紅楓湖及匯入支流碳分布特征*

滕明德 高庚申 遲 峰

(貴州省環境科學研究設計院， 貴陽 550081)

紅楓湖及匯入支流碳分布特征*

滕明德 高庚申 遲 峰

(貴州省環境科學研究設計院， 貴陽 550081)

紅楓湖與主要匯入支流總碳(TC)濃度介于22.9～51.7 mg/L之間，無機碳(IC)濃度介于15.5 ～37.6 mg/L，總有機碳(TOC)為7.42 ～14.13 mg/L。紅楓湖入湖支流的TC、IC以及TOC濃度均高于湖體，南湖略高于北湖。匯入支流中羊昌河的TC、IC以及TOC濃度最高，桃花源河最低。北湖與南湖連接區域的TC、IC明顯高于湖體其它區域，而TOC濃度明顯低于其它區域，該區域碳組成以及含量與其它區域的顯著差異可能與該區域特殊的地理位置與地理環境有關，兩岸的巖石以及特殊的交通地理位置可能是致使北湖與南湖連接區域碳分布異于其它區域的主要因素。

紅楓湖；匯入支流；碳；分布特征

碳為生物地球化學循環必不可少的元素之一，與氮、磷、硫和微量元素的研究一直是科學界的研究熱點[1-2]。湖泊作為大氣圈、陸地生態體系和水生體系的結合點，是陸地地表碳元素匯集地之一[3]。湖泊中的碳按形態可分為無機碳與有機碳，按來源可分為兩種，一為外來，二為自生。其中外來有機碳主要為地表徑流帶入，自生有機碳主要為湖泊水體浮游植物、高等水生植物光合作用及細菌的光化學反應。無機碳的外來除地表徑流帶入外，還有大氣中的二氧化碳通過水氣界面向湖泊水體的擴散；自生主要包括湖泊有機碳在浮游動物、魚類及微生物作用下的礦化分解。進入湖泊的碳，部分被出湖河流帶出至其它地區，部分被儲存湖底[4]。水體中的有機碳包括溶解有機碳(DOC)、顆粒有機碳(POC)，水中的有機物質以碳量總有機碳(TOC)來表示[5]。水體中有機碳是生物圈最大的活性有機碳庫，約占全球活性有機碳庫的1/6，在生物、地質和化學過程中發揮主要作用[6]。總有機碳(TOC)不僅是表示水體中自然有機物含量的參數，也是衡量水體有機污染程度的一項綜合指標，對有機污染起著重要的指示作用。本文以紅楓湖為研究對像，對其湖體、匯入支流進行了水樣采集，對所采集樣品用總有機碳分析儀器進行了總碳、無機碳與總有機碳分析，結合spss、surfer軟件對紅楓湖以及流域的水體與沉積物中碳的分布進行了分析和探討。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

紅楓湖位于貴州省貴陽清鎮市、平壩縣和安順市西秀區境內，地理坐標為N26.26°～26.35°,屬于長江中上游烏江水系。紅楓湖水域面積57.2 km2，庫容量6. 01億m3，流域面積1 551 km2,是目前貴州高原最大的喀斯特人工湖泊[7]。

1.2 樣品的采集與分析

采樣點分布見圖1。

2014年7月對紅楓湖湖體及其主要匯入河流羊昌河、麻線河、后六河以及桃花源河進行了表層水樣采集。

圖1 紅楓湖采樣點分布

所采水樣樣品裝于玻璃瓶內帶回實驗室進行總碳與無機碳分析，總有機碳通過總碳與無機碳的差值進行計算。水樣參照《水與廢水監測分析方法》第四版(增補版)[8]，采用燃燒氧化非分散紅外吸收法測定。

1.2.1 儀器及試劑

總有機碳分析儀器(島津TOC-VCPH)，超純水(Ω<18.2)、鄰苯二甲酸氫鉀(優級純)、無水碳酸鈉(優級純)、碳酸氫鈉(優級純)、TOC標準樣品(阿拉丁試劑)。試劑、標準溶液的配置以及儀器條件參照《水與廢水監測分析方法》第四版(增補版)中燃燒氧化非分散紅外吸收法測定總有機碳方法進行，樣品測試過程中，通過測定TOC標準樣品作為監測數據的質量控制方式。

2 結果與分析

2.1 紅楓湖湖體及流域TC分布

水樣總碳(TC)在湖體的含量介于22.9～36.0 mg/L，除3號點36.0 mg/L較高外，其它點位的TC含量較相近為22.9～26.1 mg/L，入湖支流的TC含量差異較大，介于26.3～51.7 mg/L，從濃度上看，羊昌河12號點的TC濃度雖然為31.1 mg/L，與麻線河11號點的TC(31.2 mg/L)較為接近，但在羊昌河12號點下游14號點的TC含量達到了51.7 mg/L，而后六河的情況與羊昌河恰好相反，后六河的10號點的TC含量雖然為45.5 mg/L，但在其下游的13號點TC含量卻下降為29.6 mg/L。入湖支流TC濃度從大到小依次為羊昌河、麻線河、后六河、桃花源河，總體上，無論是入湖支流還是湖體，南湖的TC濃度均高于北湖。

2.2 紅楓湖湖體及流域IC分布

水樣無機碳(IC)在湖體的含量介于15.5～28.4 mg/L,無機碳在湖體的分布與總碳非常相似，除3號點28.4 mg/L較高外，其它點位的IC含量較為接近，介于15.5～17.7 mg/L之間，入湖支流的IC與TC也極其相似，其中羊昌河的14號點最高為37.6 mg/L，其次為后六河的10號點為33.2 mg/L，其它河流各點的IC含量相差不大，介于18.2～23.1 mg/L之間，桃花源河的9號點最低為18.2 mg/L。

2.3 紅楓湖湖體及流域TOC分布

歐洲經委會國家(EC)將TOC作為飲用水的指示參數[9],中華人民共和國建設部于1999年9月28日發布了CJ 94—1999《飲用凈水水質標準》，規定了總有機碳TOC的檢測指標，不得超出4 mg/L，紅楓湖及入湖支流的TOC濃度均高于4 mg/L。在空間上匯入河流的TOC分布狀況與TC以及IC也極其相似，湖體的TOC濃度介于7.42～8.63 mg/L，匯入河流的TOC介于8.06～14.13 mg/L，較高點出現在羊昌河的14號點與后六河的10號點,分別為14.13 mg/L和12.29 mg/L。

2.4 紅楓湖湖體及流域碳分布特征

從地理區域上看，紅楓湖可分為北湖和南湖，羊昌河、麻線河以及后六河為南湖的主要匯入支流，桃花源河為北湖的主要匯入支流，為更能直觀地了解紅楓湖湖體及匯入支流TC、IC、TOC的分布特征并對其進行分析，本文應用surfer結合相關地理資料對檢測數據進行了kiriging插值計算，結果分別見圖2、3、4。

從圖2～4可以看出，紅楓湖以及主要匯入支流的TC與IC在空間區域上有著相似的分布特征，TOC與TC以及IC略有不同。總體上看，南湖的總體TC與IC略高于北湖，這可能源于紅楓湖的主要匯入河流羊昌河、麻線河與后六河均在南湖入湖，這幾條河流流經的區域人口相對密集，尤其是羊昌河，從圖2、3也可以看出在羊昌河入湖段無論是TC、IC以及TOC都明顯高于其它區域，表明該區域可能有潛在碳源排放點，這也可能是導致南湖碳濃度高于北湖的主要因素之一。

圖2 TC分布示意

圖3 IC分布示意

圖4 TOC分布示意

TC、IC以及TOC在區域分布上差異最顯著的地方出現在北湖與南湖的連接區域，就湖體水域而言，從量上看該區域的TC明顯高于其它區域，從碳組成上看，該區域不像其他區域TC與IC以及TOC有著相似的分布特征，該區域相對較高的碳含量主要為無機碳IC，而有機碳的含量明顯低于其它區域。該區域碳組成以及含量與其它區域存在顯著差異可能與該區域特殊的地理位置與地理環境有關。該區域位于北湖與南湖的連接處，水面相對狹窄，兩岸均為裸露的石壁，水體的流動速度高于其它區域，貴州以碳酸鹽巖石為主，因此該區域的高濃度TC與IC可能來源于兩岸的巖石風化與水流侵蝕，同時，該區域有3座橋梁跨過，其中一條為貴黃高速公路的花漁洞大橋，大量汽車經過產生的顆粒物沉降也有可能與該區域的高TC以及IC有關。

總體上，紅楓湖入湖支流的TC、IC以及TOC濃度均高于湖體，但從IC與TOC所占TC的比例圖來看(圖5)， 湖體除3號點外，其它點位的IC/TC均低于70%，相應的TOC/TC均高于30%, 而入湖河流似乎有著相反的特征，除北湖的匯入河流的TOC/TC高于30%外，其它入湖河流各點的TOC/TC均低于30%。由此表明紅楓湖入湖支流所帶來的碳源可能在進入湖體后沉降積存到了沉積物中，也有可能被水生物吸收利用降解為二氧化碳通過水汽界面交換進入了大氣。

圖5 碳比例圖

3 結論

總體上，紅楓湖入湖支流的TC、IC以及TOC濃度均高于湖體，南湖略高于北湖，匯入支流中羊昌河的TC、IC以及TOC濃度最高，桃花源河最低。湖體及匯入支流的TOC濃度均高于CJ 94—1999《飲用凈水水質標準》規定的總有機碳TOC標準4 mg/L。兩岸的巖石以及特殊的交通地理位置可能是致使北湖與南湖連接區域碳分布異于其它區域的主要因素；紅楓湖入湖支流所帶來的碳源可能在進入湖體后沉降積存到了沉積物中，也有可能被水生物吸收利用降解為二氧化碳通過水汽界面交換進入了大氣。

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Carbon distribution in Hongfeng Lake and its upstreams

Teng Mingde, Gao Gengshen，Chi Feng

(Guizhou Institute of Environmental Science and Designing，Guiyang 550081，China)

The concentrations of total carbon(TC), inorganic carbon(IC) and total organic carbon(TOC) in Hongfeng Lake and it's upstream were in the range of 22.9-51.7, 15.5-37.6 and 7.42-4.13 mg/L respectively. The concentrations of TC, IC and TOC in the upstream were higher than that in the lake body, and the south part of the lake were higher than the north. Yangchang River had the highest concentration of TC, IC and TOC among all the upstream rivers, while Taohuayuan River had the lowest concentration. In Hongfeng Lake, in the neck area linking the southern and northern part, the concentration of TC and IC were significantly higher, while the TOC was lower than other areas. These differences may be caused by the special geography and geology of the neck area.

Hongfeng Lake；upstreams；carbon； distribution characteristics

* 貴州省科學技術基金項目(黔科合J字[2012]2208號)

2015-08-04；2015-08-20修回

滕明德，男，1982年生，工程師，研究方向：水環境科學。E-mail:teng799@163.com

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