太湖大型水生植物营养盐来源的稳定同位素研究
随着社会经济的高速发展,人为活动加剧,河流、湖泊、海洋等生态系统的环境受到巨大的影响:其中,湖泊富营养化是最为普遍、危害最大的环境问题之一。太湖是我国第三大淡水湖泊,位于长江三角洲地带,是无锡、苏州主要的饮用水源地之一。近年来,在太湖周边地区人口密度不断增加、经济快速发展的同时,太湖的生态环境也发生了重要的变化,富营养化趋势逐渐加重。湖泊沿岸地带是典型的水陆交互作用地带,为湖泊主要的初级生产者一大型植物提供了生存环境,其营养来源主要有两部分:一部分来自湖泊内部,另一部分来自陆源输入。本研究利用稳定同位素技术手段,从大型植物营养来源的角度进行分析:一方面,通过同位素添加实验,了解蓝藻水华携带的(内源)营养盐被大型植物(苦草和伊乐藻)利用和滞留的特征；同时,分析太湖沿岸不同地段水生植物(芦苇)氮同位素自然丰度,从而确定太湖沿岸带水生植物的主要氮源,并揭示太湖氮污染的主要来源,为太湖的保护和管理提供理论依据。
通过用15N-NH4+对蓝藻微囊藻进行标记,将标记后的蓝藻碎屑干燥磨碎混合成溶液添加入沉积物中,分析植物不同部位15N的增量,结果表明:太湖两种沉水植物一苦草(Vallisneria spiralis)和伊乐藻(Elodea nuttallii)根、茎、叶等部位的15N迅速增加,显示这两种植物均能快速地吸收利用微囊藻来源的氮,并且两种植物的根把吸收的氮转移到地上部分,随后在植物的不同部分储存下来用于维持植物的生长；同时,种植苦草的系统滞留沉积的微囊藻碎屑中氮的能力明显高于种植伊乐藻的系统。
对太湖沿岸植物同位素自然丰度值的分析结果表明,不同采样点芦苇的δ15N值有明显的差异。太湖北部的梅梁湾、东北部的贡湖湾,以及南部和西部的主要入湖河流处芦苇的605N值均较高,表明这些地区的氮输入以生活污水为主。而太湖东南部芦苇较低的δ15N值表明该地区生活污水输入较少。太湖沿岸沉积物有机质δ13C和δ15N值的空间差异也较明显,表示出的太湖的污染状况与芦苇所示的相似:西部沿岸区、贡湖湾、梅梁湾较大,其次为南部沿岸区、竺山湾、东部沿岸区,最小的则为东太湖。太湖岸边21个样点水样中的硝酸盐和铵盐的氮稳定同位素(15N)分析显示:NO3-δ15N值与Chl a浓度呈负相关关系；NH4+-δ15N值高于NO3-δ15N值,且与TN浓度呈显著的正相关关系；同样说明太湖来自生活和动物废水的污染比较严重。
芦苇不同部位的δ13C和δ15N值不同。δ13C值方面,芦苇根最大,其次是茎,最小的为叶子；δ15N值方面,茎最大,其次为叶子,最小的则为根。分析造成植物不同器官δ13C值不同的因为主要有:运输过程中的同位素分馏、不同植物器官中化学组成成分不同、呼吸过程的δ13C值不同、羧基化作用率不同。造成植物不同器官δ15N值不同的因为主要有:硝酸盐在根系和地上部分同化过程中的同位素分馏不同、由根传输到地上部分的15N的富集、氮在根系中损失、植物地上部分氮的挥发等。
本研究表明太湖沿岸大型植物不仅可以利用、滞留来自流域的营养盐,同时也能快速利用、滞留来自敞水区蓝藻水华携带的营养盐。因此,沿岸带大型水生植物不仅可以抑制植被区浮游植物水华的发生,还可以通过沿岸带-敝水区的耦合作用,降低敞水区的营养盐,从而有利于整个湖泊生态系统的健康。本研究同时显示,生活污水仍是太湖氮污染主要来源,因此,太湖富营养化控制必须进一步加强生活污水排放的控制。
- 作者：
- 张雷燕
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 环境科学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2010年
- 导师姓名：
- 刘正文
- 中图分类号：
- X524
- 关键词：
- 氮稳定同位素；大型植物；营养盐来源；蓝藻碎屑；生活污水
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