红枫湖及汇入支流碳分布特征*

滕明德 高庚申 迟 峰

(贵州省环境科学研究设计院， 贵阳 550081)

红枫湖及汇入支流碳分布特征*

滕明德 高庚申 迟 峰

(贵州省环境科学研究设计院， 贵阳 550081)

红枫湖与主要汇入支流总碳(TC)浓度介于22.9～51.7 mg/L之间，无机碳(IC)浓度介于15.5 ～37.6 mg/L，总有机碳(TOC)为7.42 ～14.13 mg/L。红枫湖入湖支流的TC、IC以及TOC浓度均高于湖体，南湖略高于北湖。汇入支流中羊昌河的TC、IC以及TOC浓度最高，桃花源河最低。北湖与南湖连接区域的TC、IC明显高于湖体其它区域，而TOC浓度明显低于其它区域，该区域碳组成以及含量与其它区域的显著差异可能与该区域特殊的地理位置与地理环境有关，两岸的岩石以及特殊的交通地理位置可能是致使北湖与南湖连接区域碳分布异于其它区域的主要因素。

红枫湖；汇入支流；碳；分布特征

碳为生物地球化学循环必不可少的元素之一，与氮、磷、硫和微量元素的研究一直是科学界的研究热点[1-2]。湖泊作为大气圈、陆地生态体系和水生体系的结合点，是陆地地表碳元素汇集地之一[3]。湖泊中的碳按形态可分为无机碳与有机碳，按来源可分为两种，一为外来，二为自生。其中外来有机碳主要为地表径流带入，自生有机碳主要为湖泊水体浮游植物、高等水生植物光合作用及细菌的光化学反应。无机碳的外来除地表径流带入外，还有大气中的二氧化碳通过水气界面向湖泊水体的扩散；自生主要包括湖泊有机碳在浮游动物、鱼类及微生物作用下的矿化分解。进入湖泊的碳，部分被出湖河流带出至其它地区，部分被储存湖底[4]。水体中的有机碳包括溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)，水中的有机物质以碳量总有机碳(TOC)来表示[5]。水体中有机碳是生物圈最大的活性有机碳库，约占全球活性有机碳库的1/6，在生物、地质和化学过程中发挥主要作用[6]。总有机碳(TOC)不仅是表示水体中自然有机物含量的参数，也是衡量水体有机污染程度的一项综合指标，对有机污染起着重要的指示作用。本文以红枫湖为研究对像，对其湖体、汇入支流进行了水样采集，对所采集样品用总有机碳分析仪器进行了总碳、无机碳与总有机碳分析，结合spss、surfer软件对红枫湖以及流域的水体与沉积物中碳的分布进行了分析和探讨。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

红枫湖位于贵州省贵阳清镇市、平坝县和安顺市西秀区境内，地理坐标为N26.26°～26.35°,属于长江中上游乌江水系。红枫湖水域面积57.2 km2，库容量6. 01亿m3，流域面积1 551 km2,是目前贵州高原最大的喀斯特人工湖泊[7]。

1.2 样品的采集与分析

采样点分布见图1。

2014年7月对红枫湖湖体及其主要汇入河流羊昌河、麻线河、后六河以及桃花源河进行了表层水样采集。

图1 红枫湖采样点分布

所采水样样品装于玻璃瓶内带回实验室进行总碳与无机碳分析，总有机碳通过总碳与无机碳的差值进行计算。水样参照《水与废水监测分析方法》第四版(增补版)[8]，采用燃烧氧化非分散红外吸收法测定。

1.2.1 仪器及试剂

总有机碳分析仪器(岛津TOC-VCPH)，超纯水(Ω<18.2)、邻苯二甲酸氢钾(优级纯)、无水碳酸钠(优级纯)、碳酸氢钠(优级纯)、TOC标准样品(阿拉丁试剂)。试剂、标准溶液的配置以及仪器条件参照《水与废水监测分析方法》第四版(增补版)中燃烧氧化非分散红外吸收法测定总有机碳方法进行，样品测试过程中，通过测定TOC标准样品作为监测数据的质量控制方式。

2 结果与分析

2.1 红枫湖湖体及流域TC分布

水样总碳(TC)在湖体的含量介于22.9～36.0 mg/L，除3号点36.0 mg/L较高外，其它点位的TC含量较相近为22.9～26.1 mg/L，入湖支流的TC含量差异较大，介于26.3～51.7 mg/L，从浓度上看，羊昌河12号点的TC浓度虽然为31.1 mg/L，与麻线河11号点的TC(31.2 mg/L)较为接近，但在羊昌河12号点下游14号点的TC含量达到了51.7 mg/L，而后六河的情况与羊昌河恰好相反，后六河的10号点的TC含量虽然为45.5 mg/L，但在其下游的13号点TC含量却下降为29.6 mg/L。入湖支流TC浓度从大到小依次为羊昌河、麻线河、后六河、桃花源河，总体上，无论是入湖支流还是湖体，南湖的TC浓度均高于北湖。

2.2 红枫湖湖体及流域IC分布

水样无机碳(IC)在湖体的含量介于15.5～28.4 mg/L,无机碳在湖体的分布与总碳非常相似，除3号点28.4 mg/L较高外，其它点位的IC含量较为接近，介于15.5～17.7 mg/L之间，入湖支流的IC与TC也极其相似，其中羊昌河的14号点最高为37.6 mg/L，其次为后六河的10号点为33.2 mg/L，其它河流各点的IC含量相差不大，介于18.2～23.1 mg/L之间，桃花源河的9号点最低为18.2 mg/L。

2.3 红枫湖湖体及流域TOC分布

欧洲经委会国家(EC)将TOC作为饮用水的指示参数[9],中华人民共和国建设部于1999年9月28日发布了CJ 94—1999《饮用净水水质标准》，规定了总有机碳TOC的检测指标，不得超出4 mg/L，红枫湖及入湖支流的TOC浓度均高于4 mg/L。在空间上汇入河流的TOC分布状况与TC以及IC也极其相似，湖体的TOC浓度介于7.42～8.63 mg/L，汇入河流的TOC介于8.06～14.13 mg/L，较高点出现在羊昌河的14号点与后六河的10号点,分别为14.13 mg/L和12.29 mg/L。

2.4 红枫湖湖体及流域碳分布特征

从地理区域上看，红枫湖可分为北湖和南湖，羊昌河、麻线河以及后六河为南湖的主要汇入支流，桃花源河为北湖的主要汇入支流，为更能直观地了解红枫湖湖体及汇入支流TC、IC、TOC的分布特征并对其进行分析，本文应用surfer结合相关地理资料对检测数据进行了kiriging插值计算，结果分别见图2、3、4。

从图2～4可以看出，红枫湖以及主要汇入支流的TC与IC在空间区域上有着相似的分布特征，TOC与TC以及IC略有不同。总体上看，南湖的总体TC与IC略高于北湖，这可能源于红枫湖的主要汇入河流羊昌河、麻线河与后六河均在南湖入湖，这几条河流流经的区域人口相对密集，尤其是羊昌河，从图2、3也可以看出在羊昌河入湖段无论是TC、IC以及TOC都明显高于其它区域，表明该区域可能有潜在碳源排放点，这也可能是导致南湖碳浓度高于北湖的主要因素之一。

图2 TC分布示意

图3 IC分布示意

图4 TOC分布示意

TC、IC以及TOC在区域分布上差异最显著的地方出现在北湖与南湖的连接区域，就湖体水域而言，从量上看该区域的TC明显高于其它区域，从碳组成上看，该区域不像其他区域TC与IC以及TOC有着相似的分布特征，该区域相对较高的碳含量主要为无机碳IC，而有机碳的含量明显低于其它区域。该区域碳组成以及含量与其它区域存在显著差异可能与该区域特殊的地理位置与地理环境有关。该区域位于北湖与南湖的连接处，水面相对狭窄，两岸均为裸露的石壁，水体的流动速度高于其它区域，贵州以碳酸盐岩石为主，因此该区域的高浓度TC与IC可能来源于两岸的岩石风化与水流侵蚀，同时，该区域有3座桥梁跨过，其中一条为贵黄高速公路的花渔洞大桥，大量汽车经过产生的颗粒物沉降也有可能与该区域的高TC以及IC有关。

总体上，红枫湖入湖支流的TC、IC以及TOC浓度均高于湖体，但从IC与TOC所占TC的比例图来看(图5)， 湖体除3号点外，其它点位的IC/TC均低于70%，相应的TOC/TC均高于30%, 而入湖河流似乎有着相反的特征，除北湖的汇入河流的TOC/TC高于30%外，其它入湖河流各点的TOC/TC均低于30%。由此表明红枫湖入湖支流所带来的碳源可能在进入湖体后沉降积存到了沉积物中，也有可能被水生物吸收利用降解为二氧化碳通过水汽界面交换进入了大气。

图5 碳比例图

3 结论

总体上，红枫湖入湖支流的TC、IC以及TOC浓度均高于湖体，南湖略高于北湖，汇入支流中羊昌河的TC、IC以及TOC浓度最高，桃花源河最低。湖体及汇入支流的TOC浓度均高于CJ 94—1999《饮用净水水质标准》规定的总有机碳TOC标准4 mg/L。两岸的岩石以及特殊的交通地理位置可能是致使北湖与南湖连接区域碳分布异于其它区域的主要因素；红枫湖入湖支流所带来的碳源可能在进入湖体后沉降积存到了沉积物中，也有可能被水生物吸收利用降解为二氧化碳通过水汽界面交换进入了大气。

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Carbon distribution in Hongfeng Lake and its upstreams

Teng Mingde, Gao Gengshen，Chi Feng

(Guizhou Institute of Environmental Science and Designing，Guiyang 550081，China)

The concentrations of total carbon(TC), inorganic carbon(IC) and total organic carbon(TOC) in Hongfeng Lake and it's upstream were in the range of 22.9-51.7, 15.5-37.6 and 7.42-4.13 mg/L respectively. The concentrations of TC, IC and TOC in the upstream were higher than that in the lake body, and the south part of the lake were higher than the north. Yangchang River had the highest concentration of TC, IC and TOC among all the upstream rivers, while Taohuayuan River had the lowest concentration. In Hongfeng Lake, in the neck area linking the southern and northern part, the concentration of TC and IC were significantly higher, while the TOC was lower than other areas. These differences may be caused by the special geography and geology of the neck area.

Hongfeng Lake；upstreams；carbon； distribution characteristics

* 贵州省科学技术基金项目(黔科合J字[2012]2208号)

2015-08-04；2015-08-20修回

滕明德，男，1982年生，工程师，研究方向：水环境科学。E-mail:teng799@163.com

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