巢湖总有机碳的春夏季节变化及其与环境因子的关系

葛 茜，邓道贵，张晓莉，戴海奇

（淮北师范大学 生命科学学院，安徽 淮北 235000）

巢湖是长江中下游的一条主要水系，是我国五大淡水湖之一［1］.近年巢湖流域的水质发生巨大的变化，严重影响工农业生产的发展和人们生活质量，巢湖的生态环境治理已迫在眉睫.水体中的有机污染物监测是水质检测的重要指标之一［2］，目前主要采用水体中总有机碳含量来快速监测［3］.总有机碳是碳循环尤其是生物泵过程的主要参与者，主要来源于浮游植物的光合作用、浮游生物的死亡和排泄物的降解、陆地有机物质的大量输入和湖泊沉积物的自然溶解，它与人类的生态环境相互影响、相互制约.汤峰等［4］研究巢湖水体中TOC和高锰酸钾指数（CODMn）的相关性.姚书春等［5］利用沉积物中的TOC含量和总氮含量之比判断巢湖水体富营养化有机质的来源.本文研究了巢湖TOC 的季节变化及其与水温、透明度、溶解氧、pH值、总氮、总磷、叶绿素a等环境因子之间的关系，以期为巢湖富营养化治理提供参考.

1 材料与方法

1.1 采样时间和采样点设置

2012年2月～7月对巢湖总有机碳进行调查研究.共设10个采样点，GPS定位，其中西湖区为1-4号采样点，东湖区为5-10号采样点，如图1所示.每月采集水样1次.

1.2 样品的采集和测定方法

1.2.1 理化指标测定

水温和溶解氧用便携式溶解氧仪（HACH，美国）测定，pH值用便携式pH/ORP计仪（HACH，美国）测定，透明度用Secchi透明度盘测得，总磷用钼酸铵分光光度法测定，总氮用紫外分光光度法测定.

1.2.2 叶绿素a的测定

用Whatman GF/C滤膜抽滤采集的水样，研磨滤膜，90%丙酮萃取，离心机离心，再提取上清液，然后用752-型紫外分光光度计测定叶绿素a的含量.

1.2.3 巢湖总有机碳的测定

在环境温度20-25 ℃时，用总有机碳分析仪LiquiTOC Ⅱ（Elementar，德国）测定总碳（TC）和无机碳（TIC），用减差法测定TOC.

图1 巢湖采样点图（引自孟小丽等2011［6］）Figure1 Sampling sites in Lake Chaohu （Cited from Meng et al.2011［6］）

1.3 数据分析

用SPSS20.0分析软件进行统计分析.Perason相关分析分析巢湖TOC和理化因子及浮游植物的相关关系.

2 结果

2.1 春夏季节巢湖理化因子的变化

巢湖春夏季节水温呈逐月增加的趋势，7 月温度最高，达28.80±1.82 ℃；2 月温度最低，达5.43±0.53 ℃.巢湖水体透明度一直处于比较低的水平，在3～5月份均小于0.80 m，在枯水期（2月）和丰水期（6月和7月）的透明度甚至小于0.29 m.水体溶解氧的变化范围为6.33～9.99 mg/L，平均值为7.97 mg/L，其中2月西湖区水体的溶解氧量达到最大值（10.45±0.94 mg/L），而6月的东湖区出现最小溶解氧值（5.97±0.38）mg/L.pH值平均值为8.27，总体上东湖区水体的pH值（8.43）高于西湖区（8.12）.

总磷浓度呈现明显的季节变化，其变动范围为0.22～1.07 mg/L，平均值0.77 mg/L，6月和7月的总磷浓度明显高于其他月份.西湖区与东湖区相比，其总磷的变化幅度较大，西湖区平均浓度明显大于东湖区.总氮浓度在1.12～2.84 mg/L 之间，总平均值为2.30 mg/L，6 月和7 月的总氮浓度明显低于其他月份.西湖区平均浓度大于东湖区.

2.2 春夏季节巢湖叶绿素a的变化

采样期间检测到的Chl a的浓度平均值为36.3 μg/L，其中西湖区、东湖区平均值分别为46.91 μg/L和29.23 μg/L，西湖区高于东湖区.位于西湖区的2号点在6月份达到最大（247.37 μg/L），东湖区8号点在5月份最小（1.09 μg/L），如图2所示.

图2 巢湖叶绿素a含量的时空变化Figure2 Temporal and spatial variations of Chl a in Lake Chaohu

2.3 巢湖总有机碳的季节变化

图3显示2012年2月～7月巢湖TOC的季节变化.巢湖水体总有机碳TOC浓度在37.27～60.98 mg/L之间，平均值为43.85 mg/L.其中西湖区总有机碳TOC 浓度在37.35～58.68 mg/L 之间，平均值为44.90 mg/L，最大值（58.68 mg/L）出现在7 月；东湖区总有机碳TOC 浓度在37.18～63.28 mg/L 之间，平均值为44.64 mg/L，最大值（63.28 mg/L）出现在7月.

研究期间，巢湖总无机碳TIC也呈明显增大的趋势，最大值（104.52 mg/L）出现在6月份.而溶解性有机碳DOC和颗粒性有机碳POC 也基本呈上升趋势（图3），7 月份平均值达到最大，分别为54.48 mg/L和6.96 mg/L.

图3 巢湖总有机碳（TOC）浓度的时空变化Figure3 Temporal and spatial variations of TOC concentration in Lake Chaohu

2.4 巢湖总有机碳与环境因子的相互关系

巢湖总有机碳与环境因子的相关关系见表1.巢湖整个湖区TOC与WT、pH、TP、Chl a均呈极显著相关，与SD极显著负相关，与DO和TN没有相关性；DOC与WT、TP、pH、Chl a极显著相关，与SD和DO极显著负相关，与TN没有相关性；POC也与WT、TP、pH、Chl a有相关性；与SD、DO和TN均没有相关性.

表1 巢湖总有机碳与环境因子的相关性分析（n=59）Table1 Relationship analysis between TOC and environmental factors in Lake Chaohu（n=59）

3 讨论

3.1 巢湖春夏季节总有机碳的分布特征

汤峰等［4］发现，巢湖TOC浓度在春夏季节的变化幅度比秋冬季节大，且呈现夏季高冬季低的基本特征.并认为巢湖在春夏季节污染物增加、藻类生长加快和微生物降解导致了水体中有机物的含量增大.叶琳琳等［7］认为，在巢湖蓝藻水华暴发期间，浮游植物和陆源输入是溶解性有机碳及各种碳水化合物的重要来源.由于水体富营养化，巢湖通常在夏季发生蓝藻水华，浮游植物生物量在6 月或7 月达到最大值［6，8］.本研究中，巢湖在夏季暴发蓝藻水华，叶绿素a浓度的平均最大值出现在6月.巢湖东、西湖区的总有机碳浓度在6月和7月均达到较大值.Pearson分析显示春夏季节巢湖叶绿素a浓度与TOC（r=0.659，p＜0.01，n=59）呈显著的正相关关系.这暗示浮游植物生物量的变化是影响巢湖水体总有机碳的重要因素.叶琳琳等［7］却发现，巢湖夏季水华期间叶绿素a浓度与溶解性有机碳、各种碳水化合物之间不具有显著相关性.

3.2 环境因子对巢湖春夏季节总有机碳的影响

氮、磷是影响和限制浮游植物生长的重要营养盐［9-10］，是湖泊富营养化的主要原因，影响着水体中总有机碳浓度的变化.本研究中，6-7月巢湖的总磷浓度明显高于其他月份，与浮游植物暴发性的生长相吻合.巢湖TOC与TP（r=0.653，p＜0.01，n=59）呈现极显著正相关关系.与之不同的是，武汉东湖TOC 浓度的年变化与总磷呈显著负相关［11］.

随着水温升高，浮游植物生长加快，大量消耗水体中的CO2，浮游植物生物量显著增加.经光合作用产生的溶解性有机碳和颗粒性有机碳增加，致使水体中总有机碳的浓度明显增大.水体中的pH值在夏季也相应增大.巢湖春夏季节TOC与水温（r=0.617，p＜0.01，n=59）、pH值（r=0.589，p＜0.01，n=59）之间均呈极显著正相关.张志强等［11］发现，武汉东湖TOC也与水温呈显著地正相关性，并认为春夏季较高的温度和光强有利于藻类、细菌及其他微生物的活动，其分泌物导致水体中DOC浓度升高.

［1］郑国侠.南黄海浮游植物的固碳强度与污染物胁迫下海水碳源/汇格局的变化［D］.北京：中国科学院研究生院，2007.

［2］纪洁.水中总有机碳（TOC）的监测［J］.中国计量，2002（6）：46.

［3］NI H G，LU F H，LUO X L，et al.Riverine inputs of total organic carbon and suspended particulate matter from the Pearl River Delta to the coastal ocean off South China［J］.Marine Pollution Bulletin，2008，56（6）：1150-1157.

［4］汤峰，钱益群.巢湖水总有机碳（TOC）—高锰酸钾指数（CODMn）相关性研究［J］.重庆环境科学，2001（4）：64-66.

［5］姚书春，李世杰.巢湖富营养化过程的沉积记录［J］.沉积学报，2004，22（2）：343-347.

［6］孟小丽，邓道贵，张赛，等.巢湖春夏季节浮游植物的动态变化［J］.生态科学，2011，30（2）：189-195.

［7］叶琳琳，史小丽，张民，等.巢湖夏季水华期间水体中溶解性碳水化合物的研究［J］.中国环境科学，2012，32（2）：318-323.

［8］DENG D G，XIE P，ZHOU Q，et al.Studies on temporal and spatial variations of phytoplankton in Lake Chaohu［J］.Journal of Integrative Plant Biology，2007，49（4），409-418.

［9］李瑞香，朱明远，陈尚，等.围隔生态系内浮游植物对富磷的响应［J］.生态学报，2001，21（4）：603-607.

［10］SMITH V H.Responses of esturine and coastal marine phytoplankton to nitrogen and phosphorus enrichment［J］.Limnology and Oceanography，2006，51（1）：377-384.

［11］张志强，孟圃阳，许广青，等.东湖总有机碳时空分布及其影响因素［J］.环境科学与技术，2013，36（6）：110-114.