發(fā)布時(shí)間：2020-04-14 09:52

【摘要】：蚌湖是鄱陽湖邊緣的一個(gè)自然小湖泊，蚌湖緊鄰贛江、修河和鄱陽湖西北部水域，枯水期水位低落蚌湖因天然堤壩與它們隔離成為獨(dú)立封閉湖泊；豐水期贛江、修河、鄱陽湖水位上漲，水體逐漸越過堤壩進(jìn)入蚌湖并逐漸連成一片水域。正是這種河流-湖泊系統(tǒng)的水文連通性控制著湖泊的水位變化，使得蚌湖水源在不同水位期存在差異，隨之運(yùn)移而來的營養(yǎng)鹽、陰陽離子、微量元素等也存在差異，表現(xiàn)在湖泊水體、沉積物、水生植物的元素和同位素對(duì)環(huán)境變化產(chǎn)生響應(yīng)。 本研究以蚌湖為主線，通過陰陽離子濃度、氫氧穩(wěn)定同位素、無機(jī)氮穩(wěn)定同位素分析蚌湖與贛江、修河水體交換情況；探討水位變化對(duì)蚌湖水體理化參數(shù)的影響，并利用碳氮穩(wěn)定同位素技術(shù)判斷無機(jī)氮和顆粒有機(jī)質(zhì)的來源以及對(duì)水位變化產(chǎn)生的響應(yīng)；揭示蚌湖在不同水位條件下污染物擴(kuò)散殘留機(jī)制；并對(duì)比研究不同生態(tài)類型湖泊蚌湖（自然湖泊）及象湖（城市湖泊）的沉積物重金屬元素的污染特征及潛在危害、無機(jī)氮及有機(jī)質(zhì)碳氮穩(wěn)定同位素特征與來源分析。 （1）不同生態(tài)類型湖泊重金屬污染及其潛在危害存在差異：蚌湖表層沉積物5種重金屬的平均濃度順序?yàn)镃uZnPbCrCd，污染程度較低，Cd污染平均值達(dá)到土壤環(huán)境質(zhì)量三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；Cu的含量隨年代的分布情況與沿湖的工業(yè)發(fā)展有較密切的聯(lián)系。象湖表層沉積物污染最嚴(yán)重的是Cd；各點(diǎn)重金屬的平均濃度順序?yàn)閆n＞Pb＞Cu＞Cr＞As＞Cd，城市湖泊Pb的污染不容忽視。兩湖泊重金屬濃度在深度上分布呈鋸齒狀，蚌湖重金屬隨深度增加濃度降低，而象湖不如蚌湖明顯。 （2）蚌湖、贛江、修河存在水體交換：蚌湖在水位上漲時(shí)期和贛江、修河的陰陽離子濃度、氫氧同位素差別不大，且蚌湖范圍更寬，這是由于水位上漲時(shí)期蚌湖受納了贛江、修河的水體，可能還有其它水源輸入如鄱陽湖。而枯水期蚌湖與贛江、修河的陰陽離子濃度、氫氧穩(wěn)定同位素差異很大，表明蚌湖枯水期是個(gè)獨(dú)立湖泊。 蚌湖、贛江、修河無機(jī)氮穩(wěn)定同位素的分析也可以反映蚌湖與兩條河流水體交換情況�？菟诎龊䶮o機(jī)氮穩(wěn)定同位素均為負(fù)值，而贛江修河無機(jī)氮穩(wěn)定同位素均為正值，表明枯水期蚌湖與贛江、修河沒有水體交換。平水期（水位上漲階段）蚌湖無機(jī)氮穩(wěn)定同位素與兩條河流無機(jī)氮穩(wěn)定同位素相近，同為正值，表明蚌湖水與兩河流水體有交換。豐水期蚌湖、贛江、修河的氨氮穩(wěn)定同位素都較負(fù)，主要來源于流域較多的雨水氨氮源，硝氮主要來源于雨水徑流帶入的農(nóng)業(yè)氮源。平水期（水位退落階段）蚌湖硝氮穩(wěn)定同位素為負(fù)值與兩河流相反，表明蚌湖水體是豐水期的滯留水體，兩河流水可能沒有進(jìn)入蚌湖交換，而且蚌湖的硝化作用較強(qiáng)。 （3）水位變化對(duì)蚌湖水樣δ15N-NH4+、δ15N-NO3-有較大影響：蚌湖水樣δ15N-NH4+、δ15N-NO3-在不同月份不同水位變化較大，不同水位條件下蚌湖無機(jī)氮穩(wěn)定同位素都存在顯著性差異，反映不同水位水體來源不同，豐水期和平水期（水位上漲）的水源是河流水和雨水，平水期（水位退落）和枯水期是豐水期的滯留水，同時(shí)湖泊內(nèi)部的氨化硝化作用也很強(qiáng)。 （4）有機(jī)質(zhì)C和N同位素組成及C/N指示不同水位和季節(jié)有機(jī)質(zhì)的來源和遷移：蚌湖季節(jié)性水位變化是影響C和N循環(huán)的主控因素，從而影響湖體有機(jī)質(zhì)C和N穩(wěn)定同位素組成及C/N，反映不同水位有機(jī)質(zhì)來源不同。 1）懸浮顆粒有機(jī)質(zhì)（SPM）：SPM的13C豐水期相對(duì)富集（δ13C=-27.5‰～-23.1‰），平水期（水位退落階段）13C相對(duì)虧損(δ13C=-29.7‰～-26.8‰)，枯水期δ13C=-31.7‰～-27.3‰，平水期（水位上漲階段）13C最虧損（δ13C=-35.4‰～-30.8‰）與各水位有顯著性差異。SPM的C/N隨水位升高而有輕微的上升趨勢，大部分樣品C/N大于7。豐水期SPM主要來源于外源土壤有機(jī)質(zhì)和水生植物碎屑；平水期（水位退落）湖泊的水生生物碎屑是SPM主要組成�？菟陲L(fēng)浪引起的沉積物再懸浮是SPM重要組成。 2）表層沉積物（SOM）：SOM的δ13C隨水位和季節(jié)不同而顯著變化。SOM的δ13C在冬春季枯水期（δ13C=-30‰～-25.5‰）與夏秋季（δ13C=-26.5‰～-24‰）有顯著差異。SOM的C/N變化很大，豐水期和平水期（水位退落階段）C/N為2～3.5之間，比枯水期C/N為6.5～10.2和平水期（水位上漲階段）C/N為5.7～9.2低很多，它們之間有顯著性差異。豐水期SOM可能以自身礦化分解為主，SPM對(duì)SOM有一定貢獻(xiàn)；平水期（水位退落階段）和枯水期SOM主要由衰敗的水生植物貢獻(xiàn)并且在沉降過程中降解；平水期（水位上漲階段）可能是外來水源對(duì)表層沉積有沖刷作用而使δ13C比枯水期升高很多，外來土壤有機(jī)質(zhì)和水生植物碎屑對(duì)SOM沒有貢獻(xiàn)。 3）水生植物的δ13C的變化主要是季節(jié)變化：在夏季13C相對(duì)富集（δ13C=-29.2‰～-23.2‰），而在秋冬春季δ13C范圍在-29.5‰～-27‰之間。水生植物的C/N在春夏季高（9.6～16.4），而秋冬季C/N是8～10。水生植物C和N循環(huán)主要受季節(jié)性的湖泊內(nèi)部生物地球化學(xué)過程控制，在不同季節(jié)由于光照、溫度不同，植物的光合作用、呼吸作用占主導(dǎo)地位的不同而引起同位素分餾。有機(jī)質(zhì)顆粒（POM）的δ15N隨水位變化不大，主要是季節(jié)變化。 （5）不同生態(tài)類型湖泊無機(jī)氮和有機(jī)質(zhì)碳氮穩(wěn)定同位素差異及來源分析：根據(jù)水體無機(jī)氮δ15N和有機(jī)質(zhì)δ13C、δ15N及有機(jī)C/N可以大致識(shí)別兩湖泊無機(jī)氮和有機(jī)質(zhì)來源。蚌湖水體無機(jī)氮（DIN）含量低，象湖DIN含量高。蚌湖水體無機(jī)氮的δ15N偏負(fù)，表現(xiàn)為雨水和農(nóng)業(yè)肥料氮污染。象湖水體δ15N-NH4+分布范圍大，兩污染點(diǎn)δ15N-NH4+值分別為+13.5‰和+25.4‰，表現(xiàn)為污水輸入特征，δ15N-NO3-變化主要是湖泊內(nèi)部的生物地球化學(xué)過程分餾所致。蚌湖表層沉積物、大型浮葉植物δ15N差別不大，結(jié)合δ13C、有機(jī)C/N可以推斷水生植物是蚌湖有機(jī)質(zhì)的主要來源。象湖表層沉積物δ15N、有機(jī)C/N分布范圍大，δ15N在+3.6‰～+8.3‰之間，有機(jī)C/N在2.6～10.8之間，表明城市湖泊污染有機(jī)質(zhì)來源廣泛，兩污染點(diǎn)表現(xiàn)為廢水污物有機(jī)質(zhì)輸入特征。
【圖文】：

圖 1.2 生態(tài)系統(tǒng)中 δ13C 的分布與同位素分餾，箭頭上的數(shù)字表示分餾（Δ, ‰）Figure 1.2 the distribution of δ13C and C isotopic fractional in the ecosystem在 N 的循環(huán)中，會(huì)有一些大的分餾如有機(jī)質(zhì)在土壤中的降解會(huì)增加 δ15N -10‰，硝化與反硝化作用在海洋中分餾效應(yīng)為 Δ = 10 - 40‰，，而其中的硝酸鹽游植物同化會(huì)產(chǎn)生 Δ = 4 - 8‰的分餾效應(yīng)。

有差異較大的 δ13C 值，C3的 δ13C 值平均-28‰，而 C4的 δ13C 值平均-13‰[101]圖 1.2 生態(tài)系統(tǒng)中 δ13C 的分布與同位素分餾，箭頭上的數(shù)字表示分餾（Δ, ‰）Figure 1.2 the distribution of δ13C and C isotopic fractional in the ecosystem在 N 的循環(huán)中，會(huì)有一些大的分餾如有機(jī)質(zhì)在土壤中的降解會(huì)增加 δ15N 值5-10‰，硝化與反硝化作用在海洋中分餾效應(yīng)為 Δ = 10 - 40‰，而其中的硝酸鹽被浮游植物同化會(huì)產(chǎn)生 Δ = 4 - 8‰的分餾效應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X524

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2627171