2.2沉積物中色素含量及有機質(zhì)來源辨析

色素作為沉積物中反演湖庫生態(tài)環(huán)境的重要化學生物標志物，不僅可以反映藻類生物量和表征特定生物來源，還可以記錄藻類群落演替和初級生產(chǎn)力變化等重要信息。脫鎂葉綠素是葉綠素a的降解產(chǎn)物，可以用葉綠素a和脫鎂葉綠素來表征從水體中輸入的有機質(zhì)質(zhì)量。由圖4可知，沉積物中葉綠素a和脫鎂葉綠素含量的垂向分布特征與含水率和燒失量具有一致性，開敞湖區(qū)（C1和C2）表層15 cm沉積物呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，隨后趨于穩(wěn)定。開敞湖區(qū)沉積物中葉綠素a和脫鎂葉綠素含量的最大值分別為3.7±0.2和26.6±0.7μg/g，而湖濱帶沉積物葉綠素a和脫鎂葉綠素含量的最大值分別為14.9±0.6和32.5±0.3μg/g，這與何延召等對巢湖沉積物中葉綠素a及其降解產(chǎn)物脫鎂葉綠素的研究結果一致，巢湖表層沉積物中葉綠素含量在1.3——27.4μg/g之間，脫鎂葉綠素含量在1.0——32.1μg/g之間，沉積物有機質(zhì)主要以藻源性有機碎屑組成為主。研究表明，近年來，隨著氣候變化和富營養(yǎng)化程度的加劇，在富營養(yǎng)化湖泊巢湖、太湖、滇池，甚至部分水庫，表層沉積物均以藻源性有機質(zhì)為主。

圖4沉積物中葉綠素a和脫鎂葉綠素含量的垂向變化

為進一步驗證沉積物中有機質(zhì)來源，對沉積物中TOC和TN含量進行分析。由于陸生高等植物纖維素含量較高而蛋白質(zhì)含量較低，而湖泊內(nèi)源有機質(zhì)富含蛋白質(zhì)，纖維素含量低。一般而言，陸生高等植物的有機質(zhì)C/N比通常為20——30，內(nèi)源藻類有機質(zhì)TOC/TN比為4——10之間，沉積物有機質(zhì)TOC/TN比大于10則認為受到藻源性和陸源性有機質(zhì)的共同影響。因此，利用沉積物中碳氮元素比可以判斷沉積物中有機質(zhì)的來源是湖泊自身還是外源輸入。由圖5可知，湖濱帶（L1和L2）沉積物中，TOC/TN分別在5.6——7.3和8.3——11.3之間，而開敞湖區(qū)（C1和C2）沉積物中，TOC/TN比分別在6.3——13.1和7.2——19.8之間。究其原因，在主導風向東南風的作用下，在竺山灣湖濱帶、侵蝕漕及挺水植物群叢內(nèi)，堆積了大量碎屑殘體而形成堆積層，該堆積層主要是藻類碎屑殘體占優(yōu)，局部區(qū)域夾帶著水生植物碎屑殘體及外源有機質(zhì)，因而TOC/TN偏低。因此，根據(jù)以上的結果綜合判斷，太湖西北湖區(qū)竺山灣沉積物中有機質(zhì)以藻源性為主，而開敞湖區(qū)沉積物中有機質(zhì)則呈現(xiàn)出藻源性和陸源性混合輸入的特征。

圖5沉積物中碳氮比的空間變化

2.3沉積物中生物易降解有機質(zhì)的垂向分布特征

藻型湖區(qū)沉積物中生物易降解有機質(zhì)的組成和分布存在明顯的空間異質(zhì)性。沉積物中生物易降解成分占TOC的比重在46.3%——77.9%之間，組成上以脂類（7.7 mg/g）含量為主，其次是糖類（4.5 mg/g），蛋白質(zhì)（0.8 mg/g）含量最低；空間上，湖濱帶沉積物中生物易降解有機質(zhì)含量顯著高于開敞湖區(qū)（P<0.05），湖濱帶沉積物中總蛋白、總糖和總脂的含量分別在0.1——3.5、3.1——16.3和6.3——10.9 mg/g之間，而開敞湖區(qū)中分別在0.1——1.9、2.5——6.0和4.3——9.6 mg/g之間（圖6）。這與富營養(yǎng)化湖泊巢湖沉積物中易降解有機質(zhì)的組成較為一致，巢湖沉積物中總蛋白、總糖和總脂含量分別在0.6——5.5、1.6——6.5和1.0——3.9 mg/g之間。究其原因，一方面，湖濱帶更偏向滯水環(huán)境，有利于藻類碎屑殘體的堆積，而開敞湖區(qū)水動力更強，沉積物再懸浮更嚴重，有機質(zhì)降解更加充分，故表現(xiàn)為生物易降解有機質(zhì)在湖濱帶富集的特征。另一方面，在富營養(yǎng)化狀態(tài)下，藻類碎屑殘體的大量沉積，其中部分活性高的有機質(zhì)優(yōu)先降解，如色素、蛋白質(zhì)、糖類等，而腐殖質(zhì)等較難降解有機質(zhì)會保留在沉積物中。對40種不同藻類細胞組分研究表明，藻細胞主要由蛋白質(zhì)、糖類和脂類物質(zhì)組成，不同組分的相對含量因藻的種類不同而有所差異。通常藍藻中蛋白質(zhì)含量較高（41%——69%），而硅藻中脂類含量較高（5%——43%），其中蛋白質(zhì)是有機質(zhì)中活性較高的組分，其含量和組成的變化對于底棲生物的分布、群落結構及動態(tài)有重要的影響。雖然藻類衰亡后釋放多種有機質(zhì)，且蛋白質(zhì)和多糖是其主要組成，但其降解較快，4天內(nèi)可分解其自身干重的50%，大量藻類碎屑殘體在沉降到湖底之前，蛋白質(zhì)等最易降解的有機質(zhì)基本降解完全，其易降解程度表現(xiàn)為：蛋白質(zhì)>總糖>總脂，因而沉積物中蛋白質(zhì)含量較低，而脂類含量較高。

圖6沉積物中生物易降解有機質(zhì)的垂向變化

3結論

微電極系統(tǒng)（Unisense A/S，Arbus，丹麥）對富營養(yǎng)化湖泊藻型湖區(qū)沉積物~水界面理化指標的剖面特征及沉積物中生物易降解有機質(zhì)的組成和分布特征進行研究，主要結論如下：

1）藻類碎屑殘體沉降會影響沉積物~水界面的氧化還原環(huán)境，因呼吸、微生物降解而造成DO濃度降低，水和沉積物Eh快速下降，形成厭氧強還原環(huán)境，并產(chǎn)生大量H2S.

2）湖濱帶藻類碎屑殘體堆積嚴重，使得大量光合色素在沉積物中累積，表層15 cm以上沉積物含水率和燒失量較高，有機質(zhì)含量豐富。

3）太湖竺山灣湖濱帶沉積物中有機質(zhì)以藻源性為主，而開敞湖區(qū)沉積物中有機質(zhì)則呈現(xiàn)出藻源性和陸源性混合輸入的特征。

4）藻型湖區(qū)沉積物中生物易降解有機質(zhì)的組成和分布存在明顯的空間異質(zhì)性。組成上以脂類為主，其次是糖類，蛋白質(zhì)含量最低；空間上，湖濱帶沉積物中生物易降解有機質(zhì)含量顯著高于開敞湖區(qū)。