貴州草海顆粒物和沉積物有機(jī)碳氮同位素特征及來(lái)源研究

收稿日期：2024-02-12

基金項(xiàng)目：貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目（黔科合支撐一般[2023] 216）；國(guó)家自然科學(xué)基金（32360288）。

作者簡(jiǎn)介：廖敏，1995年生，女，碩士研究生。E-mail：3546884127@qq.com

通信作者：夏品華。E-mail：pinhuaxia@gznu.edu.cn

摘要：探究湖泊有機(jī)質(zhì)來(lái)源，為從源頭上控制草海營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷提供參考。在草海湖泊及入湖河流上設(shè)置13個(gè)采樣點(diǎn)，于2023年3月采集并測(cè)定湖泊和河流中顆粒物和沉積物的有機(jī)碳同位素（δ13C）、有機(jī)氮同位素（δ15N）、C/N及總有機(jī)碳（POC、TOC）和總氮（PON、TON），結(jié)合MixSIAR同位素模型分析顆粒物和沉積物的有機(jī)碳氮來(lái)源及貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明：顆粒物δ13C為-27.56‰～-23.64‰，δ15N為3.12‰～10.93‰，顆粒物有機(jī)碳主要來(lái)源于大氣沉降（21.1%）和水生植物（20.7%），氮來(lái)源主要為土壤有機(jī)質(zhì)（25.6%）和水生植物（25.3%）；沉積物δ13C為-28.18‰～-20.53‰，δ15N為1.70‰～6.58‰，沉積物有機(jī)碳主要來(lái)源于大氣沉降（34.4%）和水生植物（33%），氮主要來(lái)源于化肥（24%）。顆粒物和沉積物之間有機(jī)氮來(lái)源的差異反映出土壤有機(jī)質(zhì)和水生植物來(lái)源的有機(jī)氮易降解，而化肥來(lái)源的氮?jiǎng)t易沉積。

關(guān)鍵詞：顆粒物；沉積物；MixSIAR同位素模型；有機(jī)碳氮來(lái)源；草海

中圖分類(lèi)號(hào)：X142；X524""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""""""" 文章編號(hào)：1674-3075（2024）04-0040-08

DOI：10.15928/j.1674-3075.202402120042

隨著人類(lèi)活動(dòng)加劇，大量營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì)（如氮磷）排入湖泊，導(dǎo)致湖泊內(nèi)部環(huán)境愈發(fā)惡劣：藻類(lèi)等水生生物大量繁殖，其死亡后經(jīng)過(guò)微生物分解，形成有機(jī)質(zhì)（易文利等，2008），有機(jī)質(zhì)在進(jìn)一步礦化作用中消耗氧氣，導(dǎo)致水質(zhì)變差，引起水體富營(yíng)養(yǎng)化。在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中，有機(jī)質(zhì)起著不可替代的作用，是各種能量（C、N）遷移、轉(zhuǎn)化、循環(huán)的重要紐帶（吳豐昌等，2008；Shah et al，2021）。湖泊中的有機(jī)質(zhì)大多儲(chǔ)存在顆粒物和沉積物中，顆粒物是湖泊中營(yíng)養(yǎng)鹽遷移、轉(zhuǎn)化的重要載體，記錄著湖泊內(nèi)源釋放等重要信號(hào)（Tengberg et al，2003），沉積物則反映湖泊生產(chǎn)力水平和各種污染物的來(lái)源（Crocker et al，2023），兩者緊密聯(lián)系，通過(guò)一定的物理過(guò)程（沉降和懸浮）實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化（耿悅等，2021）。一般情況下，湖泊有機(jī)質(zhì)有2種來(lái)源，分別為內(nèi)源自生和外源輸入（季寧寧等，2022），其中內(nèi)源包括藻類(lèi)、水生植物、浮游生物和沉積物再懸浮等（吳泓辰等，2022），外源包括陸生植物碎屑（C3和C4植物）、土壤有機(jī)質(zhì)、大氣沉降等。不同來(lái)源的有機(jī)質(zhì)對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)中生物地球化學(xué)循環(huán)的影響是不同的（Gao et al，2021），因此，研究顆粒物和沉積物中有機(jī)質(zhì)來(lái)源對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)有極大意義，更重要的是能從根源上防止湖泊富營(yíng)養(yǎng)化。

隨著同位素示蹤技術(shù)的發(fā)展，研究湖泊碳氮同位素已成為揭示湖泊有機(jī)質(zhì)來(lái)源的重要方法（Cloern et al，2002；Chen et al，2020）。有機(jī)碳同位素能夠示蹤有機(jī)碳來(lái)源及其遷移變化規(guī)律，氮同位素不僅能夠反映有機(jī)質(zhì)來(lái)源，還能反映生物氮循環(huán)過(guò)程（Lehmann et al，2004）。目前國(guó)內(nèi)已有許多學(xué)者通過(guò)碳氮同位素技術(shù)對(duì)密云水庫(kù)（李慧垠等，2011）、鄱陽(yáng)湖（賴(lài)建平，2012）、滇池和撫仙湖（吳泓辰等，2022）、白洋淀（張樂(lè)天等，2023）、呼倫湖（Gao et al，2023）等湖泊流域進(jìn)行了有機(jī)質(zhì)來(lái)源的研究，但是這些研究大多是單獨(dú)對(duì)顆粒物或沉積物有機(jī)碳氮的研究，將兩者結(jié)合起來(lái)對(duì)比分析有機(jī)質(zhì)來(lái)源的研究還比較少。近年來(lái)，草海城鎮(zhèn)化及工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，給草海湖泊帶來(lái)巨大壓力，草海正處于穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵階段。流域內(nèi)的人為經(jīng)濟(jì)活動(dòng)及湖泊內(nèi)部環(huán)境自身演變，均對(duì)作為有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)存重要場(chǎng)所的顆粒物和沉積物產(chǎn)生影響，其有機(jī)質(zhì)的碳氮來(lái)源情況可能發(fā)生改變，而這些改變又會(huì)對(duì)草海水質(zhì)產(chǎn)生重要影響。因此，將顆粒物與沉積物結(jié)合起來(lái)分析有機(jī)質(zhì)來(lái)源，是從源頭上防止草海富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵。

草海是典型的高原喀斯特湖泊，生態(tài)環(huán)境脆弱。2020 年起，草海由草型湖泊轉(zhuǎn)變?yōu)樵逍秃矗脖凰ネ耍|(zhì)惡化。雖已有關(guān)于草海富營(yíng)養(yǎng)化成因或解決措施的研究（歐陽(yáng)勇等，2011；王燦等，2019），但對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化有直接貢獻(xiàn)作用的有機(jī)質(zhì)來(lái)源情況尚不明確。本文以顆粒物和沉積物為研究對(duì)象，通過(guò)分析其碳氮含量及同位素組成，結(jié)合δ13C、δ15N 和 C/N 定性分析其有機(jī)碳氮來(lái)源，并借助 MixSIAR"同位素混合模型定量?jī)烧叩挠袡C(jī)碳氮來(lái)源，旨在為從源頭上控制草海營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷提供參考。

1"" 材料與方法

1.1"" 研究區(qū)概況

草海位于貴州省西部威寧彝族回族苗族自治縣內(nèi)（26°47′32″～26°52′52″N，104°10′16″～104°20′40″E），是典型的喀斯特高原湖泊生態(tài)系統(tǒng)。湖泊面積約25 km2，平均水深約1.5 m，屬長(zhǎng)江水系，北面為出水方向（張征，2020）。氣候?yàn)閬啛釒Ц咴撅L(fēng)氣候，干濕季分明、光照充足，年平均降水量約1 000 mm，豐水期占全年的88%（張強(qiáng)，2012），年均日照時(shí)數(shù)1 805.40 h，為省內(nèi)日照時(shí)數(shù)最多之地。湖面開(kāi)闊，流域內(nèi)水生植被豐富，沉水植物主要有狐尾藻（Myriophyllum demersum）、金魚(yú)藻（Ceratophyllum demersum）、光葉眼子菜（P.lucens）等；挺水植物主要有水蔥（S.tabernaemoni）、蘆葦（Phragmites communis）、燈芯草（Juncus riangu）等（朱成斌等，2021），隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，草海受到生活污水和周邊農(nóng)業(yè)面源污染（夏品華等，2012）。

1.2"" 樣品采集與預(yù)處理

2023年3月（枯水期），根據(jù)草海湖區(qū)的地勢(shì)特征，設(shè)置9個(gè)采樣點(diǎn)（圖 1）進(jìn)行采樣。采樣點(diǎn)具體分布為：上游（L1～L3）靠近劉家巷，下游（L7～L9）靠近海子屯，其余樣點(diǎn)為中游，4條入湖河流各設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)（R1～R4）。

用采水器采集表層水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室后立即用經(jīng)馬弗爐450℃高溫灼燒4 h的玻璃纖維濾膜（Whatman GF/F，47 mm）過(guò)濾顆粒物，剩余水樣低溫儲(chǔ)存，用于后續(xù)理化指標(biāo)測(cè)定。使用抓斗式采泥器采集表層沉積物樣品，去除雜質(zhì)后裝入自封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室用冷凍干燥機(jī)真空干燥后，磨碎過(guò)篩（100目）保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3"" 樣品分析方法

1.3.1"" 水體理化性質(zhì)分析"" 懸浮顆粒物濃度（SPM）通過(guò)濾膜過(guò)濾前后的質(zhì)量差與過(guò)濾水樣的體積之比得到；水溫（WT）、溶解氧（DO）、電導(dǎo)率（EC）等通過(guò)多參數(shù)水質(zhì)分析儀測(cè)量；水樣中的總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、硝態(tài)氮（NO3--N）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、葉綠素（Chl-a）等指標(biāo)根據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）測(cè)定。

1.3.2"" 碳氮元素分析及碳氮同位素測(cè)定"" 對(duì)烘干稱(chēng)重后的濾膜和磨碎過(guò)篩后的沉積物進(jìn)行酸化處理，以去除無(wú)機(jī)碳酸鹽，然后將這2種樣品冷凍干燥后分別用錫箔紙和自封袋包好（張樂(lè)天等，2023）。采用EA-HT元素分析儀（elemental analyzer）測(cè)定顆粒物碳氮含量（POC、PON）和沉積物碳氮含量（TOC、TON），通過(guò)EA-HT元素分析儀（elemental analyzer）和DELTA V Advantage同位素比率質(zhì)譜儀（thermo fisher scientific，Inc.，Waltham，USA）聯(lián)合測(cè)定上述樣品中的有機(jī)碳氮同位素比值（δ13C和δ15N），其中C/N通過(guò)碳氮含量計(jì)算得出，同位素比值計(jì)算公式如下：

[δ13C/δ15N=RSRC?1×1000""" ]"""" ①

式中：R分別為13C/12C和15N/14N，RS為樣品的同位素比值，RC為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的同位素比值，RS的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物分別是PDB和大氣中的氮標(biāo)準(zhǔn)，δ13C和δ15N的測(cè)定精度分別為±0.1‰和±0.2‰。

1.4"" 數(shù)據(jù)分析

1.4.1"" 貝葉斯同位素混合模型"" 貝葉斯MixSIAR同位素混合模型可以用來(lái)定量估算不同端元對(duì)混合物的貢獻(xiàn)率（Wu et al，2022），是一種結(jié)合質(zhì)量守恒定律和貝葉斯理論的混合模型。該模型在R語(yǔ)言（4.3.1）的RStudio（2022）中編寫(xiě)并運(yùn)行，用以下公式表示：

Xij = [k=1kpk（Sjk+Cjk）+εij] ②

[Sjk]～N（[μjk] ， [ω2jk]）， [cjk]～N（[λjk]， [τ2jk]）， [εjk]～N（0， [σ2jk]） ③

式中：[Xij]為混合物的[i]同位素值[j]；[Sjk]為源[k]中同位素[j]，且正態(tài)分布，均值為[μjk]，標(biāo)準(zhǔn)差為[ω2jk]；[pk]為源[k]的占比，通過(guò)模型估算；[cjk]為源[k]中[j]同位素的分餾因子，均值為[λjk]，標(biāo)準(zhǔn)差為[τ2jk]，且滿(mǎn)足正態(tài)分布；[εjk]為殘余誤差，表示各組分間的附加未量化變異，均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為[σ2jk]（Angradi，1994）。

1.4.2"" 其他數(shù)據(jù)的處理與分析"" 采用SPSS Statistics 20軟件對(duì)顆粒物和沉積物碳氮同位素進(jìn)行相關(guān)性分析，使用非參數(shù)Mann-WhitneyＵ檢驗(yàn)和Kruskal-Wallis檢驗(yàn)比較湖泊與河流有機(jī)碳氮同位素的差異以及湖泊上中下游有機(jī)碳氮同位素的差異，采樣點(diǎn)的分布圖用ArcMap（10.6）繪制，數(shù)據(jù)分析圖通過(guò)Origin 2022繪制。

2"nbsp; 結(jié)果與分析

2.1"" 懸浮顆粒物有機(jī)質(zhì)的碳氮含量及同位素組成

顆粒物有機(jī)碳氮含量及同位素組成如圖2，顆粒物δ13C在湖泊和河流之間差異顯著（Plt;0.05），變化范圍分別為-24.95‰～-23.64‰和-27.56‰～-25.55‰，均值為（-24.50±0.43）‰和（-26.82±0.95）‰，湖泊gt;河流，湖泊上中下游δ13C空間分布差異較小（Pgt;0.05）。此外，湖泊與入湖河流的δ13C之間不存在顯著相關(guān)關(guān)系（Pgt;0.05）。POC含量為1.79%～25.72%，上游POC含量顯著高于中下游（Plt;0.05），最高值出現(xiàn)在上游L3點(diǎn)。δ15N在湖泊和河流之間存在顯著差異（Plt;0.05），變化范圍分別為3.12‰～5.65‰（均值3.99‰±0.69‰）和5.10‰～10.93‰（均值7.14‰±2.72‰），湖泊lt;河流，但湖泊與河流之間的δ15N值并未發(fā)現(xiàn)明顯的相關(guān)性（Pgt;0.05）。PON含量介于0.26%～2.98%，明顯低于POC含量。綜上，顆粒物δ13C和δ15N在湖區(qū)與入湖河流之間均存在顯著差異，但在湖區(qū)和河流之間沒(méi)有顯著相關(guān)性。

2.2"" 表層沉積物有機(jī)質(zhì)的碳氮含量及同位素組成

如圖3所示，沉積物δ13C在湖泊與河流的差異顯著（Plt;0.05），湖泊δ13C為-24.48‰～-20.53‰，均值為（-22.19±1.22）‰，顯著高于河流δ13C值，河流為-28.18‰～-25.24‰，均值（-26.14±1.37）‰。湖泊相較于河流的δ13C值偏正，沉積物δ13C在湖泊與入湖河流之間沒(méi)有顯著相關(guān)性（Pgt;0.05）。沉積物δ15N為1.70‰～6.58‰，均值（3.57±1.61）‰，湖泊lt;河流。沉積物δ15N在湖泊與河流之間亦不存在顯著相關(guān)關(guān)系（Pgt;0.05）。TOC含量存在顯著的空間差異，湖區(qū)TOC含量為1.50%～27.58%，大于入湖河流TOC含量（0.24%±0.08%）。TON為0.16%～1.82%，均值0.86%±0.52%，湖區(qū)0.48%～1.82%，均值1.12%±0.39%，大于入湖河流（0.16%～0.34%，均值0.27%±0.09%）。沉積物在湖泊與河流之間差異顯著，但無(wú)明顯相關(guān)性。

2.3"" 顆粒物及沉積物有機(jī)質(zhì)來(lái)源定性分析

根據(jù)計(jì)算得到的草海顆粒物同位素值，可將有機(jī)碳、氮來(lái)源分為以下幾種：有機(jī)碳包括C3植物（-30.5‰～-24.8‰）（Meyers，1994；Cloern et al，2002）、陸生土壤有機(jī)質(zhì)（-26‰～-21‰）（Wang et al，2023；張樂(lè)天等，2023）、浮游植物（-42.0‰～-24.0‰）（Liu et al，2021）、水生植物（-30‰～-16‰）（Thornton et al，1994）、大氣沉降（-26‰～-23‰）（Ogrinc et al，2008）。氮包括陸生土壤有機(jī)質(zhì)（0‰～5‰）、土壤流失氮（3‰～8‰）（Kendall，1998）、陸生植物（3‰～7‰）（Kendall et al，2001）、水生植物（-10‰～20‰）（Kumar et al，2004）、浮游植物（5‰～8‰）（ Ye et al，2017）和本研究中的入湖河流泥沙（4.88‰～10.93‰）。初步推測(cè)顆粒物有機(jī)碳氮來(lái)源于以上端元。C/N也可大致判斷有機(jī)質(zhì)的來(lái)源情況，當(dāng)C/Nlt;8時(shí)表明內(nèi)源占比高，當(dāng)C/Ngt;8時(shí)表明同時(shí)受內(nèi)源和外源的影響（Wang et al，2023），顆粒物C/N均值為10.19，表明顆粒物受內(nèi)外源共同影響。

草海沉積物δ13C和δ15N分別為-24.48‰～-20.53‰和1.70‰～4.21‰（均值分別為-22.19‰±1.22‰和2.66‰±0.82‰），δ13C作為識(shí)別有機(jī)質(zhì)來(lái)源的指標(biāo)，其范圍主要涵蓋陸生土壤有機(jī)質(zhì)（-26‰～-21‰）、浮游植物（-42.0‰～-24.0‰）、水生植物（-30‰～-16‰）和大氣沉降（-26‰～-23‰），草海沉積物氮同位素范圍與水生植物（-10‰～20‰）和陸生土壤有機(jī)質(zhì)（0‰～5‰）最為接近，表明沉積物氮素主要來(lái)源于二者，除此還來(lái)源于化肥（0‰～3‰）（Kendall，1998）、土壤流失氮（3‰～8‰）和陸生植物（3‰～7‰），因草海沿岸C4植物較少（楊海全等，2017），所以陸生植物指C3植物。但是以上關(guān)于碳氮來(lái)源的結(jié)果僅定性了端元物質(zhì)，未量化各端元物質(zhì)對(duì)有機(jī)質(zhì)的潛在貢獻(xiàn)率，故需進(jìn)一步對(duì)顆粒物和沉積物的端元物質(zhì)進(jìn)行定量描述。

2.4"nbsp; 顆粒物和沉積物有機(jī)碳氮來(lái)源定量分析

草海位于威寧縣城附近，有機(jī)質(zhì)來(lái)源較復(fù)雜，因此碳氮同位素特征也較明顯：顆粒物和沉積物的碳氮同位素值在湖區(qū)與入湖河流之間均存在顯著差異（Plt;0.05），表明湖區(qū)與入湖河流的有機(jī)質(zhì)來(lái)源存在差異。在生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程中穩(wěn)定同位素可能會(huì)出現(xiàn)分餾，使得最終結(jié)果不準(zhǔn)確，因此僅靠單一指標(biāo)難以真實(shí)反映有機(jī)質(zhì)來(lái)源，故將δ13C、δ15N和C/N結(jié)合起來(lái)分析可而更加精確有機(jī)質(zhì)來(lái)源的范圍（Ogrinc et al，2008；冀文豪等，2018）。通過(guò)端元關(guān)系圖發(fā)現(xiàn)樣點(diǎn)分布較集中（圖4），可確定主要端元有土壤有機(jī)質(zhì)、水生植物和浮游植物，其中顆粒物以土壤有機(jī)質(zhì)、水生植物和浮游植物為主，沉積物以土壤有機(jī)質(zhì)和水生植物混合來(lái)源為主，由此推測(cè)顆粒物和沉積物聯(lián)系較緊密。基本上沒(méi)有樣點(diǎn)落在入湖河流端元范圍內(nèi)，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)來(lái)源可能受入湖河流影響較小，加之湖泊與入湖河流之間無(wú)明顯相關(guān)性，進(jìn)一步表明來(lái)源不受入湖河流影響。由圖4還發(fā)現(xiàn)有樣點(diǎn)落在端元范圍之外，推測(cè)原因可能是δ13C、δ15N和C/N分析有機(jī)質(zhì)來(lái)源存在不足（劉衛(wèi)國(guó)等，2019），因此本研究將進(jìn)一步采用同位素混合模型來(lái)定量分析。

通過(guò)MIXSIAR模型計(jì)算出顆粒物和沉積物有機(jī)碳氮的端元貢獻(xiàn)率（圖5）：顆粒有機(jī)碳來(lái)源分別為大氣沉降（21.1%）、水生植物（20.7%）、陸生土壤（20.6%）、浮游植物（19.9%）和C3植物（17.7%）；顆粒有機(jī)氮為土壤有機(jī)質(zhì)（25.6%）、水生植物（25.3%）、陸生植物（25%）和土壤流失氮（24.1%），顆粒物有機(jī)碳氮為內(nèi)外混合來(lái)源，以外源為主。3月枯水期湖內(nèi)水生植物碎屑?xì)埩簦袡C(jī)碳氮受水生植物影響。此時(shí)臨近春種，降水量增加，濕地內(nèi)黃棕壤淋溶性強(qiáng)（張家春等，2014），使得陸生土壤流失，土壤氮增加，同時(shí)也受到一部分C3植物（如馬鈴薯）影響。草海冬春多大風(fēng)天氣，大氣沉降通過(guò)污染物吸附于顆粒物上并以沉降的形式排入湖泊（趙亞偉，2019）。草海流域日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，浮游藻類(lèi)數(shù)量多也是碳來(lái)源之一。

沉積物有機(jī)碳為大氣沉降（34.4%），陸生土壤有機(jī)質(zhì)（32.6%）和水生植物（33%），沉積物有機(jī)氮以化肥（24%）、水生植物（21.5%）和土壤有機(jī)質(zhì)（20.7%）為主，沉積物有機(jī)碳氮也為混合來(lái)源，均受水生植物殘?bào)w和土壤有機(jī)質(zhì)的影響。沉積物作為污染物的匯集地，受到各種環(huán)境要素的影響，當(dāng)水生生物死亡后，沉降到湖底，其有機(jī)質(zhì)增加，C/N發(fā)生變化（王毛蘭等，2014），沉積物的C/N與有機(jī)質(zhì)的降解程度密切相關(guān)，草海沉積物C/N介于7.35～16.31，有89%的樣點(diǎn)C/Ngt;8，說(shuō)明受2種及以上物質(zhì)的影響，模型定量結(jié)果與此一致。沉積物同樣受冬春大風(fēng)天氣、陸生土壤流失及水生植物殘?bào)w的影響，3月春種周?chē)r(nóng)田不合理施用化肥會(huì)使農(nóng)田氮流失（何宗健等，2018）。

上中下游有機(jī)質(zhì)來(lái)源分布情況如圖5，空間差異較小。上游即湖泊東南部（圖1），毗鄰?fù)幙h城，各種污染物質(zhì)隨地表徑流匯入湖泊，水土流失亦嚴(yán)重（張征，2020）；東部湖區(qū)挺水植物豐富，植物凋亡后的殘?bào)w腐敗分解大量有機(jī)質(zhì)。中游即湖心區(qū)域，遠(yuǎn)離兩岸，生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定（李林蔚等，2022），碳氮來(lái)源分布情況較均勻。下游為湖區(qū)西北部，西部大量農(nóng)田以種植馬鈴薯等C3經(jīng)濟(jì)作物為主，因此下游顆粒物C3植物來(lái)源有機(jī)碳高于上游和中游。沉積物有機(jī)碳受大氣沉降影響明顯，推測(cè)是因?yàn)槭艿绞⑿酗L(fēng)的影響，風(fēng)速較大，大氣沉降攜帶的污染物在重力作用下，直接沉降于湖底。而沉積物氮的來(lái)源分布在上中下游基本無(wú)差異，說(shuō)明全湖沉積物氮來(lái)源無(wú)差異。綜上，上中下游均屬于內(nèi)外混合來(lái)源，并以外源輸入為主。

2.5"" 顆粒物和沉積物有機(jī)碳氮的相關(guān)性

根據(jù)定性與定量結(jié)果可知，顆粒有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于水生植物、浮游植物和陸生土壤有機(jī)質(zhì)，沉積物則主要來(lái)源于水生植物和陸生土壤有機(jī)質(zhì)。兩者有機(jī)碳氮來(lái)源存在差異，表現(xiàn)為：當(dāng)顆粒有機(jī)氮從以土壤有機(jī)質(zhì)和水生植物為主轉(zhuǎn)變?yōu)槌练e物有機(jī)氮以化肥為主時(shí)，推測(cè)是在顆粒物沉降為沉積物這一過(guò)程中，土壤有機(jī)質(zhì)和水生植物殘?bào)w易分解，而化肥氮易沉積（季寧寧等，2022）。此外，草海沉積物δ15N值（3.57‰±1.61‰）低于顆粒物δ15N值（4.96‰±2.11‰）也表明15N的消耗對(duì)顆粒物沉降過(guò)程中的N循環(huán)起著非常重要的作用（Herczeg et al，2001）。顆粒物和沉積物的δ13C、δ15N和C/N沒(méi)有顯著相關(guān)性（圖6），雖兩者有機(jī)碳之間有一定的相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05），但氮和C/N均不存在顯著相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05），說(shuō)明沉積物來(lái)源于長(zhǎng)期物理侵蝕的顆粒產(chǎn)物，同時(shí)局部環(huán)境的改變也是兩者存在差異的原因（Chen et al，2020）。

3"" 結(jié)論

（1）顆粒物和沉積物的δ13C、δ15N在湖泊與入湖河流之間差異顯著，其中δ13C表現(xiàn)為湖泊gt;河流，δ15N表現(xiàn)為湖泊lt;河流，表明湖泊與入湖河流的有機(jī)質(zhì)來(lái)源存在差異。顆粒物和沉積物兩者在湖泊與入湖河流之間無(wú)明顯相關(guān)性，說(shuō)明湖泊有機(jī)質(zhì)來(lái)源不受入湖河流這一端元的影響。

（2）草海顆粒物和沉積物有機(jī)碳氮來(lái)源存在差異。顆粒物有機(jī)碳來(lái)源以大氣沉降（21.1%）和水生植物（20.7%）為主，氮來(lái)源以土壤有機(jī)質(zhì)（25.6%）和水生植物（25.3%）為主；沉積物有機(jī)碳主要來(lái)源于大氣沉降（34.4%）和水生植物（33%），氮主要為化肥（24%）。

（3）根據(jù)顆粒物和沉積物來(lái)源特征，有效控制外源負(fù)荷（如提升草海沿岸植被覆蓋率）以及對(duì)內(nèi)源自生物質(zhì)的有效管控（如定期清除水生植物殘?bào)w），對(duì)于草海保護(hù)具有重大意義。

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（責(zé)任編輯"" 鄭金秀）

Organic Carbon and Nitrogen Isotope Characteristics and Source Analysis

of Particulate Matter and Sediment in Caohai Lake， Guizhou Province

LIAO Min， JIANG Xin， HUANG Xian‐fei， XIA Pin‐hua

（Key Laboratory of Mountain Information System and Ecological Environment Protection of Guizhou Province，Guizhou Normal University，Guiyang"" 550001，P. R. China）

Abstract：Caohai Lake is a typical karst lake on the Guizhou plateau， with a fragile ecological environment. Since 2020， Caohai Lake has transitioned from a grass-type lake to an algae-type lake， and water quality has deteriorated as aquatic vegetation declined. Identifying the sources of organic matter in the water and sediments of lakes is crucial for understanding the nutrient cycle and controlling eutrophication. In this study， we analyzed the total organic carbon （POC， TOC） and total nitrogen （PON， TON） of the particulate matter and sediments in the Caohai Lake and its inflow rivers. For source identification， the ratios of carbon isotopes （δ13C） and nitrogen isotopes （δ15N） and the ratio of carbon to nitrogen （C/N） of particulate matter and sediments were determined. The resulting data was fed into the MixSIAR isotope model， allowing the organic carbon and nitrogen sources and their contributions to suspended particulate matter and sediments to be qualitatively and quantitatively determined. In March 2023 （dry season）， water and sediment samples were collected at 13 sampling sites in Caohai Lake （L1-L9） and its four main tributaries （R1-R4） for analysis. The percentage content of POC and PON were 1.79%-25.72% and 0.26%-2.98% in the particulate matter and the percentage content of TOC and TON were （1.50%-27.58%） and （0.16%-1.82%）in the sediment， respectively. The δ13C and δ15N ranges of the particulate matter were from -27.56‰ to -23.64‰ and from 3.12‰ to 10.93‰， and the δ13C and δ15N of the sediments ranged from -28.18‰ to -20.53‰ and 1.70‰ to 6.58‰， respectively. The δ13C and δ15N values of the particulate matter and sediment both displayed significant differences and there were no clear correlations between Caohai Lake and the four tributaries， indicating that the lake and its tributaries have different sources of organic matter， and that the organic matter in Caohai Lake is not affected by inflow rivers. The primary sources of particulate organic carbon to the lake are atmospheric deposition （21.1%） and aquatic plants （20.7%）， and the primary sources of nitrogen is soil organic matter （25.6%） and aquatic plants （25.3%）. The organic carbon of the sediments primarily comes from atmospheric deposition （34.4%） and aquatic plants （33%）， and the nitrogen primarily from fertilizer （24%）. The difference in organic nitrogen sources between particulate matter and sediment shows that the organic nitrogen from soil organic matter and aquatic plants is easily decomposed， while nitrogen from fertilizer is readily deposited. The results provide a reference for controlling the sources of nutrient loading to Caohai Lake.

Key words：suspended particulate matter; sediment; MixSIAR isotope model; organic carbon and nitrogen sources; Caohai Lake