOC的δ13C在2017年8月有显著的抬升，POC对DOC碳库的贡献集中在浮游藻类的输入。该阶段藻类释放大量的不同性质新鲜有机质，其中易降解组分蛋白质及糖类在沉降过程中优先降解，以及降雨带来的陆源输入导致了DOC的荧光光谱表现为相对高的HIX。在11月水华爆发中后期，DOC的δ13C显著下降，微生物快速降解湖泊自生源有机质，并且DOC的芳构化程度进一步加深，表现为较高的紫外吸收率（SUVA254）、芳香度指数（AI）和HIX。而在2018年1月至3月水华消退阶段，藻类大量死亡破裂释放出新鲜的胞内有机质，并且此时北太湖平均温度在10℃以下，微生物活动受抑制，这两者可能是DOC库BIX升高的原因。因此，在水华爆发阶段，藻类上浮，DOC碳库含较多易降解有机质，在水华消退阶段，藻类破裂下沉，DOC碳库以难降解有机质为主。