巢湖表层沉积物中生物易降解物质成分特征与分布规律*



巢湖表层沉积物中生物易降解物质成分特征与分布规律*

(1：中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室，南京 210008)

(2：中国科学院大学，北京 100049)

(3：西北大学城市与环境学院，西安 710127)

摘要：富营养化湖泊的藻类残体大量沉降到湖底，其中易降解成分的降解和转化快速消耗底层水体中的溶解氧，极易造成水土界面缺氧，影响湖泊生态系统的健康.于2014年对巢湖12个样点的表层沉积物进行周年跟踪研究，分析样品中有机质来源、总有机碳(TOC)、蛋白质、总糖、总脂以及生物聚合物碳(BPC)等成分含量，揭示易降解有机质的成分特征及在巢湖的分布规律.研究表明：巢湖表层沉积物TOC含量较高，全湖样点平均含量达到1.24%.BPC含量占TOC含量的30.99%～60.48%，有机质中易降解成分含量较高，并且在冬季和夏季时在巢湖西北部湖区有明显累积；有机质及其中的生物易降解部分均主要集中在粒径4～8μm的表层沉积物上，在应用工程技术手段处理、降解表层沉积物中的过量有机质时，更应该关注粒径为4～8μm的沉积物颗粒。

关键词：巢湖；表层沉积物；有机质；生物易降解成分

巢湖位于安徽省中部(31°25′28″～31°43′28″N，117°16′54″～117°51′46″E)，属河成型浅水湖，是我国五大淡水湖之一.湖泊长度61.7km，平均宽度12.5km，湖面面积756km2，平均水深3.06m，蓄水量20.7×108m3.湖区属北亚热带季风气候，年均气温16.1℃.巢湖入湖水系主要有：新河、塘西河、十五里河、店埠河、柘皋河等，由裕溪河连接巢湖汇入长江.巢湖闸等水利工程的建设严重妨碍了巢湖与长江水体间的自然交换能力，使得巢湖自然换水周期过长，进而改变了巢湖的生态学特征.自1970s以来，随着工农业的发展，大量的氮、磷输入巢湖，导致湖泊富营养化[1]，巢湖西半湖较东半湖污染更为严重[2-3].由于水质的恶化，巢湖蓝藻水华暴发频次总体呈现出上升趋势，发生区域呈扩大趋势，发生时间呈延长趋势[4]，蓝藻密度不断升高，死亡的蓝藻沉积到湖底，形成一层高含量有机质层。

湖底表层沉积物中积累的大量有机质在降解和转化过程中将对湖泊水质与环境产生负面影响.已有研究指出某些有机成分在水生生态系统中降解和转化速度比较快[5-7]，在温度适宜的季节，这些有机成分通过自然分解，不仅会向水体释放营养物质，加剧水体富营养化，同时有机物的氧化会迅速消耗水体中的溶解氧[8]，引起水体缺氧，导致湖泊水体中“湖泛”的发生[9-12].湖底沉积物中的有机质由易降解和难降解成分组成，在早期成岩过程中，沉积物中有机质含量总体相对稳定[13]，经过一系列复杂的过程(包括降解、异养利用、转移、累积和输出)，它们的相对重要性随之发生变化[14].表层沉积物中的易降解成分可以影响底层动物群落动力学和新陈代谢[15-18]，有机质中易降解部分含量也可以用来评估生态系统的营养状态[18-19].然而目前关于湖泊沉积物的研究主要集中在有机质含量与来源、营养盐含量及释放特征、粒度分布、重金属含量、持久性有机污染物含量分布等方面[20-25]，而针对沉积物有机质中容易降解的成分特征和分布的研究较少。

易降解有机质成分复杂，需要应用合适的方法和指标进行研究.易降解有机成分从生物化学的角度主要分为蛋白质(PRT)、总糖(CHO)、总脂(LPD)3类，其降解难易程度为：蛋白质>总糖>总脂[26].对藻细胞组分的研究发现，藻细胞主要由蛋白质、糖类和脂类物质组成，他们的相对含量因藻种类的不同而有所差异[27].通常蓝藻中蛋白质含量较高(41%～69%)，而硅藻中脂类含量较高(5%~43%)[28-30].然而这些生物化学成分并不完全由碳组成，并不能完全代表生物易降解成分的含量，而要从生物可利用碳来分析其易降解成分含量.Lopez-Fernandez等[31]研究了地中海西北部布拉内斯峡谷沉降颗粒有机质中生物可利用化合物的含量变化，使用生物聚合物碳(BPC)指标来对易降解成分进行综合描述，取得了较好的结果.由于BPC指标能够更好地代表更容易被降解利用的有机成分的总量，并且对易降解的有机质成分在时间上的变化有较高的灵敏度，因此非常适宜用来表征有机质中的易降解成分含量[13,18,32-35].由于生物易降解物质是细菌和底栖小型生物的主要物质能量来源，因此对生物易降解成分分布规律的监控具有重要意义。

在前人研究的引导下，本文分不同季度采集巢湖表层沉积物进行为期1周年的调查，主要目的是解决以下几个问题：(1) 目前巢湖表层沉积物中有机质含量分布；(2) 沉积物有机质中易降解成分占到多大的比例；(3) 易降解有机质在时间、空间以及沉积物颗粒中的分布存在什么样的规律。

1 材料和方法

1.1 研究区域及样品的采集

在巢湖总共设置12个采样点(图1)，其中西湖区5个(C-1～C-5)、中湖区2个(C-6、C-7)、东湖区5个(C-8～C-12).分别于2014年1月(冬季)、4月(春季)、7月(夏季)及10月(秋季)用内径为110mm的柱状采泥器采集各样点的沉积物柱状样品，取表层1cm样品放入密封袋中带回实验室分析.在干燥处理前置于-20℃ 下冷冻[36-38].由于湖底沉积物采样的特殊性以及天气原因，用柱状采泥器并未采集到冬季C-7和C-10样点、春季C-11样点及秋季C-9样点的沉积物样品。

图1 巢湖采样点位分布(C-1：塘西河入湖区；C-2：十五里河入湖区；C-3：西湖心；C-4：湖滨；C-5：新河入湖区；C-6：中庙；C-7：中湖心；C-8：烔炀河入湖区；C-9：东湖心；C-10：中垾；C-11：巢湖船厂；C-12：西坝口)Fig.1 Distribution of sampling sites in Lake Chaohu

1.2 样品预处理

冷冻的沉积物样品用Labconco冷冻干燥机(型号：7948030)冻干，用玛瑙研钵研磨，过200目尼龙筛后，装入样品袋密封，避光、干燥保存。

1.3 样品分析

1.3.1 粒度分析将新鲜样品混合均匀，用药匙从样品袋中取0.2g左右置于100ml烧杯中，加10%双氧水溶液10ml，放到电热板上加热至反应完成；然后加入10ml 10%的盐酸溶液，再注满水静置过夜；待样品浸泡好后，小心将上清液倒出，剩余约10ml即可；再在样品中加入10ml六偏磷酸钠，于超声波振荡仪中振荡15min；振荡后的样品采用英国Malvern公司生产的Mastersizer 2000型激光粒度仪测定，测量范围为0.02～2000μm[39].粒径分布参考李强等[20]的划分方法以百分含量表示。

1.3.2 总有机碳(TOC)含量分析将适量的干燥样品放入事先称过重的离心管中，并进行称重，然后加入≥2ml 的HCl(1∶3 v/v)，震荡使其充分反应，静置18h[40]，用蒸馏水洗至中性后用冻干机冻干，用CHN(EURO EA 3000)元素分析仪测定TOC和总氮(TN)含量(以%表示)，并计算TOC与TN的比值(C/N)。

1.3.3 易降解成分的分析称取一定量的沉积物样品用改进的Lowry法测定蛋白质含量，牛血清蛋白做标线[41-43]；用苯酚-硫酸法测定总糖含量，以葡萄糖做标线[44]；用甲醇-氯仿法测定总脂含量，以甘油三酯做标线[45-47].每个样品做3次重复，并计算平均值及标准偏差。

1.4 计算方法

蛋白质碳、总糖碳、总脂碳的加和称为BPC，用来估算有机质中易降解部分的含量[13]，计算公式[48]为：

BPC=0.40CHO+0.49PRT+0.75LPD

(1)

1.5 数据处理

采用Origin 9.0软件对数据作图，其中误差线为标准偏差(SE)；采用SPSS 18.0软件中的Pearson法进行不同参数之间的相关性分析；用Sufer 9.0克里金插值法绘制等值线图。

2 结果与讨论

2.1 有机质的来源

通过沉积物有机质的C/N比值可以大体判断有机质的来源是湖泊自生还是外源输入.由于藻类有机质中富含大量的蛋白质，纤维素的含量较低；而陆生高等植物富含纤维素，蛋白质含量低.可以根据沉积物中有机质的C/N来判定其有机质来源：来自脉管类陆生高等植物有机质的C/N约为20，甚至更高，而内源藻类有机质的C/N通常在4～10之间，沉积物中有机质的C/N>10，常常被认为是受到两种物源的影响[49].巢湖各样点表层沉积物的C/N比值相差不大，在7.28～9.95之间，平均为8.14(表1).除东湖区的C-11、C-12样点C/N比值略有变化外，其他样点4个季节C/N比值没有明显变化.巢湖表层沉积物C/N均小于10，表明沉积物中有机质主要受到水生物源的影响，以自生有机物源为主.近几十年来，巢湖由于受到外源污染的影响，大量的营养物质流入水体，但是本研究各河流入湖区样点距河口大于2km，所研究样点主要受内源的影响，且已有大量研究表明巢湖西北部湖区受蓝藻污染严重[2-3,50]，死亡蓝藻的沉降是导致该区域C/N低的主要原因.1960s巢湖闸建成后，巢湖成了半封闭性水域，水流减缓，同时由于外源营养物质的过度排放，刺激湖内藻类繁殖；风向和较高的营养水平的共同作用导致蓝藻频发，死亡藻类的长期沉降累积使其成为巢湖沉积物中有机质的主要来源[51]。

表1 巢湖各样点表层沉积物C/N和BPC/TOC的变化

2.2 沉积物有机成分的含量

2014年巢湖表层沉积物中TOC含量变化不大，在0.42%~1.81%之间，平均为1.24%(图2a)，比2011年巢湖表层沉积物TOC含量(平均为5.987g/kg)高[20]；远高于太湖沉积物TOC高值区(≥2.30g/kg)竺山湾、西部沿岸区、梅梁湾、贡湖地区(平均值为1.59g/kg)[52]，根据天然水体“Dead Zones”形成4阶段理论——藻类有机质大量累积、偶尔出现缺氧、经常性出现缺氧、厌氧并释放H2S[53]，巢湖沉积物中TOC含量已经满足发生黑水团的首要条件.TOC含量总体上呈现西湖区高、中湖区最低的趋势；其中最大值出现在西湖区的C-1、C-2样点，最小值出现在东湖区的C-11样点；西湖区的C-5～C-1样点呈现出逐渐增大的趋势.中、西湖区各样点4个季度TOC含量变化不大，东湖区C-10～C-12样点TOC含量在不同季节略有差异.虽然外源营养的输入以及蓝藻水华暴发造成巢湖污染比较严重，但是由于巢湖是浅水湖泊，沉积物-水界面生物化学作用非常活跃，部分有机质在沉降过程或沉积后被快速降解，导致巢湖沉积物中有机质含量明显低于水质较好的深水湖泊程海(2.76%)、青海湖(2.978%)[54]和抚仙湖(南部：9.232%，中部：6.614%，北部：2.76%)[55].巢湖西湖区水质处于重富营养化状态(2013年出现了叶绿素a浓度为1229.834μg/L的峰值[50])，蓝藻暴发频繁，大量藻类死亡后腐烂沉积，造成西湖区沉积物TOC含量相对较高.东湖区的TOC含量偏高主要与这一区域也有蓝藻水华的暴发有关[4](2013年东北部的叶绿素a浓度显著增加，大范围的区域均超出了163.12μg/L，并且在最东部出现了最高峰值[50])；同时也有可能受到巢湖闸外泄排水的影响，有大量有机质随水流流向该区域。

巢湖表层有机物中PRT含量在0.63～5.50mg/g之间，平均值为3.69mg/g(图2b).总体来看，蛋白质含量和TOC含量的分布变化趋势相近，总体上呈现西湖区最高、中湖区最低的分布趋势，其中最大值出现在西湖区的C-1、C-2样点，中湖区的C-6、C-7样点较低，最小值出现在东湖区的C-11样点，西湖区C-4～C-1样点蛋白质含量有逐渐增加的趋势.巢湖西湖区(尤其是西北湖区)是重污染湖区[50]，大量死亡藻类的沉降是导致该区域蛋白质含量较高的主要原因；从冬季到秋季，除东湖区的C-11、C-12样点外，各样点含量略有增加，但是变化趋势不如CHO含量(图2c)变化明显.主要有两方面原因：首先，虽然巢湖表层沉积物有机质以蓝藻及其死亡残体为主，但是，由于大量死亡藻类在沉降到湖底前，蛋白质中最易降解的那部分基本已经降解完全；另外，沉降到底部沉积物中的蛋白质由于蛋白酶的抑制作用，使蛋白质更倾向于和难降解的化合物结合[56-57]。

图2 巢湖各样点表层沉积物中各成分含量Fig.2 The contents of each composition from surface sediments of each sampling site in Lake Chaohu

巢湖表层沉积物中CHO含量在1.63～6.52mg/g之间，平均为4.09mg/g(图2c)；其中，冬、春、夏季最大值均出现在西湖区的C-1、C-2样点；而秋季以C-5样点含量最高，该样点位于新河入湖区，新河蓝藻水华比较严重，笔者所在研究团队所研制的“大型仿生式蓝藻清除设备”曾于2013年9月份在该河流进行过蓝藻清除作业，因此秋季该样点含量最高，可能是由于新河大量死亡蓝藻输入所导致；中湖区的C-6、C-7样点含量最低，主要是中部敞水区由于风浪的作用，蓝藻不易在该区域堆积，从而沉降到湖底的有机成分含量相应较低.从冬季到夏季，各样点CHO含量有降低趋势，以西湖区最为明显，和巢湖沉积物中藻类生物量的变化趋势一致[58]；到了秋季，CHO含量略有增加.由于蛋白质比糖更容易被底栖细菌所利用，沉积物中CHO含量较高和藻类有机碎屑的蓄积有关[26].初步认为造成这种现象主要有3方面原因：首先，针对巢湖这样的浅水富营养化湖泊，根据孔繁翔等[59]对蓝藻水华形成4阶段机理(休眠、复苏、生物量增加、上浮和积聚形成水华)的研究，冬季越冬蓝藻沉降到湖底，在水底黑暗条件下蓝藻生存环境薄弱，但是由于大量沉积，导致湖底CHO的蓄积；到了春季，湖底蓝藻开始复苏，需要消耗一定的能量，增加了对糖的消耗[60]；夏季温度更适合湖底蓝藻的复苏及上升形成水华消耗大量的能量，CHO的消耗进一步增加.这是导致春、夏季CHO含量降低的主要原因；其次，冬季CHO含量较高和蓝藻水华过后碎屑的沉降[61]及湖底碎屑物质的后续降解有关；最后，冬季湖底温度较低，用于降解湖底有机质的底栖生物量较少，导致CHO的蓄积.随着温度的回升，底栖生物活动增强，加快了CHO的降解.到了春、夏季，湖底水温达到底栖生物的最佳温度，底栖生物的活性此时达到最强，导致CHO含量的进一步降低。

已有研究表明沉积物中LPD主要来自硅藻和浮游动物排泄物[62].巢湖表层沉积物中LPD含量为1.02～3.87mg/g，平均值为2.38mg/g(图2d)；其中，最大值出现在冬季的C-3样点，最小值出现在秋季的C-11样点；各样点含量有所差异，以西湖区的C-1、C-2、C-3样点相对较高.各样点LPD含量低于PRT及CHO含量，主要是因为微囊藻和鱼腥藻是巢湖浮游植物优势种，而硅藻并不是其优势种[63]，导致LPD总体含量较低.冬季LPD含量较高可能与硅藻残体和浮游动物排泄物沉降以及微生物活性的减弱有关[61]。

2.3 BPC的分布特征

BPC含量代表容易被生物降解利用的有机成分的总量.本研究的结果显示，巢湖表层沉积物中BPC含量占TOC含量的30.99%~60.48%(表1)，平均值为43.17%，所占比例相对较高.一方面，虽然各样点TOC含量年变化总体相对稳定(图2a，C-10～C-12样点除外)，但是BPC含量和组成比例变化较大，BPC的变化更能反映湖底表层沉积物生产力的变化.因此，本研究用BPC来反映巢湖生物易降解成分不仅可行，而且将其用于描述有机碎屑沉降后的早期降解过程会具有较高的灵敏度.另一方面，尽管只有一部分BPC能够被快速降解消耗[19,64-65]，但是已经有很多研究表明沉积物中底栖动物量与BPC含量及组成密切相关[66-68]，因此，监控沉积物中的BPC含量及其在重污染湖泊中的分布有助于提前预知水体缺氧或者厌氧事件[57]。

巢湖2014年冬、春、夏、秋4个季节表层沉积物中的BPC含量分布如图3所示，其含量在1.72～7.31mg/g 之间，平均为5.23mg/g.BPC含量的分布变化趋势和CHO含量相似：空间总体呈现西湖区含量高、中湖区含量低的分布趋势，与巢湖蓝藻水华分布特征基本相符[4]；其中，西北部湖区含量最高，主要是由于该区域是蓝藻重灾害湖区，蓝藻暴发频繁，死亡的蓝藻残体大量沉降所导致的；春季西南湖区的新河入湖区BPC含量较高可能是由河道带入的大量蓝藻造成的.季节上总体呈现出冬春季含量高、夏季含量低的趋势.BPC含量的变化主要是由CHO含量的变化导致的，初步认为蓝藻越冬沉降、复苏、夏季蓝藻水华过后蓝藻碎屑的沉降以及因温度而导致的微生物量和活性的强弱是导致BPC含量呈现出图3所示分布趋势的几个原因。

图3 巢湖表层沉积物中BPC含量的分布变化Fig.3 The distribution and variation of BPC content of surface sediments in Lake Chaohu

2.4 易降解有机质在沉积物颗粒中的分布规律

巢湖表层沉积物中TOC含量与BPC、CHO、LPD、PRT含量都呈极显著正相关，BPC含量也与CHO、LPD、PRT含量呈极显著正相关(表2).TOC含量与粒径小于16μm的表层沉积物呈显著正相关，与粒径大于16μm的表层沉积物以及中值粒径呈显著负相关，表明有机碳主要吸附在16μm以下的沉积物颗粒中；BPC含量与粒径8μm以下的表层沉积物呈极显著正相关；PRT含量与粒径小于16μm的表层沉积物呈显著正相关；CHO含量与粒径小于8μm的表层沉积物呈显著正相关；而LPD含量与粒径为8～16μm的表层沉积物呈显著正相关，可能与浮游动物和硅藻的粒径有关.TOC、BPC、PRT、CHO含量与粒径小于8μm的表层沉积物都呈显著正相关，尤其与粒径为4～8μm的沉积物相关关系更显著，表明表层沉积物有机成分主要集中在粒径8μm以下的颗粒中，尤以4～8μm的沉积物颗粒为主.虽然粒度测定预处理过程加入了过氧化氢来去除有机质，但是已有相关研究表明藻类可以产生以及清除过氧化氢[69]；另外，李键等[70]和刘娟等[71]在对沉积物中硅藻的提纯中都用到了过氧化氢，因此粒度预处理过程中并未对藻类碎屑产生影响.有研究表明蓝藻藻团大部分粒径分布在30～300μm范围内[72]，蓝藻个体是大约为3～7μm的单细胞[73]；蓝藻死亡后，藻团逐渐分裂为个体及死亡碎屑残体[74].因此经过预处理测定的粒径为4～8μm的沉积物颗粒中可能有一部分是由藻类碎屑组成。

表2 各指标间的Pearson相关系数(n=44)

1)D50表示中值粒径；*表示显著相关，P<0.05；**表示极显著相关，P<0.01。

3 结论

在大型浅水富营养化湖泊中，巢湖全湖样点表层沉积物中TOC平均含量达到了1.24%，有机质含量较高.采用BPC指标能够较好地反映巢湖湖底表层沉积物易降解成分的含量，其占TOC的比重介于30.99%~60.48%之间，平均值为43.17%，BPC总体上呈现出西湖区含量高、中湖区含量低，冬春季节含量高、夏季含量低的时空分布特征。

有机成分及其中的易降解部分均主要集中于粒径小于8μm(尤其是4～8μm)的表层沉积物中，因此在对造成水体缺氧事件的易降解成分的分析，或者是在运用工程技术手段处理降解表层沉积物中的过量有机质时，更应该关注粒径为4～8μm的沉积物颗粒。

国外已通过对生物易降解成分的分析划分海底表层沉积物的营养等级，目前未出现关于湖底沉积物营养等级划分的相关研究.在掌握巢湖表层沉积物中易降解成分的分布特征的基础上，后续工作将对湖底的营养状况进行明确的划分，这将为巢湖“湖泛”预警、湖底过度富营养有机质的强化降解以及湖底越冬蓝藻的清除提供有力的理论支撑。

致谢：感谢安徽省巢湖管理局为采样提供方便；实验分析、文章作图以及初稿修改得到了曹晓祥、徐宪根、尚丽霞等的帮助，在此致以诚挚的感谢。

参考文献4

[1]Yin H, Deng J, Shao Setal. Distribution characteristics and toxicity assessment of heavy metals in the sediments of Lake Chaohu, China.EnvironmentalMonitoringandAssessment, 2011, 179(1/2/3/4): 431-442。

[2]孙贤斌. 巢湖生态环境污染与防治对策. 国土与自然资源研究, 2001, 3: 50-52。

[3]Liu E, Shen J, Yang Xetal. Spatial distribution and human contamination quantification of trace metals and phosphorus in the sediments of Chaohu Lake, a eutrophic shallow lake, China.EnvironmentalMonitoringandAssessment, 2012, 184(4): 2105-2118。

[4]刘莹. 巢湖蓝藻富营养化监测与预警优化研究[学位论文]. 合肥: 合肥工业大学, 2012。

[5]Chase JM. Are there real differences among aquatic and terrestrial food webs?TrendsinEcologyandEvolution, 2000, 15(10): 408-412。

[6]Nowlin WH, Vanni MJ, Yang LH. Comparing resource pulses in aquatic and terrestrial ecosystems.Ecology, 2008, 89(3): 647-659。

[7]Shurin JB, Gruner DS, Hillebrand H. All wet or dried up? Real differences between aquatic and terrestrial food webs.ProceedingsoftheRoyalSocietyB:BiologicalSciences, 2006, 273(1582): 1-9。

[8]Schroeder F. Water quality in the Elbe estuary: Significance of different processes for the oxygen deficit at Hamburg.EnvironmentalModelingandAssessment, 1997, 2(1/2): 73-82。

[9]陈荷生. 太湖宜兴近岸水域“湖泛”现象初析. 水利水电科技进展, 2011, 31(4): 33-37。

[10]刘国锋, 何俊, 范成新等. 藻源性黑水团环境效应: 对水-沉积物界面处Fe、Mn、S循环影响. 环境科学, 2010, 31(11): 2652-2660。

[11]王成林, 张咏, 张宁红等. 太湖藻源性“湖泛”形成机制的气象因素分析. 环境科学, 2011, 32(2): 401-408。

[12]申秋实, 周麒麟, 邵世光等. 太湖草源性“湖泛”水域沉积物营养盐释放估算. 湖泊科学, 2014, 26(2): 177-184. DOI 10. 18307/2014. 0202。

[13]Fabiano M, Danovaro R, Fraschetti S. A three-year time series of elemental and biochemical composition of organic matter in subtidal sandy sediments of the Ligurian Sea(northwestern Mediterranean).ContinentalShelfResearch, 1995, 15(11/12): 1453-1469。

[14]Viollier E, Rabouille C, Apitz SEetal. Benthic biogeochemistry: state of the art technologies and guidelines for the future of in situ survey.JournalofExperimentalMarineBiologyandEcology, 2003, 285/286: 5-31。

[15]Graf G, Schulz R, Peinert Retal. Benthic response to sedimentation events during autumn to spring at a shallow-water station in the Western Kiel Bight. 1. Analysis of the processes on the community level.MarineBiology, 1983, 77(3): 235-246。

[16]Grant J, Hargrave BT. Benthic metabolism and the quality of sediment organic carbon.BiologicalOceanography, 1987, 4(3): 243-264。

[17]Dell'anno A, Fabiano M, Mei MLetal. Enzymatically hydrolysed protein and carbohydrate pools in deep-sea sediments: estimates of the potentially bioavailable fraction and methodological considerations.MarineEcologyProgressSeries, 2000, 196: 15-23。

[18]Dell'anno A, Mei ML, Pusceddu Aetal. Assessing the trophic state and eutrophication of coastal marine systems: a new approach based on the biochemical composition of sediment organic matter.MarinePollutionBulletin, 2002, 44(7): 611-622。

[19]Pusceddu A, Dell'anno A, Danovaro Retal. Enzymatically hydrolyzable protein and carbohydrate sedimentary pools as indicators of the trophic state of detritus sink systems: A case study in a Mediterranean coastal lagoon.Estuaries, 2003, 26(3): 641-650。

[20]李强, 霍守亮, 王晓伟等. 巢湖及其入湖河流表层沉积物营养盐和粒度的分布及其关系研究. 环境工程技术学报, 2013, 3(2): 147-155。

[21]刘成, 邵世光, 范成新等. 巢湖重污染汇流湾区沉积物营养盐分布与释放风险. 环境科学研究, 2014, 27(11): 1258-1264。

[22]王广召, 方涛, 唐巍等. 疏浚对巢湖重污染入湖河流沉积物中污染物赋存及释放的影响. 湖泊科学, 2014, 26(6): 837-843. DOI 10. 18307/2014. 0604。

[23]余秀娟, 霍守亮, 昝逢宇等. 巢湖表层沉积物中重金属的分布特征及其污染评价. 环境工程学报, 2013, 7(2): 439-450。

[24]杜臣昌, 刘恩峰, 羊向东等. 巢湖沉积物重金属富集特征与人为污染评价. 湖泊科学, 2012, 24(1): 59-66. DOI 10. 18307/2012. 0108。

[25]宋慧婷, 吴振斌, 贺锋等. 武汉月湖和莲花湖表层沉积物中持久性有机物的污染状况. 长江流域资源与环境, 2008, 17(3): 431-435。

[26]Joseph MM, Kumar CSR, Kumar TRGetal. Biogeochemistry of surficial sediments in the intertidal systems of a tropical environment.ChemistryandEcology, 2008, 24(4): 247-258。

[27]Brown MR, Jeffrey SW, Volkman JKetal. Nutritional properties of microalgae for mariculture.Aquaculture, 1997, 151(1/2/3/4): 315-331。

[28]Whyte JNC. Biochemical composition and energy content of six species of phytoplankton used in mariculture of bivalves.Aquaculture, 1987, 60(3/4): 231-241。

[29]Brown MR. The amino-acid and sugar composition of 16 species of microalgae used in mariculture.JournalofExperimentalMarineBiologyandEcology, 1991, 145(1): 79-99。

[30]Gatenby CM, Orcutt DM, Kreeger DAetal. Biochemical composition of three algal species proposed as food for captive freshwater mussels.JournalofAppliedPhycology, 2003, 15(1): 1-11。

[31]Lopez-Fernandez P, Bianchelli S, Pusceddu Aetal. Bioavailable compounds in sinking particulate organic matter, Blanes Canyon, NW Mediterranean Sea: Effects of a large storm and sea surface biological processes.ProgressinOceanography, 2013, 118: 108-121。

[32]Fichez R. Suspended particulate organic matter in a Mediterranean submarine cave.MarineBiology, 1991, 108(1): 167-174。

[33]Fichez R. Composition and fate of organic-matter in submarine cave sediments-implications for the biogeochemical cycle of organic-carbon.OceanologicaActa, 1991, 14(4): 369-377。

[34]Danovaro R, Fabiano M, Della Croce N. Labile organic matter and microbial biomasses in deep-sea sediments(Eastern Mediterranean Sea).DeepSeaResearchPartI:OceanographicResearchPapers, 1993, 40(5): 953-965。

[35]Tselepides A, Polychronaki T, Marrale Detal. Organic matter composition of the continental shelf and bathyal sediments of the Cretan Sea(NE Mediterranean).ProgressinOceanography, 2000, 46(2/3/4): 311-344。

[36]Ryba SA, Burgess RM. Effects of sample preparation on the measurement of organic carbon, hydrogen, nitrogen, sulfur, and oxygen concentrations in marine sediments.Chemosphere, 2002, 48(1): 139-147。

[37]Tung JWT, Tanner PA. Instrumental determination of organic carbon in marine sediments.MarineChemistry, 2003, 80(2/3): 161-170。

[38]Tanner PA, Leong LS. The effects of different drying methods for marine sediment upon moisture content and metal determination.MarinePollutionBulletin, 1995, 31(4-12): 325-329。

[39]王君波, 鞠建廷, 朱立平. 两种激光粒度仪测量湖泊沉积物粒度结果的对比. 湖泊科学, 2007, 19(5): 509-515. DOI 10. 18307/2007. 0503。

[40]King P, Kennedy H, Newton PPetal. Analysis of total and organic carbon and total nitrogen in settling oceanic particles and a marine sediment: an interlaboratory comparison.MarineChemistry, 1998, 60(3/4): 203-216。

[41]Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr ALetal. Protein measurement with the Folin phenol reagent.JournalofBiologicalChemistry, 1951, 193(1): 265-275。

[42]Hartree EF. Determination of protein: A modification of the lowry method that gives a linear photometric response.AnalyticalBiochemistry, 1972, 48(2): 422-427。

[43]Mayer L, Schick LL, Setchell FW. Measurement of protein in nearshore marine sediments.MarineEcology-progressSeries, 1986, 30: 159-165。

[44]Gerchakov SM, Hatcher PG. Improved technique for analysis of carbohydrates in sediments.LimnologyandOceanography, 1972, 17(6): 938-943。

[45]Bligh E, Dyer WJ. A rapid method of total lipid extraction and purification.CanadianJournalofBiochemistryandPhysiology, 1959, 37(8): 911-917。

[46]Marsh JB, Weinstein DB. Simple charring method for determination of lipids.JournalofLipidResearch, 1966, 7(4): 574-576。

[47]Frostegård, Tunlid A, Bååth E. Microbial biomass measured as total lipid phosphate in soils of different organic content.JournalofMicrobiologicalMethods, 1991, 14(3): 151-163。

[48]Fabiano M, Danovaro R. Composition of organic matter in sediments facing a river estuary(Tyrrhenian Sea): relationships with bacteria and microphytobenthic biomass.Hydrobiologia, 1994, 277(2): 71-84。

[49]Meyers PA, Ishiwatari R. Lacustrine organic geochemistry — an overview of indicators of organic matter sources and diagenesis in lake sediments.OrganicGeochemistry, 1993, 20(7): 867-900。

[50]庞晓宇, 吴静汇. 夏季巢湖叶绿素a的时空分布特征研究. 环境科技, 2013, 26(6): 1-4。

[51]潘成荣, 汪家权, 郑志侠等. 巢湖沉积物中氮与磷赋存形态研究. 生态与农村环境学报, 2007, 23(1): 43-47。

[52]王娜, 徐德琳, 郭璇等. 太湖沉积物微生物生物量及其与碳、氮、磷的相关性. 应用生态学报, 2012, 23(7): 1921-1926。

[53]Diaz RJ, Rosenberg R. Spreading dead zones and consequences for marine ecosystems.Science, 2008, 321(5891): 926-929。

[54]李青芹, 霍守亮, 昝逢宇等. 我国湖泊沉积物营养盐和粒度分布及其关系研究. 农业环境科学学报, 2010, 29(12): 2390-2397。

[55]王小雷, 杨浩, 顾祝军等. 抚仙湖沉积物中营养盐和粒度垂向分布及相关性研究. 环境工程技术学报, 2014, 4(5): 353-360。

[56]Harriague AC, Misic C, Petrillo Metal. Stressors affecting the macrohenthic community in Rapallo Harbour(Ligurian Sea, Italy).ScientiaMarina, 2007, 71(4): 705-714。

[57]Dell'anno A, Pusceddu A, Langone Letal. Biochemical composition and early diagenesis of organic matter in coastal sediments of the NW Adriatic Sea influenced by riverine inputs.ChemistryandEcology, 2008, 24(1): 75-85。

[58]姜霞, 王书航, 钟立香等. 巢湖藻类生物量季节性变化特征. 环境科学, 2010, 31(9): 2056-2062。

[59]孔繁翔, 高光. 大型浅水富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理的思考. 生态学报, 2005, 25(3): 589-595。

[60]Rabouille S, Salencon MJ. Functional analysis of Microcystis vertical migration: a dynamic model as a prospecting tool. II. Influence of mixing, thermal stratification and colony diameter on biomass production.AquaticMicrobialEcology, 2005, 39(3): 281-292。

[61]Gómez-Erache M, Vizziano D, Muniz Petal. The health of the Río de la plata system: Northern Coast, Uruguay. In: Chopin T, Wells PG eds. Opportunity and challenges for protecting, restoring and enhancing coastal habitats in the Bay of Fundy. Proceedings of the Fourth Bay of Fundy Science Workshops, Saint John, New Brunswick. Environment Canada, Atlantic Region. Occasional Report N° 17. Environment Canada, Darmouth, Nova Scotia, 2001。

[62]Baldi F, Marchetto D, Pini Fetal. Biochemical and microbial features of shallow marine sediments along the Terra Nova Bay(Ross Sea, Antarctica).ContinentalShelfResearch, 2010, 30(15): 1614-1625。

[63]刘菲菲. 巢湖藻源性有机物释放特征及控制[学位论文]. 南京: 中国科学院南京地理与湖泊研究所, 2014。

[64]Pusceddu A, Dell'anno A, Fabiano Metal. Quantity and bioavailability of sediment organic matter as signatures of benthic trophic status.MarineEcologyProgressSeries, 2009, 375: 41-52。

[65]Pusceddu A, Gambi C, Zeppilli Detal. Organic matter composition, metazoan meiofauna and nematode biodiversity in Mediterranean deep-sea sediments.DeepSeaResearchPartⅡ:TopicalStudiesinOceanography, 2009, 56(11/12): 755-762。

[66]Albertelli G, Covazzi-Harriague A, Danovaro Retal. Differential responses of bacteria, meiofauna and macrofauna in a shelf area(Ligurian Sea, NW Mediterranean): role of food availability.JournalofSeaResearch, 1999, 42(1): 11-26。

[67]Pusceddu A, Fraschetti S, Mirto Setal. Effects of intensive mariculture on sediment biochemistry.EcologicalApplications, 2007, 17(5): 1366-1378。

[68]Duros P, Fontanier C, Metzger Eetal. Live(stained)benthic foraminifera in the Whittard Canyon, Celtic margin(NE Atlantic).DeepSeaResearchPartⅠ:OceanographicResearchPapers, 2011, 58(2): 128-146。

[69]郑金秀, 彭祺, 张甲耀等. 藻类产生及清除过氧化氢的研究. 微生物学杂志, 2006, 26(6): 80-84。

[70]李键, 陈敬安. 湖泊沉积物硅藻提纯方法. 地球与环境, 2007, 35(1): 91-96。

[71]刘娟, 段昌兵, 唐红渠等. 沉积物硅藻提纯方法的优化. 生态科学, 2013, 32(6): 763-768。

[72]范帆, 李文朝, 柯凡. 巢湖市水源地铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)藻团粒径时空分布规律. 湖泊科学, 2013, 25(2): 213-220. DOI 10. 18307/2013. 0206。

[73]黄维. 一种新型蓝藻清除机械的除藻机理及除藻试验研究[学位论文]. 长沙: 湖南农业大学, 2009。

[74]叶云, 刘文汇, 腾格尔等. 巢湖蓝藻腐殖化过程中形态与成份变化研究. 微体古生物学报, 2012, 29(2): 152-160。

J.LakeSci.(湖泊科学)， 2016， 28(1)： 40-49

©2016 byJournalofLakeSciences

Characteristics and distribution of biodegradable compounds of surface sediments in Lake Chaohu

HE Yanzhao1,2, KE Fan1**, FENG Muhua1, LI Wenchao1, CHEN Xiangchao1,2& ZHOU Feng3

(1：StateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment,NanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,P.R.China)

(2：UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,P.R.China)

(3：CollegeofUrbanandEnvironmentalScience,NorthwestUniversity,Xi’an710127,P.R.China)

Abstract：In eutrophic lakes large amount of algae detritus fall down to the lake bottoms every year. Dissolved oxygen in water would be consumed rapidly by labile compositions during degradation and transformation of the organic detritus, which can easily cause water hypoxia, affecting the health of lake ecosystem. Throughout the 4 seasons of 2014, 12 sampling sites for collected from surface sediments in Lake Chaohu were chosen to study the biodegradable organic components. In order to study characteristics of the labile components within the detritus and the distribution in the lake, source of organic matter, TOC, PRT, CHO, LPD and BPC contents in the samples were analyzed. Results have shown that the content of organic matter of surface sediments in Lake Chaohu is high, the average content reached 1.24%. BPC content accounts for 30.99% to 60.48% of TOC. The biodegradable organic components were relatively high, which accumulated obviously in northwestern Chaohu in winter and summer. The organic matter and biodegradable parts of surface sediments mainly adsorbed on the particle size of 4-8μm, so that the particles ranged from 4-8μm should be concerned when we use engineering measures to deal with excess organic matter in surface sediments。

Keywords：Lake Chaohu; surface sediments; organic matter; biodegradable compounds

通信作者何延召1,2，柯凡1*; E-mail: fke@niglas.ac.cn.，冯慕华1，李文朝1，陈向超1,2，周峰3

基金项目收修改稿.何延召(1988～)，男，硕士研究生; E-mail：wyyzhhe@163.com。

DOI10.18307/2016.0105