三峽庫區(qū)內陸腹地典型水庫型湖泊——長壽湖水體溶解性有機質(DOM)的光譜學特征.pdf

1、溶解性有機質(DOM)廣泛存在于天然水體中，是水體有機質中最活躍的部分。DOM化學組成與結構十分復雜，對重金屬、有機污染物、營養(yǎng)元素等的吸附-解吸、遷移轉化和生物活性(毒性)，乃至全球碳循環(huán)及溫室氣體排放均有重要影響，已經成為湖泊生態(tài)科學與環(huán)境污染研究中的熱點。我國水庫數(shù)量龐大，截止到到2013年初，僅長江流域已經建成的各類水庫多達4.7萬座，其中三峽水庫是長江高山峽谷蓄水形成的大型調節(jié)性水庫，其生態(tài)環(huán)境問題一直備受關注。庫區(qū)截流筑壩后

2、形成若干個水庫型湖泊，湖泊周圍土地利用類型復雜(農田、林地、草地、人工林、居民用地等)，人類活動頻繁等因素致使三峽庫區(qū)內陸腹地水庫型湖泊的水環(huán)境問題不容忽視。庫水中DOM的變化既是成庫過程中各種自然和人為因素綜合作用的結果，又是水體水質變化的重要驅動因素。基于此，為進一步了解水庫型湖泊溶解性有機質(DOM)的地球化學特征及為日后DOM水環(huán)境效應的深入研究提供數(shù)據(jù)支撐，本研究選取三峽庫區(qū)重要內陸湖泊—長壽湖為研究對象，利用三維熒光和紫外-

3、可見光譜，結合湖區(qū)周邊生態(tài)系統(tǒng)與季節(jié)變化，討論了長壽湖水體中DOM的組成、來源和時空分布特征，并通過雙波長與三波長DOM濃度預測模型建立了有色溶解性有機質(CDOM)與DOM之間的聯(lián)系。主要研究結果如下：
　　(1)長壽湖DOM的空間分布存在差異性。長壽湖不同采樣點DOM濃度(包括DOC和CDOM)存在空間分布差異，但各點熒光溶解性有機質(FDOM)分布較為穩(wěn)定?；厮畢^(qū)(S3采樣點)出現(xiàn)DOM累積，且DOM芳香性和分子量較低，表明

4、此處水體受陸源輸入影響有限，具有較明顯“內源控制”特征；而周邊陸地以人工林兼旅游開發(fā)為主的采樣點(S5)，徑流等陸源輸入帶入較多腐殖化(高芳香性)組分，人為活動排放使其類蛋白組分含量升高；入湖區(qū)(S2和S4采樣點)盡管周邊果林和居民生活對水體DOM有一定影響，但上游河流輸入的影響也不容忽視。另外，各采樣點也出現(xiàn)了不受周邊生態(tài)系統(tǒng)影響的獨立的相關性特征，例如芳香性特征常數(shù)(SUVA280)和光譜斜率[S(275~295)]呈顯著負相關(P

5、＜0.05)、CDOM濃度和FDOM濃度呈顯著正相關(P＜0.05)、CDOM和S(275~295)呈顯著負相關(P＜0.05)等。同時，長壽湖水體中CDOM的生色團主要由具有芳香性結構的大分子組分構成；至少51％的CDOM波動可以通過FDOM變化來進行解釋，其中回水區(qū)熒光組分對CDOM變動的影響最為明顯。
　　(2)長壽湖不同采樣點的DOM來源及組成受沿岸生態(tài)系統(tǒng)影響。各采樣點樣本DOM三維熒光光譜中均存在2類(類腐殖峰和類蛋白

6、峰)、4種熒光峰(Peak A，Peak C和Peak B，PeakT)。入湖區(qū)(S2和S4)受河流影響較大，陸源輸入明顯，類腐殖峰信號較強；非入湖區(qū)(S1、S3和S5)受入湖河流影響減弱，內源貢獻顯著。對比于世界其他湖泊，長壽湖受兩岸不同生態(tài)系統(tǒng)類型以及自身光化學降解等因素綜合影響，其水體DOM芳香性和分子量較高原湖泊高，較森林湖泊低，自生源特征顯著，但受人為影響程度不及城市型湖泊與農田湖泊，進一步說明沿岸不同土地利用與生態(tài)系統(tǒng)類型是

7、影響水體DOM地化特征的關鍵因素。
　　(3)長壽湖DOM的季節(jié)性變化特征存在差異。長壽湖水體DOM濃度(DOC和FDOM)和葉綠素Chl-a均存在季節(jié)性差異。不同季節(jié)DOC濃度大小順序為：春季(4月)>秋季(11月)>夏季(7月)>冬季(1月)，其濃度年際變化范圍在4.88~6.45 mg·L-1之間，lgFDOM變化范圍為3.18~3.96，且全年FDOM數(shù)據(jù)與DOC之間呈極顯著正相關(P＜0.05)，表明DOC是影響FDOM

8、波動的主要因素。春夏兩季Chl-a含量明顯高于秋冬兩季，但Chl-a和DOC并不存在相關關系(P＞0.05)。各季節(jié)樣本DOM熒光峰類型與結論(1)相同，且熒光強度總表現(xiàn)為11月>7月>4月>1月，可以用熒光強度表征FDOM濃度。FI值全年變化范圍在1.58~1.61之間，大于陸源特征值(1.40)但小于內源特征值(1.90)，表明 DOM來源具有內外源貢獻的雙重特性，且隨著季節(jié)變化二者對DOM貢獻比重不同。BIX和HIX值全年變化范圍

9、分別為0.76~0.88和3.10~6.47，二者全年數(shù)據(jù)呈極顯著負相關(P＜0.05)。冬季水體DOM腐殖化程度最低，自生源特征最明顯；秋季與之相反，陸源輸入較強，腐殖化程度最高，內源作用最弱；而春夏兩季處于秋冬兩季的過渡區(qū)間。陸源輸入(如地表徑流、降雨等)是控制類腐殖組分的主要影響因子之一，而類蛋白組分則與生物代謝的內源貢獻有關，同時人為排放污水對內源作用的影響也不可忽視。另外，各季度主成分分析結果分別可以解釋熒光光譜參數(shù)73.57

10、%，71.28%，59.47%，66.13%的變化情況。
　　(4)CDOM和DOC線性相關性較為復雜，受時空分布的影響較大?；?014年全年樣本數(shù)據(jù)(n=131)，利用CDOM特征波長吸收系數(shù)建立多元線性模型對DOM濃度進行估算，同時利用隨機選取的2015年1月~7月水樣(n=38)檢驗模型精準度。擬合結果顯示，整體上三波長模型[a(275)、a(295)和a(365)]比雙波長模型[a(250)和a(365)]更適用于對本研

11、究中對DOC濃度進行估算；但模型準確度(RRMSE=29.65%；MRE=23.19%)有限，和我們之前的工作相比準確度有所降低，其適用性與通用性有限。盡管從三波長優(yōu)于雙波長模型，但是整體而言，三波長模型受DOM的時空變化特征影響較為明顯，在用于評價空間分布特征時擬合情況明顯要高于評價時間分布特征。此外，利用不同采樣點和不同采樣時間的DOM樣本數(shù)據(jù)建立的模型準確度較差(>30%)。未來可以通過長期定位觀測，進一步分析和提高水色模擬模型的