近百年太湖梅梁湾湖区有机质和氮的来源.docxVIP

近百年太湖梅梁湾湖区有机质和氮的来源 通过研究湖泊沉积物中有机养分、氮、磷等养分的垂向分布和历史来源，有助于深入分析湖泊系统污染的来源特征。碳和氮稳定的联合技术是在水环境中识别有机质和氮来自自然界和人类活动的有力手段。早在20世纪70年代开始,Stuiver等就将碳同位素技术应用于湖泊沉积物的研究,并取得了一系列重大突破。氮同位素的研究起步较晚,目前氮同位素已被作为湖泊营养状态的一项代用指标引起了广泛的关注。近20a,我国学者也开始将碳、氮同位素技术广泛应用于海洋、河流和湖泊等初级生产力变化、营养物质示踪等的研究中,并积累了宝贵的经验。虽然同位素技术能够较好的示踪有机质和氮素的来源,但在应用中仍需要结合其它技术、理化指标进行分析。Ehleringer,Wynn等研究认为,细菌分解会影响碳同位素值的变化,Wada等认为氮同位素会受到成岩作用影响导致氮同位素值的分馏。 太湖是我国第三大淡水湖,对周边居民的生产、生活起着至关重要的作用。但近几十年来,由于受到人类活动的干扰加剧,使得湖区水体富营养化程度加重,直接影响到当地的生态平衡。大量的研究工作者针对其富营养化进行了不同内容的研究,其中,林琳,吴敬禄运用同位素技术,重点探讨了太湖初级生产力和环境的变迁;Amy,Mark等研究了不同季节、不同污染物的影响下太湖沉积物硝态氮的同位素组成特征,结果表明夏季降雨和城镇人类活动造成的污染物对其影响作用较大;曾海鳌等在研究陆源不同土地利用类型的土壤对太湖河口沉积物有机质贡献的示踪中研究发现陆源的贡献大约占到70%—80%,且离岸越远贡献越小。本文通过运用碳、氮稳定同位素技术和年代鉴定手段,结合太湖富营养化历史演变过程,深入探讨了太湖梅梁湾和湖心沉积物中不同历史时期有机碳和氮的来源以及不同的来源所对应的湖泊富营养化演变过程,揭示了营养盐在湖泊不同生态类型区域沉积过程中所引起的湖泊内部环境变化,为进一步利用稳定同位素技术分析湖泊沉积物有机质来源和水生生态系统营养状况评价提供理论依据。 1 样品的选择和分析 1.1 水华规划下区域发展现状 太湖湖区众多,各湖区生态环境差异较大。梅梁湾位于太湖北部,受到人类活动的干扰较为明显,近年来,人类活动导致湖区内部环境发生较大的变化,目前该区域已经属于太湖重富营养化湖区,水华暴发频繁。据调查结果显示,近20a来,几乎每年都会有蓝藻水华暴发,严重影响着湖区周边居民的生产、生活水平,以及湖泊的生态环境自我调节能力。湖心相对远离人类生活生产区,但近年来也出现了不同程度的富营养化,甚至局部观察到水华现象。 1.2 样品的采集和分析 1.2.1 抗沉积抗污染物的采集 样品的采集于2007年11月,分别在太湖梅梁湾(120°11′29″E,31°30′46″N)、湖心(120°08′38″E,31°06′59″N)2个点位利用自制的柱状采样器采集沉积柱状样品。沉积物样品现场按1cm间距分层,共分为44cm,经过密封、冷冻后,带回实验室进行真空冷冻干燥,一部分研磨,用于测定有机碳、总氮含量和有机碳、氮同位素组成(由于样品数量问题,0—10cm按1cm分层,10cm以下按2cm分层),一部分用于210Pb和137CS年代的测定(按2cm分层)。 1.2.2 反应h 将柱状样沉积物样品取适量放入烧杯中,加入适量浓度为1mol/L的稀盐酸反应24h,除去碳酸盐。然后反复用蒸馏水冲洗样品至pH值为中性,而后将样品烘干、研磨、100目过筛,取1g左右,用元素分析仪(Vario MACRO型)测定总有机碳和总氮含量,并且计算有机碳与总氮的比值 (C/N)。 1.2.3 气体质谱mat-1332 有机碳、氮同位素在中国林业科学研究院稳定同位素比率质谱实验室测得,采用熔封石英高温燃烧法(Buchanon Corcoran, 1959),产生的CO2和 N2,通过气体质谱仪MAT-2252测定。有机碳、氮同位素分析的13C/12C与15N /14N分别对应国际标准PDB与大气中的N2,以国际纤维素标样 IAEA-C3(δ13C=-24.91‰),标准 KNO3(δ15N=1.92‰)为参考标准,分析误差0.10‰。计算公式为: δ13C,δ15N (‰)=(R样品/R标准–1) ×1000 式中,R=13C/12C或15N /14N) 1.2.4 样品和分析方法 210Pb、137Cs用γ分析方法对样品进行无损坏的多种核素同时直接测定。分析样品为一定量的研磨、过100目孔筛的干沉积物样品。用美国EGGOrtec公司生产的由高纯锗井型探测器(Ortec HPGe GWL)与Ortec 919型谱控制器和IBM微机构成的16k道多道分析器所组成的γ谱分析系统进行核素测定。137Cs和226Ra标准样品由中国原子能研究院提供;210Pb标准样品由