紅楓湖表層水體溶解硅的空間分布特征研究

劉斌　代穎　趙君　馬駿

摘 要：硅是自然界中的極為常見元素之一，也是多數水生植物生長所必需的營養元素。本文選取紅楓湖表層水體為研究對象，測定溶解硅含量變化，結果表明紅楓湖表層水體溶解硅呈現出北高南低的空間分布特征，探討其原因，為今后治理和保護紅楓湖提供理論依據。

關鍵詞：紅楓湖 表層水體 溶解硅 空間分布

中圖分類號：X143文獻標識碼：A文章編號：1003-9082（2019）11-0208-01

硅是自然界中極其常見元素之一，它在地殼中的儲備量僅僅小于氧，是地殼中儲備量第二的化學元素。硅極少以單質的形式存在于自然界中，往往會以二氧化硅或者較為復雜的硅酸鹽的形式出現。硅不僅是地球表面土壤和巖石的一種基本成分[1]，同時也是很多的水生植物（比如在海洋中的硅藻類植物）以及多種生物生長所必需的營養元素[2]，在海洋及內陸水體的水生態系統化學循環過程也起到極為重要的作用。

自然界中硅元素主要以兩種形態存在于水體中，即懸浮顆粒態硅和溶解態硅[3]。懸浮顆粒態硅主要由成巖硅和生物硅兩種形態構成，其中，成巖硅指的是在水體中懸浮形式存在的顆粒態黏土以及泥沙，主要來自于硅酸鹽類巖石的風化;而生物硅指的是生源無定形硅，水體中的生物硅大多來自于土壤植物的植硅體遷移以及硅藻、硅質海綿和放射蟲等硅質生物的分解釋放。而溶解態硅主要以 Si（OH）4 的狀態在水體中出現，其對水生植物特別是硅藻類的生長繁殖具有重要作用[4]。

湖泊水體中溶解硅的含量可以指示出湖泊生產力的變化情況[5-6]，而生產力變化反映了湖泊區域氣候環境條件的變化，近年來成為國際上追蹤和探尋環境變化的一種新指標[7-10]。本文選取紅楓湖表層水體為研究對象，測定溶解硅含量變化，并研究其空間分布特征，為今后治理紅楓湖流域的富營養化和保護紅楓湖水資源提供理論依據。

一、材料與方法

紅楓湖位于長江二級支流貓跳河的上游區[11]，屬于烏江水系的一部分，是貴州高原中部喀斯特地區的一個高原河道深水分層人工水庫（自1960年起開始蓄水）。湖泊南北長約 16km，東西寬4km，流域面積約1551km2，平均水深10.52m，最大水深45m，蓄水量為28.8億m3，湖泊補給系數為49.6，年均降雨量約為1176mm。紅楓湖作為貴陽市當地的一個極為重要飲用水源地，對該地區人民生活以及經濟發展水平具有重要作用。

紅楓湖流域主要是由后六河、麻線河、羊昌河和桃花園河等四條支流匯合而成，是一個典型的深水分層人工水庫，主要由南、北兩湖組成，并于1960年5月29日竣工蓄水后正式投入使用。紅楓湖的四大主要河流中，僅桃花園河位于紅楓湖的北部，后六河、麻線河、羊昌河均位于紅楓湖的南部而形成南湖，而且羊昌河還是影響湖泊水量最為明顯的一條河流。在紅楓湖的沿岸地帶至今為止尚未發生過明顯的毀林開荒等人為活動，但由于紅楓湖屬于缺氧湖泊，底棲動物難以在水體中存活，所以湖泊沉積物生物擾動小[11]。近年來由于經濟發展迅速，工農業蓬勃發展，人類在紅楓湖沿岸的活動變得日益頻繁。人們日常生活所產生的生活污水，各類工廠進行生產作業所產生的工業廢水往往未經過污水處理廠而通過各種渠道排入兩湖及其源流，引起湖泊水質嚴重惡化。自90年代以來，紅楓湖水庫水質逐漸變為Ⅲ類水體，甚至有的水域還是V類水體，常常容易發生一系列的突發性污染事故或者水華現象，危害水體中動植物的生存，同時也嚴重危害到流域沿岸居民的用水安全，所以在近幾年來紅楓湖的水環境問題逐漸受到人們的關注。

課題組根據湖的地形特征、面積大小、水流方向等因素，在桃花園河、麥包河、壩前、北湖湖心、后五處、南湖湖心、后六湖、麻線河、羊昌河、兩岔河、三岔河等11處開展樣品采集工作。取各采樣點過濾后的水樣5ml，用硅鉬藍比色法測定其溶解硅含量。

二、結果與分析

1.紅楓湖表層水體溶解硅的平均值

由表1可知，紅楓湖各采樣點表層水體的溶解硅平均值相對較高。分析其原因可能是：紅楓湖流域位于貴州高原的中部地區，雖然湖泊的海拔偏高，但是由于處在低緯地區，而且年均溫度均在12℃以上，常年受到西南季風的影響，年降水量也是較多[12]。在溫度和降水均較為適宜的自然條件下將會有利于硅藻、放射蟲等一些硅質生物的生長發育，故而硅質生物在湖泊中的生長也自然相對繁盛，這也是水體中的溶解硅含量較大的原因之一。

2.采樣地點溶解硅的變化情況

在紅楓湖的各采樣地點同時取0.5m水位的表層水體進行分析實驗，實驗結果見表2。

由圖2可知，紅楓湖表層水體中溶解硅含量的最大值出現在桃花園采樣點，含量高達1.189μg/ml，而最小值出現在后六采樣點，含量僅僅只有0.190μg/ml。

分析其原因可能是，桃花園采樣點位于紅楓湖的北部，后六采樣點在紅楓湖的南部，紅楓湖的四大主要河流之中后六河、麻線河、羊昌河均位于紅楓湖的南部，導致南部湖泊的湖水水流量大，水速也快，河流對湖泊水體能起到很好的補充作用。與此同時也會使得硅藻等一些硅質生物在湖泊水體之中易于受到河水的沖刷，在湖泊水體中難以生存，從而導致湖泊的表層水體的溶解硅含量較低。而桃花園采樣點的情況卻正好相反，僅有桃花園河作為其補充水源，水量較小，水面相對較為平靜，在溫度和降水均較為適宜的自然條件下適合硅藻等生物的生存，故而水體中的溶解硅含量較大。紅楓湖的北部水體中溶解硅的含量普遍要高于南部水體，即紅楓湖表層水體中溶解硅呈現出“北高南低”的空間分布特征。

三、結論與討論

由于近年來紅楓湖流域的人類活動日益頻繁，使得紅楓湖水體常受到污染，湖泊處于中度富營養化污染狀態[13]，充足的營養鹽為硅藻生長提供了必要因素，因而紅楓湖水體中的溶解硅的含量較大。當水體中有大量的營養鹽輸入時，硅藻能夠得到充足的營養，在數量上會呈現出一定增長趨勢，與此同時在水體中其他藻類也會快速的進行繁殖，爭奪水體中的營養元素，影響硅藻的生長發育，從而使硅藻的數量保持在一個相對水平甚至會絕對數量下降。

了解紅楓湖表層水體的溶解硅“北高南低”的空間分布特征，對于正確認識紅楓湖的污染現狀，提出合理的治理方案具有非常重要的意義。

參考文獻

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