巢湖表层沉积物中生源要素及溶解性有机氮分布特征研究.pdf

巢湖表层沉积物中生源要素及溶解性有机氮分布 特征研究 摘 要 沉积物生源要素在湖泊生态系统中扮演重要角色，其中氮磷营养盐是湖泊富营 养化主要限制性因子，而生物硅、有机碳的积累则记录着湖泊富营养化发生、发展 的历程。研究湖泊沉积物生源要素的含量分布特征，对于揭示湖泊湖泊富营养化状 况，湖泊水体的修复与水质的改善具有重要意义。沉积物溶解性有机氮（DON ）中 结构组分由于生物可利用性不同，使其在在促进湖泊富营养化进程方面表现出一定 的差异，研究沉积物DON 含量、结构组分和分布特征有利于深入揭示湖泊生态系统 氮素循环规律，对指示湖泊富营养化具有重要作用。 本论文以巢湖表层沉积物为研究对象，探讨了沉积物生源要素空间分布特征、 DON 分布特征及其与生源要素的关系，并通过多光谱分析解析 DON 组分的来源及 其差异性。主要研究结果如下： （1）沉积物中有机碳（TOC ）、生物硅（BSi ）、总氮（TN ）、总磷（TP ）等生 源要素指标之间呈显著或极显著相关性，表现出湖西区湖东区湖中区的空间分布 规律，总体上呈现出由派河、南淝河、双桥河入湖口向中湖区扩散的趋势。沉积物 中磷的组成以无机磷（IP ）为主，占TP 的比例为63.6% 。沉积物中可转化态氮（TTN ） 占TN 的比例为40.94% ，TTN 及可交换态氮（IEF-N ）、弱酸可浸取态氮（WAEF-N ）、 强碱浸取态氮（SAEF-N ）、强氧化剂浸取态氮（SOEF-N ）四种可转化态氮均与 TN 呈显著或极显著相关性，表现出与TN 一致的空间分布规律。不同形态TTN 含量及 占TN 百分比大小顺序为：SOEF-NSAEF-NIEF-NWAEF-N 。西、东湖区中可转化 态氮是以 SOEF-N 为主，中湖区可转化态氮则以 SAEF-N 为主。四种可转化态氮组 成中，IEF-N 、WAEF-N 和SAEF-N 以NH4+-N 为主，SOEF-N 则以NO3--N 为主。 （2 ）沉积物中溶解性有机氮 （DON ）占溶解性总氮（TDN ）的比例为28.45% ， 溶解性结合氨基酸（DCAA ）占溶解性氨基酸中（DTAA ）的比例为69.69% 。根据沉 积物DTAA 中各氨基酸分子氨基和羧基数目的差异，将14 种氨基酸分为5 种类型， 发现酸性氨基酸、中性氨基酸为绝对优势，碱性氨基酸则处于劣势。异亮氨酸(Ile)、 天冬氨酸(Asp)、丝氨酸(Ser)、苯丙氨酸(Phe)是DTAA 主要组分，对DTAA 总贡献率 为50.40% 。 （3 ）DON 及组分与生源要素的相关性分析表明，溶解性有机碳（DOC ）、DON 、 溶解性氨基酸组分与生源要素均呈显著或极显著相关性，表现出相似的空间分布特 I 征。酸性氨基酸和WAEF-N 表现出显著相关性，碱性氨基酸与NTN 呈显著相关性， 溶解游离态氨基酸（DFAA ）可被微生物利用转化作为NH4+-N 、NO3--N 无机氮源。 （4）紫外光谱研究结果表明巢湖沉积物DON 芳香环的取代基是以脂肪链为主， 且DON 腐质化程度较低，腐殖质成分以富里酸类为主。中湖区沉积物中DON 分子 的聚合度最高，平均分子量最大，疏水性、芳香性最强；而西湖区DON 中芳香环含 脂肪链取代基数目最多，且分子量最小。三维荧光光谱结合平行因子分析识别出巢 湖沉积物DON 包括C1 （以富里酸为主的腐殖质）、C2 （类色氨酸）和C3 （类富里 酸）的三个荧光组分，且类色氨酸组分最高，其次是类富里酸。荧光组分的空间分 布特征均为西湖区东湖区 中湖区。荧光指数显示整个湖区沉积物DON 腐殖化程度 低，DON 组分中类中色氨酸以内源为主，而类富里酸是以内源和陆源共同影响，但 内源相对影响较大。相关性分析表明，C1、C2、C3 可能具有同源性，且 C1 和 C2 具有更相似的内源性；DON 分子的荧光强度受其组分极性、类腐殖质、类蛋白质浓 度水平影响。 关键词：巢湖；沉积物；生源要素；溶解性有机氮；光谱特征。 II 第一章 引言 1.1 研究背景及意义 我国地域辽阔，湖泊众多，众多的湖泊具