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桂林五里峡水库丰水期溶解有机碳特征

环境科学 2018年第5期39卷 2075-2085页

作者：卢晓漩李强靳振江彭文杰房君佳黄炳惠宋昂中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部、广西岩溶动力学重点实验室桂林541004 西南大学地理科学学院岩溶环境重庆市重点实验室重庆400715 联合国教科文组织国际岩溶研究中心桂林541004 桂林理工大学环境科学与工程学院桂林541006

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... 详细信息

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.

关键词：岩溶区岩溶水化学溶解有机碳 DOM吸收光谱五里峡水库

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

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环境科学 2017年第10期38卷 4120-4129页

作者：卢晓漩彭文杰李强房君佳靳振江宋昂黄炳惠于奭西南大学地理科学学院岩溶环境重庆市重点实验室重庆400715 中国地质科学院岩溶地质研究所/国土资源部广西岩溶动力学重点实验室桂林541004 桂林理工大学环境科学与工程学院桂林541006

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... 详细信息

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.

关键词：岩溶区溶解性有机质三维荧光光谱平行因子分析法岩溶水化学五里峡水库

广西五里峡水库夏季溶解无机碳行为的初步研究

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环境科学 2014年第8期35卷 2959-2966页

作者：刘文蒲俊兵于奭章程区绎如袁道先杨会唐伟西南大学地理科学学院重庆400715 中国地质科学院岩溶地质研究所/国土资源部广西岩溶动力学重点实验室桂林541004

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... 详细信息

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.

关键词：岩溶溶解无机碳稳定碳同位素组成热分层浮游生物五里峡水库

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五里峡水库中AAPB的生态分布特征

五里峡水库中AAPB的生态分布特征

作者：彭文杰桂林理工大学

学位级别：硕士

微型浮游生物因为在水体中分布广泛并且丰度较高,它们在生态系统中占据着非常重要的位置,在系统内能量传递、转化和物质循环等过程中发挥着至关重要的作用。AAPB是自然界重要的一类特殊的光合异养微生物,在生物地球化学循环的过程中具... 详细信息

微型浮游生物因为在水体中分布广泛并且丰度较高,它们在生态系统中占据着非常重要的位置,在系统内能量传递、转化和物质循环等过程中发挥着至关重要的作用。AAPB是自然界重要的一类特殊的光合异养微生物,在生物地球化学循环的过程中具有潜在的重要作用。本研究主要应用TA克隆技术和高通量测序等分子生物学方法对五里峡水库AAPB的多样性情况、群落分布及其影响因子进行探讨。笔者于2016年7月至2016年12月分四次在研究水库区采集0 m、5 m和10 m深度的样品,采样的同时进行水温、盐度等水质参数的检测。对采集水库的水样进行抽滤过膜处理,然后提取浮游微生物总基因组DNA,利用编码光反应中心的特定引物进行扩增,然后运用高通量测序技术进行测序,进而对AAPB多样性和群落结构分析。通过对水体离子分析,研究区水体水化学类型为HCO-Ca-Mg型,受碳酸盐岩风化作用控制且水岩作用显著。水温总体呈现从表层水向10 m处降低的趋势,夏季发生水温分层现象,而冬季水温在垂向上没有变化。使用C标记实验测试水体固碳速率,并将初级生产力与温室气体排放速率结合,得到五里峡水库夏季为大气CO的汇,变化范围在-30.143.47 mg·m·h,秋、冬季均为大气CO的源,变化范围在15.5715.06 mg·m·h,五里峡水库微型光合生物初级生产力与CO排放速率呈显著负相关,与CH排放速率呈极显著正相关,CO和CH通量与初级生产力存在直接相关关系。通过Realtime PCR实时荧光定量方法对样品中16S rRNA基因和pufM基因进行定量分析。细菌丰度变化和AAPB的丰度变化在垂向方向变化一致,表现为5m>0m>10m的动态变化,水体细菌丰度与AAPB的丰度、DO、HCO、电导率呈现极显著负相关,与水温、TOC呈极显著正相关,AAPB的丰度变化影响因子与细菌不一致,反映了AAPB这一类功能细菌与其他浮游微生物不同季节性模式,以及与其他细菌不同的环境相应。将C/N和δC指标结合推测水体有机碳来源,五里峡水库δC的范围在-35.44‰23.54‰之间,平均值为-29.65‰,同时C/N比值范围在2.246.46之间,均值为6.10,我们可以推测五里峡库区有机质的来源呈现较强的内源,主要受浮游生物的控制。通过统计已去除嵌合体的高质量序列作Alpha多样性分析,结合Shannon指数和Simpson指数的结果来看。微生物多样性最高点在第三次取样的WLX05号点,其香农指数达到6.42,最低点也在第三次取样的WLX08号点其香农指数为4.09,与第二次相比较小,WLX08点位于库区消落带,通过PCoA分析说明水库消落带水位变化对消落带细菌的多样性影响不大。在门水平对优势菌群分类,样品菌群可分为:Actinobacteria(放线菌门),Proteobacteria(变形菌门),Verrucomicrobia(疣微菌门),Bacteroidetes(拟杆菌门),Cyanobacteria(蓝藻门),Chloroflexi(绿弯菌门),Planctomycetes(浮霉菌门),Chlorobi(绿菌门),Firmicutes(硬壁菌门),Gemmatimonadetes(芽单胞菌门),Deinococcus-Thermus(异常球菌-栖热菌门),Acidobacteria(酸杆菌门),Nitrospirae(硝化螺旋菌门),Chlamydiae(衣原体门)和unclassified未分类细菌。其中Actinobacteria(放线菌门)和Proteobacteria(变形菌门)之和占所有菌群的62.6%0.2%。Beta多样性分析,各个样品之问群落结构的差异性表现为Actinobacteria(放线菌门)下的hgcI clade属,CL500-29 marine group属,Verrucomicrobia(疣微菌门)下的FukuN18 freshwater group属,Proteobacteria(变形菌门)下的OM43clade属,在样品中的丰度都较高。在微型生物大家族中,有OM43 clade属,Sphingomonas属,Methylobacterium属,Cupriavidus属,Novosphingobium属,Polynucleobacter属,Rhodovulum属,Rhodobacter属,Brevundimonas属和Methyloversatilis属属于AAPB功能菌,通过RDA分析,发现岩溶区的水生环境适合AAPB的生长,温度是直接影响AAPB群落组成的主要因素,这表明厌氧不产氧好氧细菌在岩溶地表水系统中有机碳的生产起到特殊作用,五里峡水库有机碳的来源不只是来自于光合植物,光合作用细菌也有不可忽视的作用。

关键词：五里峡水库 AAPB 高通量测序多样性

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

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岩矿测试 2017年第2期36卷 171-179页

作者：宋昂彭文杰何若雪靳振江卢晓漩房君佳黄炳慧李强中国地质大学(北京) 北京100083 中国地质科学院岩溶地质研究所广西桂林541004 桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林541006 西南大学地理科学学院重庆400715

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... 详细信息

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。

关键词：好氧不产氧光合细菌荧光定量PCR 岩溶水化学五里峡水库贫-中营养型水库

广西五里峡水库溶解有机质组成及来源特征分析

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广西五里峡水库溶解有机质组成及来源特征分析

作者：卢晓漩西南大学

学位级别：硕士

目前全球气候变暖以及全球气候的变化受到越来越多专家学者的关注,致力于减少大气CO含量的碳汇和封存技术的研究成了21世纪全球变化研究中的关键问题之一。在我国西南岩溶区“岩溶碳汇”有着重要的意义,在岩溶作用的推动下每年可以把许... 详细信息

目前全球气候变暖以及全球气候的变化受到越来越多专家学者的关注,致力于减少大气CO含量的碳汇和封存技术的研究成了21世纪全球变化研究中的关键问题之一。在我国西南岩溶区“岩溶碳汇”有着重要的意义,在岩溶作用的推动下每年可以把许多大气CO固定下来。但岩溶作用产生的“碳汇效应”也被Curl等学者质疑,认为岩溶地质作用不是严格意义上的碳汇,而是一个碳转移的过程。近年来为了回应这一质疑,岩溶专家们通过研究发现水生生物可以通过光合作用吸收溶解于水中的DIC并形成有机质,一部分会以DOM等有机碳的形式保存于水体中。而DOM则是全球最大的有机碳库,是全球碳循环这个系统的关键组成部分。在我国有着高达334万km岩溶区,筑坝水库广布,那么DOM在岩溶区水库水体中的特征和来源如何?因此本文以广西五里峡水库作为研究区,分别于2016年12月、2017年4月及2017年6月在库区进行采样,在对研究区水化学特征研究的基础上,再结合紫外吸收光谱和三维荧光光谱等手段对岩溶水体DOM的组成和来源情况进行探讨,以期为岩溶区水库DOM研究以及了解岩溶区水库碳循环特征提供基础研究依据。研究结果表明,研究区水体主要溶解离子有HCO、Ca和Mg,水化学类型属于舒卡列夫分类法中的HCO-Ca-Mg型。水体物理化学参数在水体浮游生物、降水稀释及岩石风化作用的共同作用下,表现出比较明显的时间变化特征。水温整体呈现出6月>12月>4月的趋势;DO在水体透明度以及水生生物光合作用等的影响下呈现出6月略高于其它两个采样期的特征。研究区水体水质良好,属于中等营养型水体,研究区TOC中有92%是由DOC构成的,DOC质量浓度呈现出12月>6月>4月的分布特征,在多种环境因子综合作用下垂直方向上的DOC质量浓度整体呈表层至底层降低的趋势。紫外吸收光谱表征下的研究区水体溶解有机质以小分子量物质为主,芳香性较弱,腐殖酸含量低,富里酸含量较多,水体有机质的内源性较强,内源物质对水体溶解有机质的贡献明显。研究区CDOM吸收系数a(355)的均值为0.52 m,处于较低水平,其中6月份水体中浮游生物光合作用强,水体细菌比较活跃,浮游植物初级生产力大,水体中的DOM浓度上升,导致6月份水体中a(355)的值略高于其他采样期。CDOM特征参数:相对较高的S值、M值指示下的研究区水体溶解有机质以小分子量物质为主,腐殖酸占有率低,富里酸占的较多;较低水平的SUVA254值、E253/E203值指示下的研究区水体DOM的芳香性比较弱,内源物质对水体溶解有机质的贡献明显,有机质中苯环上脂肪族等非极性官能团的比例比较多,苯环上羧基、羰基这类极性官能团比重少,表明研究区水体有机质的内源性较强。本研究中DIC与a(355)存在较好的相关关系,表明喀斯特水体中被水生浮游生物的光合作用转化成有机质的DIC对水体中DOM的形成有一定的贡献。PARAFAC模型在研究区共识别出3个存在单个或多个激发和发射波长最大值的荧光组分:C1、C2和C3,其中C1属于类富里酸物质、C2属于类腐殖酸物质、C1和C2这两个组分通常代表较难降解的DOM,C3属于类蛋白物质(色氨酸类),是一类主要被藻类、微生物降解产生的类色氨酸物质。其中12月份3个组分对应的激发、发射波长为C1(250,325/425 nm)、C2(260,370/470 nm)和C3(260/370nm),4月份3个组分对应的激发、发射波长为C1(250,300/400 nm)、C2(260,350/450nm)和C3(270/340 nm),6月份3个组分对应的激发、发射波长为C1(250,300/390nm)、C2(270,350/450 nm)和C3(280/340 nm)。三批样品的C1、C2和C3组分浓度所占比例均值为37%、33%和30%,C1、C2和C3的浓度在时间尺度上差异显著,其中6月C3组分比例最大,内源特征最强。综合分析研究区水体中的DOM三维荧光光谱参数,发现较高的BIX、β:α、FI值和较低的HIX值对研究区DOM来源有很好的指示性,与国内不同水体的DOM荧光参数比较之后得出研究区水体DOM来源应当受到陆源物质和内源物质的共同影响,但内源特征较强,表明微生物以及藻类这些内源物质应是研究区水体中溶解有机质的主要来源。

关键词：岩溶水化学溶解性有机质紫外吸收光谱三维荧光光谱五里峡水库