2.2沉积物中色素含量及有机质来源辨析


色素作为沉积物中反演湖库生态环境的重要化学生物标志物，不仅可以反映藻类生物量和表征特定生物来源，还可以记录藻类群落演替和初级生产力变化等重要信息。脱镁叶绿素是叶绿素a的降解产物，可以用叶绿素a和脱镁叶绿素来表征从水体中输入的有机质质量。由图4可知，沉积物中叶绿素a和脱镁叶绿素含量的垂向分布特征与含水率和烧失量具有一致性，开敞湖区（C1和C2）表层15 cm沉积物呈现明显的下降趋势，随后趋于稳定。开敞湖区沉积物中叶绿素a和脱镁叶绿素含量的最大值分别为3.7±0.2和26.6±0.7μg/g，而湖滨带沉积物叶绿素a和脱镁叶绿素含量的最大值分别为14.9±0.6和32.5±0.3μg/g，这与何延召等对巢湖沉积物中叶绿素a及其降解产物脱镁叶绿素的研究结果一致，巢湖表层沉积物中叶绿素含量在1.3——27.4μg/g之间，脱镁叶绿素含量在1.0——32.1μg/g之间，沉积物有机质主要以藻源性有机碎屑组成为主。研究表明，近年来，随着气候变化和富营养化程度的加剧，在富营养化湖泊巢湖、太湖、滇池，甚至部分水库，表层沉积物均以藻源性有机质为主。

图4沉积物中叶绿素a和脱镁叶绿素含量的垂向变化


为进一步验证沉积物中有机质来源，对沉积物中TOC和TN含量进行分析。由于陆生高等植物纤维素含量较高而蛋白质含量较低，而湖泊内源有机质富含蛋白质，纤维素含量低。一般而言，陆生高等植物的有机质C/N比通常为20——30，内源藻类有机质TOC/TN比为4——10之间，沉积物有机质TOC/TN比大于10则认为受到藻源性和陆源性有机质的共同影响。因此，利用沉积物中碳氮元素比可以判断沉积物中有机质的来源是湖泊自身还是外源输入。由图5可知，湖滨带（L1和L2）沉积物中，TOC/TN分别在5.6——7.3和8.3——11.3之间，而开敞湖区（C1和C2）沉积物中，TOC/TN比分别在6.3——13.1和7.2——19.8之间。究其原因，在主导风向东南风的作用下，在竺山湾湖滨带、侵蚀漕及挺水植物群丛内，堆积了大量碎屑残体而形成堆积层，该堆积层主要是藻类碎屑残体占优，局部区域夹带着水生植物碎屑残体及外源有机质，因而TOC/TN偏低。因此，根据以上的结果综合判断，太湖西北湖区竺山湾沉积物中有机质以藻源性为主，而开敞湖区沉积物中有机质则呈现出藻源性和陆源性混合输入的特征。

图5沉积物中碳氮比的空间变化


2.3沉积物中生物易降解有机质的垂向分布特征


藻型湖区沉积物中生物易降解有机质的组成和分布存在明显的空间异质性。沉积物中生物易降解成分占TOC的比重在46.3%——77.9%之间，组成上以脂类（7.7 mg/g）含量为主，其次是糖类（4.5 mg/g），蛋白质（0.8 mg/g）含量最低；空间上，湖滨带沉积物中生物易降解有机质含量显著高于开敞湖区（P<0.05），湖滨带沉积物中总蛋白、总糖和总脂的含量分别在0.1——3.5、3.1——16.3和6.3——10.9 mg/g之间，而开敞湖区中分别在0.1——1.9、2.5——6.0和4.3——9.6 mg/g之间（图6）。这与富营养化湖泊巢湖沉积物中易降解有机质的组成较为一致，巢湖沉积物中总蛋白、总糖和总脂含量分别在0.6——5.5、1.6——6.5和1.0——3.9 mg/g之间。究其原因，一方面，湖滨带更偏向滞水环境，有利于藻类碎屑残体的堆积，而开敞湖区水动力更强，沉积物再悬浮更严重，有机质降解更加充分，故表现为生物易降解有机质在湖滨带富集的特征。另一方面，在富营养化状态下，藻类碎屑残体的大量沉积，其中部分活性高的有机质优先降解，如色素、蛋白质、糖类等，而腐殖质等较难降解有机质会保留在沉积物中。对40种不同藻类细胞组分研究表明，藻细胞主要由蛋白质、糖类和脂类物质组成，不同组分的相对含量因藻的种类不同而有所差异。通常蓝藻中蛋白质含量较高（41%——69%），而硅藻中脂类含量较高（5%——43%），其中蛋白质是有机质中活性较高的组分，其含量和组成的变化对于底栖生物的分布、群落结构及动态有重要的影响。虽然藻类衰亡后释放多种有机质，且蛋白质和多糖是其主要组成，但其降解较快，4天内可分解其自身干重的50%，大量藻类碎屑残体在沉降到湖底之前，蛋白质等最易降解的有机质基本降解完全，其易降解程度表现为：蛋白质>总糖>总脂，因而沉积物中蛋白质含量较低，而脂类含量较高。

图6沉积物中生物易降解有机质的垂向变化


3结论


微电极系统（Unisense A/S，Arbus，丹麦）对富营养化湖泊藻型湖区沉积物~水界面理化指标的剖面特征及沉积物中生物易降解有机质的组成和分布特征进行研究，主要结论如下：


1）藻类碎屑残体沉降会影响沉积物~水界面的氧化还原环境，因呼吸、微生物降解而造成DO浓度降低，水和沉积物Eh快速下降，形成厌氧强还原环境，并产生大量H2S.


2）湖滨带藻类碎屑残体堆积严重，使得大量光合色素在沉积物中累积，表层15 cm以上沉积物含水率和烧失量较高，有机质含量丰富。


3）太湖竺山湾湖滨带沉积物中有机质以藻源性为主，而开敞湖区沉积物中有机质则呈现出藻源性和陆源性混合输入的特征。


4）藻型湖区沉积物中生物易降解有机质的组成和分布存在明显的空间异质性。组成上以脂类为主，其次是糖类，蛋白质含量最低；空间上，湖滨带沉积物中生物易降解有机质含量显著高于开敞湖区。