洱海上覆水溶解性有机氮特征及其与湖泊水质关系

李文章,张 莉,王圣瑞*,肖尚斌,李艳平,钱伟斌,5,李秋材,5,席 银,



洱海上覆水溶解性有机氮特征及其与湖泊水质关系

李文章1,2,3,4,张 莉2,3,4,王圣瑞1,2,3,4*,肖尚斌1,李艳平2,3,钱伟斌2,3,5,李秋材2,3,5,席 银1,2,3

(1.三峡大学,水利与环境学院,湖北 宜昌 443002；2.中国环境科学研究院,环境基准与风险评估国家重点实验室,北京 100012；3.中国环境科学研究院,国家环境保护湖泊污染控制重点实验室,北京 100012；4.云南省高原湖泊流域污染过程与管理重点实验室,云南 大理 671000；5.桂林理工大学环境科学与工程学院,广西 桂林 541004)

研究了洱海上覆水溶解性有机氮(DON)含量及空间分布,利用三维荧光和紫外光谱技术分析了其结构组分特征,探讨了DON与湖泊水质间关系.结果表明:2014年洱海上覆水DON含量在0.08~0.33mg/L之间,全年平均为0.18mg/L,时间分布为春季>夏季>秋季>冬季,空间分布呈南部>北部>中部的趋势,垂向分布呈中层>表层>底层的趋势.洱海上覆水DON腐殖化程度较高,取代基中羰基、羧基、羟基、酯等含量较少,主要以脂肪链为主;在0.84~1.19之间(平均值0.94),荧光指数FI值在之间(平均值为1.63),表明洱海上覆水DON受陆源输入和内源生物代谢共同影响;另外,洱海上覆水DON主要组分为腐殖质类物质(平均61.82%),且在0~2m各荧光组分转化量最大,其类蛋白成分始终小于20%.洱海上覆水DON和溶解性总氮(DTN)呈极显著正相关(=0.949,<0.01),类蛋白物质与类腐殖质比值((I+II,n)/(III+V,n))与TN、DTN和SRP呈显著正相关(=0.467~0.552,<0.05),表明上覆水DON含量在一定程度上可以指示洱海水质状况,特别是其类蛋白物质含量能较好的指示其水质状况,即类蛋白物质含量越高,上覆水体氮磷含量越高.

洱海；上覆水；溶解性有机氮；三维荧光；FRI

溶解性有机氮(DON)是水体溶解性有机物(DOM)的重要组成部分[1],由含氮功能团组成,容易与其他物质结合形成衍生物而影响水体[2]. DON是微生物和浮游植物的氮来源之一[2-3],当水华爆发时,DON可直接或间接地成为水华藻类繁殖的主要氮来源,同时DON含量及占总氮比例大幅增加[3].DON是水生态系统(如湖泊,河流,河口和海水表层)溶解性总氮(DTN)的重要组分(20%~90%)[4].研究发现10%~70%的DON能够直接被微生物利用[5],即DON含量及组成特征能在一定程度上反映湖泊水质状况.

研究表明,紫外和荧光光谱能有效表征有机物结构组分[6],尤其是三维荧光光谱能够鉴别痕量的有机组分[7].三维荧光光谱能够对水环境中溶解性有机物的识别和解析,已经广泛地运用于湖泊、河流和海洋等不同水体的监测评价[8-10].寻峰法是常见的光谱分析方法,其将荧光光谱在激发和发射波长处出现波峰位置进行分类,通过判断荧光峰出现的位置分析DON荧光组分[11].寻峰法只考虑了荧光图谱中的几个峰值点,有些荧光峰可能会由于叠加,导致荧光基团的识别不准确,不能反映荧光光谱的完整的信息[12].古励等[16]研究表明,荧光区域体积积分(FRI)能够最大限度的使用荧光光谱信息,定量分析荧光组分特性.

洱海是云南第2大高原湖泊,目前水质较好,总氮和总磷符合地表水环境质量标准(GB3838- 2002)Ⅱ~Ⅲ类水标准;洱海虽然总氮含量较低,但其溶解性有机氮(DON)所占的比例较高,约占33.2%~67.1%(平均48.5%),即使在氮磷含量较低的情况下,对洱海富营养化很可能具有较大风险[14].目前针对洱海有机氮的研究主要集中在沉积物有机氮形态及释放等方面[15],而针对洱海上覆水DON含量及结构组成及其与水质间关系方面的研究较少.

本研究选取2014年洱海代表性点位,对上覆水进行分层取样,研究洱海上覆水DON含量分布特征,分析其影响因素;并利用紫外可见吸收光谱和三维荧光光谱对其结构组分表征,探究洱海上覆水DON含量及组分特征与水质指标间关系,分析洱海上覆水DON含量及组分变化特征,旨在为洱海水环境保护和治理提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 研究区概况及样品的采集

洱海流域面积为2565km2,(99°32′E~ 100°27′E,25°25′N~26°16′N)北部的弥苴河、永安江和罗时江为洱海流域的主要湖水来源,约占洱海流域的60%;中部入湖河流主要为苍山十八溪,河流众多,入湖流量约占洱海的30%;南部主要为波罗江流入洱海,波罗江流域也是最受人类活动影响的区域.于2014年春夏秋冬四季,分别于4月,7月,10月和1月采样,其中秋季补采一次9月份的样品.根据洱海地形特征,选取了具有代表性的8个点位(具体点位见图1),北部3个点位(EH19,EH46和EH73),中部2个点位(EH105和EH117),南部3个点位(EH132, EH142和EH209),其中北、中、南各取一个典型点位(EH73,EH105, EH142)进行分层取水,其中表层水取水面以下0.5m,水面以下2~4m为中间层,水面以下6~8m为底层水.具体采样点布置如图1所示,所采集的水样经燃烧过的玻璃纤维滤膜(450℃燃烧3h, Whatman)过滤,收集滤液,样品采集后在4℃处避光保存,以备后续实验工作.

1.2 表征方法

1.2.1 紫外-可见光谱 DON光谱的全扫描使用1cm的石英比色皿用分光光度计测定(哈希,美国),其扫描的波长范围200~700nm.SUVA254值是样品在波长为254nm时,由紫外分光光度计测得的吸光度值放大100倍后与DOC浓度的比值,可间接反映DON芳香性,且该值的大小与DON芳香性呈现正相关性[16-17].253/203的值表示253nm处吸光度与203nm吸光度的比值.253/203值可作为反映取代基含量的指标[18].2/3和4/6的值分别表示250nm处与365nm处吸光度和465nm处与665nm处吸光度的比值,2/3和4/6能够间接反映DON腐殖化程度、芳香度和分子量之间的关系[19-20].

1.2.2 三维荧光光谱 用日立F-7000荧光光谱分析仪(日立,日本)测定3D荧光光谱,光电倍增管电压设定在700V.以Milli-Q水为空白,激发和发射波长同时以5nm的间隔进行扫描,扫描范围分别为200~450nm和250~600nm.激发和发射光单色器狭缝宽度均为10nm,扫描的速度为2400nm/ min.荧光指数( FI )为激发波长在370nm时,荧光光谱中450nm和500nm处荧光强度比值,记为f450/500可用来区别有机质的来源[21].自生源指标(BIX)为在310nm激发波长下,发射波长380nm与430nm处荧光强度的比值,该值大于1表明有机物主要由内源产生[22].使用荧光光谱区域体积积分分析法(FRI)对EEM光谱进行定量分析[13].

1.3 分析方法

DOC的含量通过TOC分析仪(Shimadzu TOC-5000, Japan)测定,SRP用钼锑抗法测定.上覆水总氮(TN)和溶解性总氮(DTN)采用碱性过硫酸钾氧化法(GB11894-89)测定,氨氮(NH4+-N)采用纳氏试剂光度法测定,硝氮(NO3--N)采用盐酸-氨基磺酸紫外分光光度法测定(HJ/T346- 2007),每个样品测定3个平行样,取平均值,DON使用差减法测定,为TDN与NH4+-N和NO3--N的差值.叶绿素a(Chl-a)采用丙酮提取,紫外分光比色的方法测定,脲酶采用比色法测定.使用Matlab 2007处理荧光数据,SPSS 19.0 用于不同参数间的相关性分析.

2 结果与讨论

2.1 洱海上覆水DON含量及分布特征

2.1.1 洱海上覆水DON含量季节性变化 2014年洱海全湖DON含量0.08~0.31mg/L(图2),呈现春季(0.28)>夏季(0.24)>秋季(0.20)>冬季(0.12)的趋势,全年平均为0.18mg/L.冬季外源输入DON量较少,加之水温较低,微生物代谢缓慢,由内源形成的DON较少,使得冬季上覆水DON含量在一年中最低;而春季微生物活性逐渐增强,内源释放量增加,且人类活动使得外源输入增多,故春季上覆水DON含量最高.夏季易受外界影响,特别是夏季光强较大和降雨较多[23],较多的污染物随雨水进入到洱海,可能对研究结果产生一定的波动,夏季微生物和藻类活性最高,消耗和代谢都有很大程度的增强,DON迁移转化量较大;秋季特别是9月份水体氮含量最高[24],微生物和藻类功能代谢趋于稳定稳定,便于进行研究,代谢较夏季有一定程度的减弱,其DON含量略低于夏季.

2.1.2 洱海上覆水DON含量的区域分布特征 洱海DON含量为0.12~0.33mg/L(图3),远低于长江中下游其他富营养化湖泊,如太湖约1.435mg/L[25],鄱阳湖约0.42mg/L[26],洞庭湖约0.85mg/L[27],表明洱海上覆水营养水平较低.洱海表层上覆水DON平均含量为0.205mg/L,中层为0.214mg/L,底层为0.195mg/L,即中层>表层>底层;整体为南部>北部>中部,洱海不同层次DON含量南北分布一致.南部主要为波罗江汇入洱海,其DON平均浓度为0.29mg/L,中部苍山十八溪DON平均浓度为0.13mg/L,北部永安江、弥苴河DON平均浓度为0.27mg/L,与外源入湖河流DON含量特征相一致,表明洱海DON含量与来源有较大关系.总体来说,外源输入对洱海整体影响比较明显,不同混合层规律性较为明显,整体呈现表底层DON含量低,混合中层高,且洱海沉积物DON南中北释放速率较为一致.

2.1.3 洱海上覆水DON含量的垂向变化 洱海上覆水DON含量及垂向变化趋势如图4所示,北部湖区DON含量为0.16~0.24mg/L,DON含量呈现表层和底层浓度低,中间水层浓度高的趋势,为高浓度沉积物中营养盐向上扩散和外源输入向下沉积的共同结果;中部区域DON含量为0.14~0.23mg/L,其表层DON浓度最高,底层DON浓度最低,随着深度增加,在0~4m内DON浓度大幅降低,说明洱海中部湖区DON受浮游动植物和微生物影响较大,动植物或微生物在凋亡之后随水流在一部分南部聚集,另一部分赋存于沉积物中;南部区域DON含量为0.24~0.27mg/L,其中表层水DON浓度最大,底部最小,洱海南部靠近居民生活区,生活废水和企业污水排入波罗江,导致洱海南部湖区表层DON浓度非常高,微生物可降解量较大,随着水深的增加,在表中层DON基本呈现线性降低,在南部湖区污染物向中北湖区转移较为困难,环境容量较低,更应该控制污染输入.

2.2 洱海上覆水体DON结构特征

2.2.1 DON紫外特征 洱海上覆水全年DON紫外光谱253/203指数变化在0.23~0.28之间(平均值0.26),表明洱海上覆水DON中芳香环取代基较少,主要以脂肪链为主,且取代基数量随季节变化不明显[28].DON紫外光谱指数空间变化见表1,可见洱海南部、中部、北部湖区253/203指数差别不大,平均值分别为0.270、0.274及0.272,表明洱海表层水DON芳香环取代基中羰基、羧基、羟基、酯类含量较少,以脂肪链为主,DON结构较为稳定,不利于微生物吸附降解.

洱海上覆水SUVA254值在0.63~1.52之间,结果表明洱海DON芳香度易受季节性变化影响,其中冬季的腐熟度最低(平均0.89),秋季的腐熟度最高(平均1.27),这与微生物和藻类凋亡有较大的关系,夏季藻类丰长,而秋季藻类逐渐凋亡形成较多的有机质[29].洱海上覆水DON的SUVA254值在0.632~0.840之间(平均值0.745),其中北部约为0.716,中部约为0.827,南部约为0.719,远小于3,DON主要组分为亲水性物质[30].洱海北部湖区永安江、弥苴河来水SUVA254的值约为2.05,中部苍山十八溪来水SUVA254的值约为1.7,南部波罗江水体SUVA254的值为1.38,这都高于洱海上覆水SUVA254的值,但低于洱海间隙水的SUVA254的值,入湖河流水体芳香度高,而上覆水体芳香度低,表明洱海污染物被微生物、藻类吸附降解,凋亡后向下层水体富集,赋存于沉积物中.洱海北部区域芳香度(SUVA254表示)在垂直方向上先增加,后减少,在2m处达到最大值(0.76),后随着水深的增加逐渐减小;洱海中部区域芳香度整体趋势为先增大后减小,在4m处达到最大(0.91),但在最大值两端均有一个极小值,后随着水深的增加逐渐减小;洱海南部区域总体趋势也是先增加后减小,由于南部水质比较复杂,影响因素较多,表层4m内波动较大,随着水深的增加,芳香度增加,在6m处达到最大值(0.77) ,而洱海水生浮游植物一般存在于0~4m,说明该区受微生物和动植物影响较大.

表1 洱海上覆水DON紫外光谱指数Table 1 Characteristic values of UV-visible absorption spectra in Erhai Lake

紫外光谱指数2/3和4/6值的大小能间接反映DON的分子量大小,/和4/6越高,相对分子质量越小,腐殖化程度越低,聚合度越低[20].洱海上覆水2/3和4/6值,均为冬季最小(4.34和0.7),夏季最高(6.55和1.50),秋季(6.55和1.47)略低于夏季.表明洱海夏季上覆水DON分子量最小,腐殖化程度最低,而冬季分子量最大,腐殖化程度最高.这与微生物活性和藻类代谢有较大关系,夏季活性最高,能利用较多大分子DON,而冬季代谢就较为缓慢.

由表1可知,洱海北部区域2/3的平均值为7.31(6.36~9.00),波动较大;洱海中部区域E2/E3的平均值为8.03(5.39~16.00),在4m处达到最大值16.00;洱海南部区域2/3的平均值为8.60(5.39~ 13.80),在4m处达到最大值13.80.总体来说,洱海北部区域的相对分子量,腐殖化程度,聚合度最高;中部次之;南部最低.洱海北部主要受弥苴河、永安江和罗世江3条入湖河流的影响,入湖流量大,浮游动植物和微生物的吸附降解尚不完全,故湖水DON分子量由北至南总体呈现递减趋势,其主要受上覆水来源影响.

垂向南部和中部湖区在4m处,2/3均出现一个最大值,表明该层面DON分子量最小,聚合度最低,而4m以下基本无浮游动植物,这表明浮游动植物对DON分子量的分布有较大影响.北部湖区在水下4m处无明显变化,这是由于北部湖区入湖河流流量较大,在纵向方向混合较为均匀的结果.洱海南部主要受波罗江来水的影响,该河段受城镇人口影响较大,同时受北中部湖区污染物的转移富集,成分较为复杂,所含微生物种类丰富,易对水体产生一些不确定性的作用.

2.2.2 三维荧光光谱特征 荧光指数FI(450/500)可用来区别有机质的来源,其中陆源DON和微生物来源DON的2个端源FI值分别为1.4和1.9[31].自生源指数(BIX)大于1时,间接表明DON主要来自内源代谢,而介于0.6~0.7时,表明主要为陆源输入,即受入湖河流水质和人为活动等因素影响较大[22].

由表2可知,洱海上覆水DON荧光指数FI值全年变化在1.58~1.66,表明洱海上覆水DON同时受外源输入和内源(沉积物释放)共同影响,即内源和外源污染均需要控制.洱海上覆水DON的自生源指数BIX区域分布在0.84~1.19之间(平均值0.94),表明洱海上覆水DON主要受陆源和内源微生物共同作用,这与FI指数反映的结果相一致,表明洱海水质的控制要注意内源释放,同时限制外源输入.

表2 洱海上覆水DON荧光指数Table 2 Fluorescence index of DON in the overlying water in Erhai Lake

将三维荧光光谱分为5个区域,其中区域I和II所在范围分别为x/m=(200~250)nm/(260~ 320)nm和x/m=(200~250)nm/(320~380)nm,其中区域Ⅰ和Ⅱ主要代表有机物类型为色氨酸和酪氨酸等简单芳香蛋白类物质[32];区域 III和 IV 所在范围分别为x/m=(200~250)nm/(>380)nm和x/m=(250~450)nm/(260~380)nm,区域Ⅲ主要代表类富里酸、酚类、醌类等有机物质,而区域Ⅳ主要代表溶性微生物代谢产物[33];区域V所在范围x/m=(250~450)nm/(>380)nm,区域Ⅴ代表腐殖酸、类胡敏酸、多环芳烃等分子量较大、芳构化程度较高的有机物[34].

通过Matlab2007软件计算各个荧光区域的积分体积Φ(I££V),分别得到具有同种荧光特性的总荧光强度,对各个荧光积分体积进行标准化,得到各个荧光区域积分标准体积Φ,n,可反映该物质各荧光组分的含量,再计算各个荧光区域积分的标准体积占总积分标准体积的比例P,n.区域Ⅰ和区域Ⅱ均代表简单芳香类蛋白物质,故将两个区域的比例合并为(I+II,n),用其来代表DON中芳香蛋白物质的含量;区域Ⅲ和区域Ⅴ均代表腐殖质类复杂有机物质,两个区域的比例合并为(III+V,n),用其来代表DON中腐殖质类物质的含量.

洱海全年上覆水DON类蛋白组分(I+II,n)含量在15.53%~20.61%(平均18.53%),类腐殖质组分P(III+V,n)含量在65.22%~68.71%(平均67.22%),微生物代谢组分(IV,n)含量在12.18%~15.76%(平均14.25%).DON中腐殖质物质含量最大,随时间变化不大,其含量稳定在67%左右,春季上覆水DON类蛋白组分(I+II,n)含量最大,微生物代谢产物组分(IV,n)含量最少,可能由于春季沉积物释放量逐渐增多,微生物活性尚低,对类蛋白组分消耗量较少.

由表2可见,洱海上覆水DON主要组分为腐殖质类物质(平均61.82%),且溶解性微生物产物(平均20.95%)要高于类蛋白物质(平均17.24%),腐殖质较为稳定,这可能不利于水质的净化,其中腐殖质类物质中部>北部>南部.北部湖区上覆水垂向DON中(I+II,n)平均含量为18.76%,(III+V,n)为60.58%,(IV,n)为20.65%;中部湖区上覆水DON中(I+II,n)占15.82%,(III+V,n)占63.35%,(IV,n)约占20.83%;而南部湖区DON中(I+II,n)为19.41%,(III+V,n)为56.58%,(IV,n)为24.01%.由此可见,洱海中部湖区腐殖质物质含量最多63.35%;洱海南部湖区类蛋白物质浓度和微生物代谢产物含量都较其他两个湖区,其平均含量分别为19.41%, 24.01%,洱海南部最靠近居民区,其上覆水微生物活性受居民生活影响较大,北中部污染物随水流向南部聚集,同时南部湖区又汇入新的污染物,导致蛋白类物质过剩,微生物活性较高,因此在南部湖区更应该控制污染问题.

在洱海北部湖区,(I+II,n)所代表的上覆水DON类蛋白物质在0.5~2m出现一个较大程度的衰减,由20.06%锐减到15.82%,可能由于微生物代谢和污染物扩散转移共同作用,后随着水深的增加,(I+II,n)的值先增加后减小,在6m处达到最大值20.64%,表明污染物向下层水体富集,湖区表中层微生物活性较底层高;洱海中部湖区也出现同样的规律性,0.5~2m出现一个DON中类蛋白衰减层,由表层的17.24%降低到12.83%,而后随着水深的增加,(I+II,n)的值先增加后减小;洱海南部湖区则表现的较为不同,其含量呈对称性变化,以4m水层浓度为轴,0到4m为先增加后减小,4m到底层先增加后减小,可能是由于高浓度的底层沉积释放源物和表层污染源共同向上覆水体中层转移的结果,洱海上覆水DON中类蛋白成分的含量(I+II,n)不大于20%,这可能与其结构稳定性有关,而部分类蛋白成分向其他成分转化.洱海北部上覆水DON最大组分腐殖质类物质随水深变化趋势为先增加后减小,并在2m处达到最大,最大值为63.85%;中部湖区DON腐殖质随水深先急剧减小,后逐渐增加,在2m处达到最小,最小值为58.33%;南部湖区DON腐殖质组分随水深先急剧减小,后趋于平衡,在2m处去的最小值,最小值为54.49%.表明,洱海上覆水DON中腐殖质类物质在表层0~2m变化最大,即在该断面DON中腐殖质类物质转化最快.

洱海北部湖区上覆水DON微生物代谢产物含量随着水深的变化先单调递减后递增,在4m处取的最小值,最小值为18.94%;中部区域随着水深的增加,DON中微生物产物的含量先增加后减小,在2m处取得最大值28.83%;洱海南部区域DON中微生物代谢产物随水深的增加,在0~2m出现锐增,而后含量较为稳定.

总体来说,受环境因素如光照、溶解氧、风强和浮游动植物等影响,洱海上覆水DON在0~4m各荧光组分转化较为剧烈,DON类蛋白组分超过20%可能结构不稳定,故DON类蛋白组分始终低于20%.

2.3 洱海上覆水DON组成结构特征与湖泊水质关系

为了揭示DON结构组分特征和洱海上覆水氮磷含量关系,分析了DON荧光紫外特征参数与洱海上覆水氮磷含量的相关关系.由SPSS软件分析DON各组分含量特征与水质指标之间的关系.结果表明类蛋白物质含量与类腐殖质比例((I+II,n)/(III+V,n))与上覆水TN、DTN、DON和SRP呈现显著正相关(0.467~0.5520.05),上覆水DON中类蛋白物质含量与类腐殖质比例越高,其上覆水TN、DTN、DON和SRP含量越高,即P(I+II,n)/P(III+V,n)越大,则氮和SRP的含量越大,表明通过类蛋白物质的量可以推测洱海上覆水体的营养状况.

自生源指数BIX与总氮(TN)和硝氮呈现显著正相关(=0.457~0.493,0.05),表明DON的来源于总氮和硝氮含量有较大的关系,BIX可以在一定程度上反映总氮和硝氮的含量特征. DON中类蛋白物质含量((I+II))与DTN和SRP呈现正相关(=0.433~0.462,0.05),表明DON中类蛋白物质的含量((I+II))能够指示上覆水DTN和SRP的含量变化特征.溶解性微生物代谢产物((IV))与无机氮(总氮、溶解性总氮和硝氮)存在较强的相关性,其中与总氮呈现极显著正相关(=0.597,0.01),可反映微生物氮代谢产物主要以无机氮为主,同时微生物代谢产物的含量((IV))能够间接反映无机氮的含量.DON含量与脲酶含量呈现极显著正相关(=0.58,<0.01),而脲酶是生物氮代谢重要的酶[35],即DON含量特征能够间接反映上覆水体微生物活性.当DON含量高时,脲酶含量高,微生物活性相应的提高,洱海上覆水环境容量可能会变大,即对水质的净化能力变强.4/6与DTN、SRP和脲酶活性呈现显著负相关(2=-0.620~-0.47,0.05),表明4/6能反映洱海上覆水体水质状况,即当E4/E6的值较高时,水体氮磷含量较低,同时微生物活性也较低.溶解性总氮DTN和DON呈极显著正相关(=0.949,<0.01),表明DTN含量能够指示DON含量特征,从而对水质有一定的指示作用.

表3 DON组分特征和水质指标的相关分析Table 3 The correlation between DON characteristics and water quality in Erhai Lake

注:*在0.05水平(双侧)上显著相关, **在0.01水平(双侧)上显著相关.

3 结论

3.1 2014年洱海上覆水DON含量在0.08到0.31mg/L之间, DON含量时间分布呈现春季(0.28)>夏季(0.24)>秋季(0.20)>冬季(0.12)的趋势,平均0.18mg/L.洱海上覆水DON总体含量较低,空间上,南部>北部>中部;垂向上,中层>表层>底层,DON受外源输入和内源释放影响.

3.2 洱海上覆水SUVA254值在0.63~1.52之间,表明洱海DON芳香度易受季节性变化影响,其中冬季腐熟度最低(平均0.89),秋季最高(平均1.27).洱海上覆水DON官能团取代基较少,主要以脂肪链为主.荧光指数BIX和FI反映上覆水DON受陆源和内源的共同作用,DON各荧光组分在上覆水2m内转化最为明显,随水深增加,变化较为缓慢,浮游藻类对其有关键性作用.受地形和污染物影响,洱海上覆水DON含较多腐殖质类物质,且腐殖化程度呈北部>中部>南部.

3.3 洱海DON能较好的反映DTN含量,上覆水(I+II,n)/(III+V,n)与TN、DTN、DON和SRP呈显著正相关,同时DON的组分参数BIX、(I+II,n)、(III+V,n)和(IV)与其他水质指标存在不同的相关性,表明上覆水DON组分特征与上覆水氮磷形态含量有显著相关性,能够从不同角度指示水质状况.

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* 责任作者, 研究员, wangsr@ craes.org.cn

Characteristics of dissolved organic nitrogen (DON) and relationship with water quanlity in the overlying water of Erhai lake

LI Wen-zhang1,2,3,4, ZHANG Li2,3,4, WANG Sheng-rui1,2,3,4*, XIAO Shang-bin1, LI Yan-ping2,3, QIAN Wei-bin2,3,5, LI Qiu-cai2,3,5, XI Yin1,2,3

(1.China Three Gorges University, College of Hydraulic & Environmental Engineering, Yichang 443002, China；2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China；3.State Environmental Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control, Research Center of Lake Eco-environment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China；4.Yunnan Key Laboratory of Pollution Process and Management of Plateau Lake-Watershed, Dali 671000, China；5.Guilin University of Technology, College of Environmental Science and Engineering, Guilin 541004, China)., 2016,36(6)：1867~1876

This study investigated the content and spatial distribution of dissolved organic nitrogen (DON) in the overlying water of Erhai Lake. 3D fluorescence and UV-vis absorbance techniques were utilized to analyse its structure composition characteristics. The relationship between DON characteristics and water quality was also discussed in detail. DON contents in the overlying water ranged from 0.08 to 0.33mg/L (average value of 0.18), with the temporal distribution of the spring> summer> autumn> winter, in the year of 2014. Theand vertical DON distributions followed the pattern of southern>northern>middle and middle layer>surface layer>bottom layer, respectively. Besides, DON humification degree in the overlying water of Erhai lake was high, with DON being mainly composed of aliphatic chain instead of carbonyl, carboxyl, hydroxyl substituents and ester content. The BIX and FI values ranged from 0.84 to 1.19(mean value of 0.94) and 1.58 to 1.66 (mean value of 1.63), respectively, indicating that DON in the overlying water of Erhai lake was affected by terrigenous input and biological endogenous metabolism. Additionally, the study exhibited that the humic acid-like substances, which accounted for 61.82% averagely, were the main DON component. The fluorescent components at 0~2m presented the maximum Migration quantity, with the protein-like components (P(I+II,n)) always below 20%. Moreover, DON had a significant positive correlation with DTN in the overlying water of Erhai Lake (=0.949,< 0.949), and P(I+II,n)/P(III+V,n)values exhibited a significant positive correlation with TN, DTN and SRP (=0.467~0.552,<0.05). This suggested that the DON content could indirectly reflect Erhai lake water quality to a certain extent. Especially the protein-like substances positively contributed a lot to the maintenance of good water quality, namely the higher the protein-like substance content was, the higher the nitrogen and phosphorus content would be in the overlying water of Lake Erhai.

Erhai；the overlying water；DON；fluorescence；FRI

X524

A

1000-6923(2016)06-1867-10

李文章(1992-),男,湖北天门人,硕士研究生,主要研究方向为湖泊富营养化防治技术.

2015-11-28

国家自然科学基金(U1202235, 41503113);国家水专项“十二五”课题“洱海湖泊生境改善关键技术与工程示范”(2012ZX07105-004);环境基准与风险评估国家重点实验室自由探索项目(2014-GOT-042-N-06);重点实验室开放基金资助