好氧不产氧光合细菌反馈作用下的五里峡水库坝前水体化学特征研究

微生物是水体生物地球化学循环的主要驱动者,也是能量代谢的主要参与者,在水体生态系统多样性与稳定性方面发挥着举足轻重的作用。好氧不产氧光合细菌(AAPB)是水体中一类分布广泛的重要功能类群,它们可利用光能补充自身能量代谢,并影响水体化学组分,其重要性被人们广泛认可并深入研究。为探讨岩溶区AAPB反馈作用下的五里峡水库坝前水体化学特征,本文对坝前不同层位水体进行实地监测,在获得不同层位水体溶解有机碳和颗粒有机碳稳定碳同位素特征的基础上,采用荧光定量PCR技术检测、研究了坝前水体不同层位AAPB分布规律。结果表明:取样期五里峡水库坝前水体为HCO_3^--Ca^(2+)-Mg^(2+)贫-中营养型;通过水体溶解氧、δ^(13)CPOC、δ^(13)CDOC和碳氮比综合分析得出,坝前水体有机碳主要由微型生物产生;AAPB占总浮游细菌的相对丰度范围在1.33%~1.60%,且AAPB在不同层位的丰度变化强度要高于总浮游细菌的丰度变化强度,表明相较于总浮游细菌,AAPB对水化学特征的反馈作用更加敏感;使用典范对应分析可揭示水体理化性质与AAPB的内在联系,结果显示AAPB和总浮游细菌均受浊度的影响较大,故基于颗粒沉降的海洋微生物泵作用也适用于陆地岩溶水库。因而,AAPB反馈作用下的水化学特征对揭示CO_2-水-碳酸盐岩-微生物代谢体系具有重要的启示意义。

五里峡水库初级生产力对水气界面二氧化碳和甲烷排放速率时空变化的影响

近年来水库温室气体备受关注,为揭示水库水气界面CO_2和CH_4在时间和空间上的变化特征,于2016年7~12月采用静态箱法在五里峡水库对其CO_2和CH_4排放速率进行4次监测,并测试微型光合生物初级生产力等.结果表明,五里峡水库夏季为大气CO_2的汇,变化范围在-30.14^-3.47 mg·(m^2·h)^(-1),秋、冬季均为大气CO_2的源,变化范围在15.57~115.06 mg·(m^2·h)^(-1).甲烷排放速率在夏季变化幅度明显,变化范围在0.08~1.03 mg·(m^2·h)^(-1),而在秋、冬季变化稳定,变化范围在-0.07~0.43 mg·(m^2·h)^(-1).受水库周期性蓄水和排水影响,CO_2和CH_4排放速率在空间上表现为水库消落带和坝尾较低而库区较高的分布格局.此外,CO_2和CH_4排放速率时空变化与微型光合生物初级生产力分别呈显著负相关和正相关(r为-0.477和0.771).这是因为产甲烷菌能够将夏季微型光合生物固定的有机碳转化成CH_4释放到大气中,从而使微型光合生物对水圈CO_2和CH_4循环产生负反馈效应和正反馈效应.因此,本研究结果为进一步评估微型生物对岩溶水体碳循环的贡献提供了理论依据.

广西五里峡水库夏季溶解无机碳行为的初步研究

为更加清晰地认识无机碳在岩溶水库水体中的循环转化过程,2013年7月初对位于岩溶区的广西五里峡水库沿流程方向不同地点不同深度水体进行现场监测.结果表明:1研究区水体水化学主要受碳酸盐平衡体系控制,水化学类型为HCO3-Ca+Mg型.2水体溶解无机碳(dissolved inorganic carbon,DIC)含量及其同位素组成δ13CDIC分布特征:沿流程方向从库尾到坝前同一深度不同取样点DIC含量呈减小趋势(DIC(平均):1.03～0.78 mmol·L-1),δ13CDIC则逐渐变重(δ13CDIC(平均):-10.21‰～-6.62‰).沿垂直方向从表层向库底DIC含量呈增加趋势(DIC(平均):0.86～1.05 mmol·L-1),δ13CDIC则逐渐变轻(δ13CDIC(平均):-7.88‰～-13.39‰).分析认为:1碳酸盐岩溶解沉淀过程对研究区水体DIC含量及δ13CDIC的影响有限或被其它过程平抑.2研究区水体存在热分层现象,其通过影响水库不同部位、不同深度水生生物新陈代谢的方向及强度、有机质分解强度等对水体DIC及δ13CDIC产生影响,使之出现前述变化趋势.

桂林五里峡水库丰水期溶解有机碳特征

为更全面、准确把握岩溶碳循环特征,本文在获取桂林五里峡水库丰水期水化学及溶解有机碳(DOC)分布特征的基础上,还借助紫外吸收光谱技术对水体有机质分子量大小等进行分析.结果表明,五里峡水库丰水期水化学类型仍为HCO_3-Ca·Mg型,水体营养状态为中等营养型,未达到富营养状态;五里峡水库丰水期DOC质量浓度比枯水期低,DOC为TOC的主要组成部分,DOC质量浓度在垂直方向上呈表层至底层降低的趋势,这是Chl-a、DIC等水环境因子综合影响的结果;S_(275~295)、M、SUVA_(254)、E_(253)/E_(203)吸收光谱特征参数表征下的库区水体有机质以小分子量物质为主,富里酸所占比例高,腐殖酸所占比例低,芳香性较弱,苯环上脂肪族等非极性官能团含量较多,表明库区水体DOC内源特征较强,有机质生物活性较好,在水库碳循环中发挥了积极作用.

岩溶区水库冬季溶解有机质组成特征及来源:以桂林五里峡水库为例

近年来,三维荧光技术被广泛应用于研究天然水体中溶解有机质(DOM)的物理化学特性.为了解岩溶区水库水体溶解有机质的特征,利用三维荧光光谱并结合平行因子分析法研究桂林五里峡水库冬季水体中DOM分布特征及其来源,探讨其水化学特征以及初步估算DOM荧光组分的相对比例.结果表明,五里峡水库水体中的Ca^(2+)、HCO_3^-为主要阳阴离子,水体水化学主要受碳酸盐风化作用影响,DOC质量浓度占TOC质量浓度的91%;五里峡水库水体DOM在冬季主要由类富里酸、类腐殖酸和类色氨酸组成;荧光指数、腐殖化指标、自生源指标和新鲜度指数显示五里峡水库水体DOM在冬季整体呈现弱腐殖质化特征,自生源特征明显,微型光合生物对水体中DOM的形成起到至关重要的作用,说明水生微型生物的光合作用在岩溶碳循环中扮演着重要的角色.