太湖易降解有机质的外源负荷及其对氮磷营养盐的影响

Organic matter has great impact on lake ecosystems and element cycling, as the source of carbon and energy. An increase in the rate of supply of organic matter to an ecosystem was defined as eutrophicaion. The influence of nitrogen and phosphorus on eutrophication is being paid much attention, while it is still unclear for the influence of organic matter load on eutrophication and algal blooms in lakes. This project takes hypertrophic and shallow Lake Taihu as the object of study, to reveal the influence of allochthonous organic matter with different biodegradability on nitrogen and phosphorus cycling process in the lake. High-frequency in situ observations, simulated incubation experiments in the laboratory, stable carbon and nitrogen isotope composition determination for source tracing, and mathematical statistics are used in this project, to clarify the input flux, temporal and spatial distribution of allochthonous organic matter in different forms, and its nutrient effect both at the sediment-water interface and in the water column. It is expected in this project to demonstrate the contribution of allochthonous organic matter to the organic matter pool in the water column of the lake, and the influence of organic matter input on nitrogen and phosphorus cycling and eutrophication, which could provide a new perspective and theoretical principle for the eutrophicaion control in large and shallow lakes.

有机质作为碳源和能量来源，对湖泊中的关键生态过程及元素循环具有重要的作用，也是湖泊富营养化程度的关键标志。然而在湖泊富营养化机制的研究中，对氮磷的作用关注较多，而对有机质负荷、特征的富营养化和蓝藻水华效应了解不足。本项目拟以太湖这一蓝藻水华严重的复杂浅水湖泊为例，从不同降解特征的外源有机质负荷及其营养盐效应入手，采用野外高频观测、室内受控实验、稳定同位素溯源及数理统计相结合的研究方法，通过对太湖关键入湖河道、关键湖区不同降解特征有机质的通量、时空分布、营养盐水土交换及水相循环效应的研究，阐明不同降解特征的外源有机质负荷对大型湖泊的营养盐水体赋存量、生物供给能力、蓝藻水华效应等的影响机制，为大型浅水湖泊富营养化治理提供新的视角和理论支撑。

有机质增加是湖泊富营养化的根本标志，外源有机质输入会改变湖体有机质的分布与赋存，并积累在湖体中持续参与湖泊生源要素内循环。目前在富营养湖泊治理中对于外源氮磷控制高度重视，而对于外源有机质带来的生态效应研究较少。本项目选取受人为外源输入影响较大的富营养湖泊太湖为研究对象，基于太湖周边主要出入湖河道及湖体有机质和营养盐含量的周年调查研究，阐明了太湖外源有机质及营养盐输入的周年变化特征，揭示了强降雨过程前后重要河流有机质和营养盐输入含量的变化，定量估算了太湖外源有机质和营养盐的年输入通量，评估了外源输入对湖体有机质赋存的贡献，并结合3个季度不同来源河道水添加的室内模拟培养实验，探讨了外源有机碳添加对湖体营养盐循环的作用机制，研究结果表明：1）河道有机质与营养盐输入仍然是太湖重要的来源，河道与湖体有机质、营养盐的分布都呈现“西北高东南低”的空间差异，对太湖富营养化的治理仍需将重点放在流域面源污染控制方面；2）太湖流域典型降雨过程对河道有机质输入有显著影响，春雨对有机质输入浓度和负荷都有明显提高，夏季强降雨过程会稀释河道有机质浓度，但增加有机质的入湖通量；3）生物可降解溶解性有机质因易被藻类吸收利用呈现出冬季高、夏季低的特点，尤其在藻华严重的西北部河道季节差异巨大，控制该有效态有机碳的外源输入对富营养化控制有重要影响；4）结合河道径流量变化情况估算得到2016年太湖主要河道溶解性有机碳、总氮、总磷年输入量分别为2.80万吨、2.24万吨和900吨，外源输入的有机质和磷不仅增加了湖水中赋存量，更有部分沉降至沉积物中成为内源；5）外源碳输入增加可通过直接或间接的作用影响上覆水氮、磷营养盐的浓度，不同点位沉积物和水体污染程度、底泥属性等对于有机质添加的响应都会有很大的影响。本项目发表学术论文5篇，其中SCI论文4篇，获得环境保护科学技术奖1项。