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湖泊是陆地生态系统中重要的有机碳蓄积库。沉积物有机碳是湖泊有机碳的主体组成部分,对维持湖泊生态系统的物质循环与能量流动具有重要意义。湖泊沉积物既是水体有机碳的汇,也是水体有机碳的源。研究表明,当外界环境发生变化或受到扰动的条件下,有机碳耦合营养盐可通过解吸、扩散和迁移等方式再次释放进入水体,成为湖泊内源污染源,加速湖泊富营养化进程。因此,对湖泊沉积物有机碳时空分布特征及其来源的研究,可以反演湖泊有机碳的历史输入变化,同时有助于揭示湖泊沉积物营养盐释放风险,对湖泊水体富营养化的防控策略研究具有重要意义。 本文选取抚仙湖和滇池两个不同类型的湖泊作为研究对象,系统采集表层沉积物和柱芯沉积物,分析了沉积物中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、碳氮原子比(C/N)及稳定碳同位素(δ13Corg),对沉积物有机碳来源进行综合示踪研究,取得了如下主要成果和认识: (1)抚仙湖沉积物TOC、TN含量整体呈现出“北湖高、南湖低,南北岸高、东西岸低,表层高、底层低”的分布特征。其中,抚仙湖流域地表侵蚀日益增强以及水体初级生产力不断提高是导致其表层沉积物TOC、TN出现快速积累的主要原因。 (2)滇池沉积物TOC、TN含量总体分布特征表现为草海>外海北部>外海南部>外海湖心。柱芯表层沉积物中TOC、TN的快速累积反映了滇池近几十年来的快速富营养化过程。 (3)对抚仙湖与滇池沉积物TOC和TN时空分布特征的对比研究表明,两个湖泊的TOC和TN含量都出现表层快速积累的现象,但滇池沉积物TOC和TN含量明显高于抚仙湖,这可能是滇池流域范围大量的生产生活污水排入以及居高不下的湖泊初级生产力所致。 (4)抚仙湖湖心区域及柱芯底部沉积物有机质C/N值偏小、δ13Corg偏正,表明其有机碳的主要来源为湖内初级生产;而近岸区域及表层样品C/N值偏大、δ13Corg偏负,明显受到外源土壤有机质输入的影响。 (5)对滇池沉积物有机碳来源的研究结果表明,由于受人为干扰程度较大,草海沉积物有机碳来源较为复杂,受内、外源多种因素共同影响;而外海沉积物有机碳主要来源于水体浮游植物,并在一定程度上受土壤有机质及生产生活污水输入的影响。柱芯沉积物C/N与δ13Corg的综合判别结果表明,滇池沉积物有机碳来源一直以来以内源为主。 (6)抚仙湖富营养化防控的重点是严格控制外源污染物输入,尤其是受外源输入影响最大的近北岸湖区。此外,抚仙湖沉积物柱芯C/N值从底部到表层呈明显的逐步增大趋势,表明抚仙湖沉积物有机碳中陆源有机碳所占比例持续增加,与内源有机碳相比,外源有机碳输入增加更快,指示近三十年来抚仙湖流域人为活动逐步增加、流域侵蚀和水土流失逐步加剧,应引起高度重视。因此,完善污水处理设施,加强流域内农业面源污染的管控,同时在入湖口建立湿地缓冲带,消除外源营养物质的排入,降低湖泊初级生产力,从而减缓湖泊富营养化进程,恢复抚仙湖原有生态。 (7)滇池富营养化防控的重点除流域内大量的生产生活污水的排入外,湖内较高的营养负荷也是导致滇池富营养化积重难返的重要因素。沉积物有机碳水平分布特征显示,滇池草海和外海北湖区有机碳含量显著高于其它湖区,此外,滇池沉积物柱芯TOC含量及δ13C剖面变化特征印证了滇池的富营养化历史,揭示了富营养化是滇池内负荷居高不下的重要原因。因此,滇池的首要问题是要先切断城市生产生活污水的排入,并恢复河道沉水植物生态系统以及建立入湖口湿地缓冲带等,降低入湖营养物质含量;其次要通过生态修复、曝气复氧、底泥环保疏浚以及底泥钝化等多种内源治理手段降低湖内营养负荷,减缓藻类的增殖速度,实现由重度富营养型湖泊向中度富营养型湖泊的转变,最终恢复到贫营养型湖泊。