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中国疆域辽阔，自然条件变化多端，湖泊水库众多，主要分布在青藏高原、云贵高原、蒙新高原、东部平原、东北平原及山川[1-2]。根据《中国湖泊志》将东北平原与山地区，蒙新高原区和青藏高原区三类位于高纬度、高海拔地区的湖泊称为高寒湖泊。高寒湖泊所处区域一般气候寒冷冬季漫长[3-4]。由于其特殊的地理环境和极端的气候条件，高寒湖泊水文和水化学环境具有生态环境原始、环境承载能力差、自净能力弱、生物群落单一、对气候环境响应敏感等特点[5]。有研究[6-8]表明，受全球气候变化影响，高寒湖泊物质循环转化等过程已发生明显变化。
湖泊碳循环是生态系统重要的物质循环，湖泊沉积物是碳循环中重要的源与汇。在全球气候变化下，温度升高可能降低“碳库”的稳定性使沉积物由“碳汇”转化为“碳源”，在影响全球碳循环的同时对湖泊水环境造成影响。有机质是沉积物有机碳的主要表现形式，是各类碳水化合物、类脂物、蛋白质等组成的复杂混合体，影响着湖泊碳循环及营养循环等地球化学过程。同时，沉积物中有机质会通过吸附和微生物水解进入水体，并促进沉积物中氮磷的释放，促使水体富营养化。因此急需开展高寒湖泊沉积物中有机质赋存形态等的研究。
大力加湖是位于三江平原东部的典型高寒湖泊，是我国第三大河流黑龙江重要支流浓江河和鸭绿河冲积形成的沉积湖。大力加湖地处中俄边境，对维系中俄边界生物多样性、水环境安全及生态安全起到重要支撑作用。近年来，受气候变化和流域污染的影响，大力加湖水环境质量逐步下降，化学需氧量(chemical oxygen demand，COD)，指数常年处于Ⅳ~Ⅴ类标准，与2024年达到地表水环境质量Ⅲ标准的考核要求存在差距。为遏制大力加湖水质持续恶化，抚远市政府开展了湖区养殖清理、环湖村落综合治理、库岸区生态修复等相关措施，外源污染负荷输入大幅下降，内源污染逐步成为影响大力加湖水质的主要因素。该研究利用连续提取法、碳氮比值(C/N)、碳氮稳定同位素(δ13C与δ15N)、激发-发射矩阵荧光光谱(excitation emission matrix spectra，EEMs)结合平行因子分析(parallel factor analysis，PARAFAC)与区域积分法(fluorescence regional integration，FRI)技术分析了大力湖沉积物有机质赋存特征及来源。为大力加湖内源污染治理和水质改善提供科学依据和理论支持，同时为高寒湖泊的污染防治提供借鉴。
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大力加湖(东经 134°04'~134°17'，北纬48°12'~48°18')又名达利加湖，位于黑龙江和乌苏里江交汇的三角地带，湖型狭长，南北长为17 km，东西长为1.6 km，面积为28.5 km2，平均水深为5 m。大力加湖地处三江平原的低洼处，地势南高北低，汇集了浓江河、鸭绿河和黑泡河等沼泽性河流来水；受地理位置影响，流域地处寒温带湿润大陆季风性气候区，春季多风少雨，夏季短暂高温多雨，秋季凉爽湿润多雨，冬季漫长严寒多雪，年平均气温为3.4 ℃，年平均降雨量为954.7 mm，年平均日照为2 304 h，冻结期长，每年的11月中旬和次年的4月中旬属于冰封期，季节性大风明显。
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采样工作于2022年12月进行，为反映大力加湖沉积物中有机质空间分布现状，根据大力加湖形态大小，采用网格布点法均匀的布设点位(特殊点位根据现场调研情况进行调整)，共布设22个点位，在大力加湖下游(DLJ1~DLJ10)、大力加湖中心(DLJ11~DLJ16)、大力加湖上游(DLJ17~DLJ22)。采样点位覆盖全湖泊。用彼得森采泥器(CN-150)采集表层0~5 cm的沉积物样品，放入干净的聚乙烯袋中及时运到实验室冷冻，经冷冻后剔除沙石，动植物碎片等，研磨过100目筛，放入聚乙烯袋中备用。
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1)有机质、总氮、总磷的测定。沉积物有机质、总氮(total nitrogen，TN)和总磷(total phosphorus，TP)测定，分别参考《土壤有机质测定法》(NY/T 85-1988)、《土壤质量全氮测定凯氏法》(HJ 717-2014)和《土壤总磷测定碱熔-钼锑分光光度法》(HJ 632-2011)[9]。
2)有机质组分的连续提取。a.有机质连续提取基于国际腐殖酸协会所推荐的土壤腐殖酸提取办法，具体步骤为：取1 g沉积物干样置于聚四氟乙烯离心瓶中加入50 mL超纯水，在室温下振荡12 h，离心上清液，过0.45 μm滤膜后转至聚四氟乙烯塑料瓶中保存，即为表层沉积物的水可提取态有机质(water extractable organic matter，WEOM)[10-12]。
b.向剩余样品中加入1 mol·L−1的氢氧化钠和0.1 mol·L−1无水焦磷酸钠的混合溶液(体积比1∶1)50 mL，在室温下振荡12 h，离心出上清液，此步骤重复3~5次直至颜色变淡。将多次提取的溶液混合后，置于玻璃烧杯中，缓慢加入6 mol·L−1的盐酸，将溶液的pH调至1~2，缓慢搅拌混合溶液，此时烧杯中出现褐色絮状物，将烧杯置于水浴锅在60 ℃条件下加热2 h，静置12 h，让絮状物充分絮凝析出，随后将烧杯中的液体转移离心管中进行高速离心，分离后的上清夜即为溶于酸性条件的富里酸(fulvic acid，FA)组分，剩余固体即为溶于碱但不溶于酸的胡敏酸(humic acid，HA)。
c.聚四氟乙烯离心瓶中剩余的样品为不溶于酸也不溶于碱的胡敏素(humin，HM)，提取过程沉积物中矿物质和其他杂质未被完全去除，此阶段所得的HM为粗HM[13-14]。为进一步提纯，向剩余样品继续加入6 mol·L−1的盐酸，室温振荡12 h，随后在60 ℃条件下水浴加热2 h以去除样品中的碳酸盐，在以6 mol·L−1HCl和10%的氢氟酸混合溶液(体积比1∶2)在同样条件下反应去除硅酸盐。上述两个步骤重复多次直至反应过程中无气泡产生且上清液变成无色，离心去除上清液后用去离子水反复冲洗样品至中性，在50 ℃条件下烘干水分，对粗HM中的结合态矿物质进行分离。
d.向去矿化后的样品中加入甲醇-丙酮-二氯甲烷混合溶剂(体积比2∶3∶5)，在水浴超声震荡条件下溶解去除样品中的类脂物质和其他外源有机化合物，超声振荡2 h后去除提取液，去类脂过程重复2~3次至颜色变淡，残余溶剂用高纯氮气吹扫直至完全挥发，剩余样品在50 ℃下烘干，即为沉积物的HM。
3)荧光光谱扫描及荧光组分分析。a.荧光光谱分析。采用荧光分光光度计(RF-600，Shimadzu，Japan)对WEOM提取液进行分析，激发波长(Excitation，Ex)为200~450 nm，发射波长(Emission，Em)为200~600 nm，步长为5 nm，扫描速度为
6000 nm·min−1，以Milli-Q水为空白去除拉曼散射。在Matlap软件中运用DOMfluor工具箱运行PARAFAC模型，对预处理后的三维荧光数据进行分析，通过核心一致性检测和裂变检验来验证PARAFAC建模的时效性，并确当最优荧光组分个数。b.WEOM提取液的紫外-可见吸收光谱使用紫外分光光度计(UV-
2700 ，Shimadzu，Japan)进行分析测定，扫描范围为200~700 nm，步长1 nm。c.荧光区域积分法。按照Ex和Em的不同范围将荧光区域划分为5个区域，分别为区域Ⅰ(Ex/Em=200~250 nm /280~330 nm)为酪氨酸类蛋白质、区域Ⅱ(Ex/Em=200~250 nm /330~380 nm)为色氨酸类蛋白质、区域Ⅲ(Ex/Em=200~250 nm /330~550 nm)为富里酸类蛋白质、区域Ⅳ(Ex/Em=250~450 nm /280~380 nm)为可溶性微生物代谢物、区域Ⅴ(Ex/Em=250~450 nm /350~550 nm)为类腐殖酸类物质[15]。
4)碳氮比(C/N)和稳定同位素的测定。湖泊表层沉积物中总有机碳含量百分比与总氮含量百分比使用元素分析仪(Vario EL Ⅲ，Elemental，Germany)进行测定，取适量冷冻干燥后并研磨过筛的沉积物样品置于50 mL离心管中，用6 mol·L−1的盐酸溶液浸泡后过夜以去除无机碳，随后离心去除上清液，用超纯水反复清洗剩余样品至中性，在干燥箱中以105 ℃烘干至恒质量，随后上机测定。沉积物δ13C、δ15N使用稳定同位素质谱仪(Delta V Advantage，Thermo Fisher，USA)进行分析测定，为经过干燥研磨过筛后的原始样品。
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三维荧光数据用Matlap(2016) 进行处理完成，原始数据的统计处理选用Excel (2010)和PowerPoint (2010) 软件完成；文章内图表绘制由Origin 9.0软件完成；采样点分布由Arc Map(10.2)和Omap(2022)软件完成。
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1)大力加湖表层沉积物TN、TP、有机质空间分布特征。大力加湖表层沉积物有机质含量占比在2.26%~12.04%，平均值为6.88%(表1)。有机质含量较高区域主要集中在湖心，南部、北部湖区含量相对较低。TN含量在1 000~4 700 mg·kg−1，平均值为2 913.64 mg·kg−1，最小值为湖泊北部样点DLJ3，为1 000 mg·kg−1，最大值在湖泊南部进湖口样点DLJ22，为4 700 mg·kg−1。TP含量在135~2 328.5 mg·kg−1，平均值为712.75 mg·kg−1。样点DLJ8的TP含量最高为2 328.5 mg·kg−1，而样点DLJ22的TP含量最低为135 mg·kg−1。沉积物中TP(图1)、TN(图2)、有机质(图3)空间分布规律相似，总体上含量呈现由湖心向两侧呈递减的趋势。大力加湖心区域早期网箱养鱼，长期的饵料投喂，使得大量未被消化的饵料和鱼类粪便沉积，同时，伴随着农业的快速发展，流域内人类活动对大力加湖有机质、TN、TP含量产生较大影响[16-17]。此外，由表2可见，沉积物有机质与TN显著性正相关(P<0.01)，表明有机质和TN具有一定的同源性，控制有机质的含量是控制内源污染的关键因素。
表3对比了大力加湖与长江中下游湖泊表层沉积物的相关研究结果。可见，大力加湖沉积物中TN、TP、有机质含量相对较高。这可能是由于大力加湖地处东北高寒地区，该区域有机质本底值较高、全年温差大、冰封期长、低温下生物活性低，有机质矿化分解速率低，易于在沉积物中富集和保存。不仅如此，随着全球气温升高，该区域冻土消融现象增加，大量的有机碳裸露被微生物分解，造成有机质沉积，进一步促进有机质的积累[18-20]。此外，受周边农田退水等影响，氮、磷等营养元素持续输入，在沉积物中进行沉积，加剧湖泊TN、TP和有机质含量升高。
2)大力加湖有机质的组分特征及含量组成。各有机质组分的相对占比见图4。大力加湖表层沉积物中的HM是占比最高的组分，占沉积物总有机质平均值为59.50%。HA是沉积物中有机质的另一个主要贡献组分，占比在15.56%~50.70%，平均值在27.01%。FA的有机质占比相对较低，仅占沉积物有机碳的11.09%；WEOM在沉积物有机质中的占比最低，仅为2.4%。
大力加湖沉积物中WEOM、FA、HA和HM 4种主要成分组分比值为1∶4.6∶11.3∶24.8。与呼伦湖研究的结果相比，大力加湖沉积物中WEOM、FA、HA组分的有机质占比相对偏低[26]。这种差异可能是由于大力加湖地处东北黑土区域，本底值较高。此外，周围农业生产活动的影响导致大量营养元素输入湖泊，促进微生物的生长。微生物死亡后的有机残体沉积到沉积物中，增加沉积物中有机质的含量。全球气候变暖造成高寒地区冻土消融，导致WEOM、FA等较活跃的组分保留更多[27]。
3)表层沉积物WEOM的光谱特征。WEOM是沉积物4种有机质形态中活性最高的组分，其含量和组成对湖泊水环境有机质组成及特性有重要的影响，因此有必要对WEOM的形态组成做进一步分析[28]。使用紫外-可见光谱和三维荧光谱结合PARAFAC和FRI对WEOM的荧光组分和理化性质进行研究。
如图5所示，大力加湖表层沉积物WEOM的SUV254呈现由上游逐渐减小后增大的趋势，在进湖口和出湖口以及湖心出现较大值。SUV254是判断有机质分子的芳香化程度的重要指标，该值越大，表明有机质的芳香程度越高。在湖口和湖心处的沉积物中，有机质的芳香化程度较高，相对分子质量较大，分子成分更加复杂。E253/E203可用于判断有机质组分的官能团类型。E253/E203比值从上游到下游先减小后增大，在进出湖口处达到最大值[29]。这表明出湖口的有机质中羟基、羰基等极性官能团的含量逐渐增加。E300/E400判断有机质分子质量和聚合度的变化，当E300/E400>3.5时意味着沉积物有机质以FA为主，E300/E400<3.5则以腐殖化程度较高的HA为主[30]。大力加湖E300/E400比值在进湖口处呈现波动上升，在样点DLJ15达到最大值。除DLJ1和DLJ17点位外，整体上E300/E400>3.5，主要是由FA所主导，主要因素为大力加湖是典型的高寒湖泊，冬季水温溶解氧相对较低，微生物活性变弱，这导致有机质腐殖化程度较低。
使用三维荧光光谱结合PARAFAC对WEOM荧光组分组成结构进行分析，确定大力湖表层沉积物WEOM的4种荧光组分。采用OpenFlour数据(https://openfluor.lablicate.com)对4个荧光组分的特征与已发表研究成果进行比对，各组分的三维荧光特征光谱图和激发/发射波长信息见图6。
组分C1(Ex/Em=245 nm/305 nm)属于生物降解来源的酪氨酸，与WEOM中的芳环氨基酸结构有关。荧光峰对应于传统B峰(Ex/Em=225~230(270~290) nm/305~310 nm)[31]。C2组分(Ex/Em=200(270) nm/300 nm)相对应传统的低激发光类酪氨酸D峰(Ex/Em=225~235 nm/330~350 nm)区域，代表蛋白质类荧光峰[32]。C3组分(Ex/Em=205(270) nm/290 nm)具有2个激发峰和1个发射峰，其中205 nm/290 nm峰属于生物降解的类酪氨酸B峰[33]，270 nm/290 nm峰为类腐殖峰M峰，受浮游植物或水生细菌的生物降解作用影响，来源于微生物及水中藻类降解和人类活动造成的类腐殖质组分[34]。由于组分C3同时涵盖了类酪氨酸和类腐殖质的荧光光谱，因此，组分C3不能单独归类为类蛋白或类腐殖酸，可能是两者的混合物。C4组分(Ex/Em=460 nm/270 nm)为外来陆生腐殖质，最大荧光峰对应C峰(275~330(320~360) nm/380~460(420~480) nm)。C峰是外源输入腐殖质荧光峰，主要是河流输入及其携带的土壤溶解至水中的腐殖质，另外还包括水体内部浮游动植物及微生物经过细菌分解的残体，主要反应了水体的陆源特征[35]。
根据PARAFAC分析出现4个明显的荧光峰，B、D峰是类蛋白峰。B、D为生物降解后的酪氨酸，与有机质中的芳香结构有关。C、M峰是类腐殖质，M最初被认为是一种海洋类腐殖质，在淡水中可以代表微生物类腐殖质，经常在水体中发现[36]。C被认为是陆源输出的腐殖质，该类型荧光团在河流、湖泊、海洋、地下水被普遍检出[37]。一般认为，类腐殖酸主要是外源输入，来源于陆源残体的腐解降解产物等，类蛋白主要来源于藻类暴发后的生物残体分解释放或者农业面源污染。以上结果表明大力加湖表层沉积物WEOM的来源较为复杂。
为更深层次探究WEOM的荧光特性，运用FRI对WEOM的三维荧光光谱进行定量分析，详细解释WEOM 物质组成和荧光团的变化。大力加湖表层沉积物有机质中WEOM主要为酪氨酸类蛋白和色氨酸类蛋白，占比高达74.92%(图7)。所有采样点5个荧光组分积分标准体积在总积分标准体积中的占比均值从大到小依次排序为：Ⅰ酪氨酸类蛋白(71.27%)>Ⅳ溶解性微生物代谢物(13.92%)>Ⅴ腐殖酸类物质(5.58%)>Ⅲ富里酸类物质(5.57%)>Ⅱ色氨酸类蛋白(3.65%)。根据荧光峰位置以及前人研究可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ区与类蛋白相关，Ⅲ、Ⅴ与腐殖质相关，其中Ⅴ所代表的分子量更大，芳香化和共轭程度更高[38]。
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湖泊沉积物有机质来源主要分为陆源和自生源，陆源有机质主要来自于土壤颗粒和动物残肢体，以类腐殖质为主，主要通过土壤侵蚀或经过地表径流和河流携带输入湖泊。自生源有机质主要包括来自藻类、浮游生物、细菌等微生物作用下的降解产物和分泌物，其主要成分是类蛋白质。与陆源有机质相比，自生源有机质成熟度相对较低[39-40]。自生源和陆源有机质在湖泊沉积物中均具有各自碳氮同位素特征值，并且在物理混合中具有保守性质，可以在沉积物中得到有效的保留。碳、氮是有机体的重要组成，不同生物种类的C/N存在差异，高等植物C/N为14~23，水生植物为2.8~3.4[41]。因此，运用稳定同位素和C/N可以有效辨析沉积物有机质的来源[16]。
大力加湖表层沉积物有机质C/N特征值在8.57~14.08，平均值10.07，当C/N值在4~10时，表明有机质主要是浮游植物和藻类的降解，主要为自生源；C/N值处于10~20说明有机质可能受陆源和自生源的双重影响；C/N特征值大于20，说明挺水植物或陆生高等维管束植物是有机质的主要来源，主要陆地植物等陆源输入，当有机质主要来源于陆源维管束植物时，C/N值一般大于30或者更高[42-43]。根据C/N比可以看出，大力加湖表层沉积物受陆源和自生源的双重影响(表4)。
大力加湖表层沉积物有机质的δ13C特征值在−30.129‰~−24.593‰，δ15N特征值在4.427‰~9.106‰。表层沉积物有机质来源包括陆源植被输入、浮游植物藻类和污水排放。DLJ22样点处表层沉积物有机质来源可能还受土壤流失影响。结合湖泊周边环境分析，大力加湖位于浓桥镇和抚远市两处人口密集的城镇区域之间，沿岸以农田为主。沿湖村镇生活污水、养殖废水是湖泊水环境中有机质的主要输入方式。此外，湖岸的水生植物在枯萎凋亡后进入湖泊水体，经过分解和沉降，成为湖泊中沉积物的一部分。在入湖口，由于岸坡土壤侵蚀、径流冲刷、农业生产导致的水土流失，会造成外源土壤的有机质进入湖泊环境。同时，大力加湖初级生产力以浮游植物为主，蓝藻、绿藻是大力加湖的优势种，藻类死亡会释放大量的类蛋白物质，从而增强水体的自生源特性[44]。
利用C/N和δ13C、δ15N两个参数对大力加湖有机质来源的初步判断较为一致。即大力加湖有机质受陆源和自生源双重影响，其中以自生源为主。主要受控于湖泊内浮游植物的降解作用和沿岸村镇污水排放。
大力加湖位于黑龙江北部，是典型的东北高寒湖泊，有长达6个月的冰封期，全年温差大，夏季平均气温20.7 ℃，冬季平均气温−10 ℃。结果表明，在工业革命后100 a里地表温度上升1.4~5.8 ℃。我国多数区域温度增幅在1.0~1.5 ℃，高寒地区升高温度会超出这个范围[45]。虽然本研究仅针对冬季低温期沉积物有机质组分等进行了研究，但根据目前相关研究成果推测，气温持续升高会加快有机质矿化，冻融现象增加，导致冬季结冰期变短、有机质的转化加快，使更多的有机碳参与碳循环，进而影响高寒湖泊水环境质量、固碳能力和水生态系统的稳定性。
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1)大力加湖表层沉积物有机质含量占比在2.26%~12.04%，平均值是6.88%；TN含量在1 000~4 700 mg·kg−1，平均值为2 913.64 mg·kg−1；TP含量在135~2 328.5 mg·kg−1，平均值为712.75 mg·kg−1，空间分布上呈现湖心向两边递减的趋势。
2)通过与鄱阳湖、东平湖、巢湖等国内其他湖泊沉积物TN、TP、有机质进行对比发现，大力加湖TN、TP有机质含量处于较高水平。分析为大力加湖位于东北典型高寒地区，有机质本底值高、全年温差大、冰封期强、低温下生物活性低、有机质矿化分解速率低、易于在沉积物中富集和保存。
3)大力加湖表层沉积物中的有机质可分为WEOM、FA、HA和HM 4种主要成分，含量比值为1∶4.6∶11.3∶24.8。活性较高的WEOM荧光组分为类蛋白(C1、C2)、腐殖质和类蛋白混合物(C3)、类腐殖质(C4)。紫外光谱和荧光光谱分析结果表明主要组分的腐殖化程度低，主要以类蛋白为主。
4)大力加湖表层沉积物有机质主要来源于浮游植物的降解和沿湖村镇污水排放和农业退水等，表现出同时受外源和自生源影响，以自生源为主的特征。
5)根据WEOM较易矿化和分解，且在水沉积物界面存在浓度差，可进行自由扩散，以及大力加湖有机质组分为自生源，受人类活动、湖泊环境和气候变化影响等特征，建议加强对大力加湖沉积物有机质的长期监测，评估随着全球气候变暖，有机质释放对湖泊碳循环贡献的发生变化等。对有机质的源汇动态、反应机制和环境效应的深入了解，有助于预测未来环境变化对高寒湖泊生态系统的影响，可为相关环境管理提供科学依据。
高寒湖泊表层沉积物有机质的组分特征
Compositional characteristics of organic matter in surface sediments of alpine lakes
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摘要: 湖泊沉积物是全球碳循环过程的重要组成部分。高纬度地区气候寒冷，光照辐射较少，具有特殊的地理位置和气候环境，其沉积物有机质的赋存和迁移特征更容易受气候环境的影响。本研究以东北地区高寒湖泊大力加湖为例，采用有机质的连续提取法、碳氮比值(C/N)、δ13C和δ15N稳定同位素、三维荧光和紫外光光谱技术对大力加湖有机质空间分布、组分、来源和理化性质进行研究。结果表明：沉积物中有机质含量为2.26%~12.04%，平均值为6.88%，空间分布呈现湖心向两侧递减的趋势。有机质分级提取出：水提取态(WEOM)、富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素 (HM) 4种主要组分，其含量比例为1∶4.6∶11.3∶24.8；WEOM中共鉴别出4个荧光组分：2个类蛋白组分(C1、C2)、1个类蛋白和类腐殖质混合物(C3)、1个类腐殖质组分(C4)，其中C1以类酪氨酸荧光峰为主、C2以低激发态酪氨酸荧光峰为主、C3以类酪氨酸和类富里酸混合为主、C4以类腐殖酸为主；有机质C/N和稳定同位素δ13C、δ15N含量分别为8.57~14.08、−30.129‰~−28.288‰和4.427‰~9.106‰，表明有机质来源为陆源与自生源相互作用，根据荧光积分类蛋白组分占据总体的74.92%，说明有机质来源主要以自生源输入为主，腐殖化程度低。本研究揭示的大力加湖表层沉积物有机质的分布、组成及赋存特征等可为深入研究高寒湖泊有机质在气候变化和碳中和背景下的作用和高寒湖泊治理策略制定提供一定研究依据。Abstract: Lake sediments are pivotal in the global cycle. Particularly for those in high-latitude regions characterized by frigid climates and diminished solar radiation, the occurrence and migration characteristics of organic matters within them are easy affected by the climate and environment due to the unique geographic and climatic attributes. In this study, the alpine Dalijia Lake in Northeast China was taken as an example, then continuous extraction of organic matter, analysis of the carbon-nitrogen ratio (C/N), stable isotope analysis (δ13C and δ15N), three-dimensional fluorescence spectroscopy and ultraviolet spectroscopy were used to determine the spatial-temporal distribution, compositional characteristics, genesis and physicochemical properties of organic matter in Dalijia Lake sediments. The results showed that organic matter content in the sediments varies from 2.26% to 12.04%, with an average value of 6.88%, and a diminution tendency occurred from the central region towards the peripheries of the lake. Four principal constituents of organic matter were discerned: water-extractable organic matter (WEOM), fulvic acid (FA), humic acid (HA), and huminin (HM), and their content ratio was 1∶4.6∶11.3∶24.8. In WEOM, four fluorescent components were identified as follows: two protein-like fractions(C1 and C2), a combination of protein like fraction and huminin-like fraction(C3), a huminin-like fraction(C4), of which C1 is dominated by tyrosine fluorescent peak, C2 is dominated by low excited state tyrosine fluorescent peak, C3 predominantly features tyrosine-like and fulvic acid-like substances, C4 is chiefly composed of humic acid. The C/N ratio and δ13C and δ15N values of the organic matter were 8.57 to 14.08, −30.129‰ to −28.288‰, and 4.427‰ to 9.106‰, respectively. These metrics suggest a terrestrial autotrophic origin for the organic matter, based on the fluorescence integration, the protein-like components approximately accounted for 74.92% of total organic matter. This indicated a predominantly autogenous input for the organic matter with a relatively low level of humification. The results of composition, distribution and occurrence of organic matters in surface sediments of alpine Dalijia Lake in this study can provide a support for the deep study of the function of organic matter in alpine lakes under the background of calimate change and carbon neutralization and making a strategy on alpine lake control.
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Key words:
- dalijia lake /
- sediment /
- organic matter grading /
- spatial distribution
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图 1 大力加湖表层沉积物TP含量空间分布图
Figure 1. Spatial distribution of TP content in surface sediments of Dalijia Lake
图 2 大力加湖表层沉积物有机质及TN含量空间分布图
Figure 2. Spatial distribution of TN content in surface sediments of Dalijia Lake
图 3 大力加湖表层沉积物有机质含量空间分布图
Figure 3. Spatial distribution of organic matter content in surface sediments of Dalijia Lake
图 4 大力加湖表层沉积物有机质组分有机碳含量比例
Figure 4. Proportion of organic carbon content of organic matter fractions in surface sediments of Dalijia Lake
图 5 大力加湖表层沉积物有机质紫外光谱图
Figure 5. Ultraviolet spectra of organic matter in surface sediments of Dalijia Lake
图 6 大力加湖表层沉积物有机质组分光谱图和波长曲线
Figure 6. Spectrograms and wavelength profiles of organic matter fractions in surface sediments of Dalijia Lake
图 7 大力加湖表层沉积物水提取态有机质各组分区域积分占比
Figure 7. Percentage of regional integral for each fraction of water-extractable organic matter in the surface sediments of Dalijia Lake
表 1 大力加湖表层沉积物有机质、TN及TP含量
Table 1. The content of organic matter, TN and TP in the surface sediments of Dalijia Lake
污染物指标 有机质/% TN/(mg·kg−1) TP/(mg·kg−1) 最大值 12.04 4 700 2 328.5 最小值 2.26 1 000 135 平均值 6.88 2 913.64 712.75 标准方差 2.75 1 058.43 627.32 变异系数 39.97 36.33 88.01 
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表 2 大力加湖表层沉积物中有机质、TN及TP相关关系
Table 2. The correlation of organic matter, TN and TP in the surface sediments of Dalijia Lake
指标 有机质/% TN/(mg·kg−1) TP/(mg·kg−1) 有机质 1 TN 0.77** 1 TP 0.1 0.27 1 注： **表示P≤0.01。
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表 3 大力加湖表层沉积物与其他湖泊有机质及TN、TP含量对比
Table 3. Comparison of organic matter and TN and TP content in surface sediments of Dalijia Lake with other lakes
湖泊 数据来源 有机质/% TN/(mg·kg−1) TP/(mg·kg−1) 鄱阳湖 [21] 0.48~3.15(1.69) 304~2 228(1 216) 129~949(506) 东平湖 [22] 0.74~2.83(1.56) / / 洞庭湖 [23] 1.02~7.23(2.24) 402~2 410(1 054) 457~935(624) 巢湖 [24] 1.79~10.38(5.86) 64~3 005(1 794) 333~2 122(651) 太湖西部入湖口 [25] 2.77~6.49 / 304~1 462(669) 大力加湖 本研究 2.26~12.04(6.88) 1000 ~4 700(2 914)135~2 329(713)
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表 4 表层沉积物稳定同位素有机质来源参数
Table 4. The source parameters of stable isotope organic matter in surface sediments
特征值 取值范围/‰ 有机质来源 δ13C −25~−20 土壤 −23~−30 陆源植物 −28.5~−23 污水 −35~−25 浮游植物 δ15N 2~12 土壤 −5~18 陆源植物 7~25 污水 5~8 浮游植物
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