富營養化湖泊藻積層有機碳積累動態及驅動機制研究

《富營養化湖泊藻積層有機碳積累動態及驅動機制研究》是依託南京師範大學，由王國祥擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：富營養化湖泊藻積層有機碳積累動態及驅動機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王國祥
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

富營養化湖泊藻類和水生高等植物碎屑殘體堆積形成的藻積層，對湖泊有機碳積累過程和水質有顯著影響。本項目選擇典型的藻型和草型富營養化湖泊，研究藻積層有機碳來源、有機碳庫遷移轉化規律、腐殖質發育與湖泊生態系統演替的關係。運用穩定碳同位素單體標記、核磁共振譜（NMR）技術分析藻積層腐殖質有機物官能團結構；運用傅立葉變換離子迴旋共振質譜、氣質聯用、液質聯用分析藻積層有機碳組成及藻\草生物量對碳循環的貢獻；結合湖泊原位沉降速率和室內控制系統模擬定量計算藻積層有機碳庫周轉速率，揭示藻積層腐殖質在藻積層中遷移轉化的速率、通量、分配係數及微觀動力學機制。評估快速淤積條件下藻積層對湖泊沉積物碳庫平衡的影響，辨明藻積層對湖泊沉積物有機碳庫功能的生態效應及影響機理，探討藻積層地球化學過程與湖泊水質的關係，為調控和改善富營養化水體水質提供科學依據。

結題摘要

針對富營養化湖泊大量水華藻類及水生高等植物（水草）碎屑殘體聚集堆積在一些特殊區域，形成以黑色淤積物為主的“藻積層”，以太湖為例，根據湖泊水華藻類及水草碎屑殘體的時空分布特徵，選擇太湖西部竺山灣、湖濱帶侵蝕漕、植物圍擋區、湖濱灘地圍塘等作為不同類型碎屑殘體堆積區，通過原位調查、原位試驗和室內模擬實驗，採用穩定同位素示蹤、分子生物學等技術，研究湖泊藻積層的形成及穩定性，闡明了藻源性和草源性黑臭物質來源，揭示藻積層中黑臭物質遷移轉化過程及驅動機制，提出基於水環境質量控制的黑臭水體調控途徑。發表學術論文26篇，其中SCI期刊論文14篇，國內中文核心期刊論文12篇，部分課題成果為近年來太湖治理的清淤工程實施及湖泛防治提供了有力支撐。（1）闡明了太湖藻類水華聚積堆積形成的藻積層形成及分布特點， 揭示了太湖富營養化藻類水華、氣象水文、湖泊岸線形態等對藻積層形成的影響，發現在藻類快速生長、水華爆發的夏季、春夏及夏秋之交，全太湖發生的藍藻水華在東南季風的驅動下，聚集堆積到西部近岸、湖灣及漕溝中，形成堆積厚度不等的藻積層。（2）闡明了藻積層的藻類堆積量直接影響藻積層分解速率和分解產物總量，堆積嚴重的藻積層在特定氣象條件下，會產生致黑、致臭物質，並擴散至局部湖區，導致局部湖區水質黑臭（湖泛）。藻積層分解產生的嗅味物質主要有二甲基硫醚（DMS）、二甲基二硫醚（DMDS）和二甲基三硫醚（DMTS）等硫醚類物質，以及β-環檸檬醛（β-cyclocitral）、β-紫羅蘭酮（β-ionone）等。（3）藻積層分解釋放溫室氣體CO2、CH4等，對全球氣候變暖有一定貢獻；分解釋放氮磷營養鹽，加重湖水氮磷負荷，對湖泊富營養化有一定貢獻；難降解的一些物質，不斷沉降到湖底，導致淤積越來越嚴重。藍藻衰亡分解導致沉積物腐殖質中富里酸、胡敏酸、胡敏素三種組分結構發生變化，引起沉積物腐殖化程度升高。（4）揭示了典型區域藻積層有機碳的來源，闡明了藻積層有機碳組成及遷移轉化動態變化特徵。藻類分解釋放大量可溶性有機碳（DOC）於上水體中， DOC在水-沉積物中進一步發生遷移轉化，改變了沉積物-水界面DOC濃度梯度，能夠影響沉積物-水界面DOC的遷移過程和DOC擴散通量，同時藍藻聚積生物量和沉積物性質是DOC遷移轉化狀態重要的影響因素。