吳紅寶，秦曉波，呂成文，李玉娥，廖育林，萬(wàn)運(yùn)帆，高清竹，李勇

（1.安徽師范大學(xué)國(guó)土資源與旅游學(xué)院，安徽蕪湖241000；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081；3.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，長(zhǎng)沙410125；4.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所/亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙410125）

脫甲河流域水體溶解有機(jī)碳時(shí)空分布特征

吳紅寶1，2，秦曉波2*，呂成文1，李玉娥2，廖育林3，萬(wàn)運(yùn)帆2，高清竹2，李勇4

（1.安徽師范大學(xué)國(guó)土資源與旅游學(xué)院，安徽蕪湖241000；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081；3.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，長(zhǎng)沙410125；4.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所/亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙410125）

以亞熱帶脫甲河農(nóng)業(yè)小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，利用高溫催化氧化法和頂空平衡-氣相色譜法對(duì)脫甲河水系4級(jí)河段（S1、S2、S3和S4）溶解有機(jī)碳（DOC）濃度與環(huán)境因子進(jìn)行了1年周期（2014年12月至2015年11月）的連續(xù)觀測(cè)，并初步探討了DOC濃度與環(huán)境因子間的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：脫甲河DOC濃度范圍在0.46～9.54 mg·L-1之間，均值為3.09±0.01 mg·L-1；在季節(jié)變化上，DOC濃度表現(xiàn)為夏季＞春季＞冬季＞秋季；在空間分布上各級(jí)河段DOC濃度隨河流級(jí)別的增加逐漸增大，變化范圍為（1.36±0.07）～（4.25±0.21）mg·L-1，4級(jí)河段間DOC濃度出現(xiàn)了顯著差異（P＜0.01），表明外源輸入可能是不同河段DOC濃度變異的主要原因；DOC濃度與河水溶存二氧化碳（CO2）濃度、鹽度、溫度、溶解總固體（TDS）及電導(dǎo)率（EC）呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與溶解氧（DO）呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），而與pH值變化無(wú)顯著關(guān)系。研究表明，不同強(qiáng)度的水體理化性質(zhì)及外源輸入是造成DOC濃度差異的主要原因，研究結(jié)果可供亞熱帶其他農(nóng)業(yè)小流域水系DOC濃度時(shí)空分布及影響因素研究參考。

溶解性有機(jī)碳；時(shí)空分布；環(huán)境因子；脫甲河

溶解有機(jī)碳（DOC）是河水中有機(jī)碳的重要組成部分，在全球碳循環(huán)中是最活躍、最敏感的指標(biāo)［1］。據(jù)估計(jì)，陸地生態(tài)系統(tǒng)每年通過(guò)河流徑流輸送到海洋中的有機(jī)碳達(dá)4×1014g［2］，相當(dāng)于全球陸地生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力的1%～2%［3］，其中溶解有機(jī)碳約為2.5×1014g，占60%左右［2］。河流DOC既可以表征河水中有機(jī)物含量和生物活動(dòng)水平，反映水質(zhì)污染程度，又能記錄人類活動(dòng)如植被破壞、農(nóng)田灌溉、修建水利設(shè)施等對(duì)流域環(huán)境的改變［4-5］。因此，研究河流DOC濃度及其分布，對(duì)掌握流域內(nèi)自然狀況具有顯著的環(huán)境意義。

河流DOC主要來(lái)源于土壤侵蝕、人類生產(chǎn)排放的有機(jī)廢棄物、廢水和河水中浮游植物的分泌物［6-7］，受流域內(nèi)河流水質(zhì)狀況、地質(zhì)與土壤背景、水文過(guò)程、植被狀況及氣候變暖等因素的影響［8］，不同地區(qū)不同季節(jié)河流DOC濃度具有一定的差異。研究發(fā)現(xiàn)，泰加林地區(qū)河流DOC濃度約是阿爾卑斯山地區(qū)河流的20倍［9］。受降水“沖刷效應(yīng)”影響［9］，長(zhǎng)江［10］、西江［11］、伊春河［12］及臺(tái)灣蘭陽(yáng)溪［13］汛期DOC濃度高于枯水期。近年來(lái)，農(nóng)業(yè)化肥施用、工業(yè)和生活污水的注入，河流水體富營(yíng)養(yǎng)化日益嚴(yán)重［14］，引起水體DOC濃度呈增高的趨勢(shì)。Skjelkvale等［15］對(duì)歐美12個(gè)水域DOC濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)11個(gè)區(qū)域DOC濃度增加。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)河流DOC濃度研究多從流域降水強(qiáng)度響應(yīng)、流量季節(jié)變化及水溫差異等方面展開(kāi)，對(duì)河流水體pH值、溶解氧、鹽度、電導(dǎo)率和溶解性總固體等理化性質(zhì)強(qiáng)度及水體CO2濃度變化對(duì)其產(chǎn)生的影響研究較少。因此，本文以脫甲河農(nóng)業(yè)小流域?yàn)槔?，?duì)河流水體DOC濃度進(jìn)行研究。農(nóng)業(yè)小流域的碳排放通量對(duì)全球碳循環(huán)有顯著貢獻(xiàn)，理解河流對(duì)全球碳循環(huán)的影響效應(yīng)不能忽視農(nóng)業(yè)小流域的研究，但是目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)農(nóng)業(yè)小流域水系DOC變異規(guī)律及影響機(jī)制的研究卻鮮有報(bào)道。

作為典型農(nóng)業(yè)丘陵地帶的脫甲河流域，人類生產(chǎn)活動(dòng)頻繁，河流水質(zhì)受“農(nóng)—工—牧”多重綜合疊加因素的潛在影響很大，使得脫甲河流域DOC分布變得更加復(fù)雜。本文選取脫甲河各級(jí)水系為研究對(duì)象，從2014年12月至2015年11月對(duì)其溶存DOC濃度進(jìn)行了為期1年的連續(xù)觀測(cè)，旨在分析河流DOC濃度時(shí)空分異特性以及環(huán)境因子對(duì)其的影響，以期為典型亞熱帶農(nóng)業(yè)丘陵區(qū)域河流對(duì)全球碳循環(huán)的貢獻(xiàn)提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究對(duì)象脫甲河是湘江的二級(jí)支流，位于湖南省長(zhǎng)沙縣東北部金井鎮(zhèn)境內(nèi)，東經(jīng)112°56′～113°36′，北緯27°55′～28°40′，流域面積52.12 km2，海拔56.0～434.8 m，呈現(xiàn)北高南低的趨勢(shì)。

脫甲河流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，具有典型的中亞熱帶季風(fēng)氣候特點(diǎn)，雨熱同期，四季分明。年平均氣溫17.2℃，年平均降水量1200～1400 mm，且集中在春夏兩季。區(qū)內(nèi)土壤類型主要以紅壤和水稻土為主，植被以杉樹(shù)和茶樹(shù)等人工林為主。脫甲河流域土地利用類型主要有山區(qū)林地、耕地、茶園、城鎮(zhèn)居民用地，土地利用類型的變遷導(dǎo)致污染負(fù)荷也隨之發(fā)生變化，脫甲河中下游農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鎮(zhèn)居民生活、工業(yè)污染已成為影響河流水質(zhì)及土壤養(yǎng)分流失的重要隱患。

1.2 采樣與分析

經(jīng)過(guò)對(duì)脫甲河小流域的實(shí)地考察，根據(jù)流域水系分級(jí)特征，選擇了4級(jí)河段作為研究對(duì)象：S1、S2、S3、S4，其中S1為源頭支流，S2和S3分別為2級(jí)和3級(jí)支流，S4則屬于脫甲河干流及流域出口所在河段。S1土地利用方式為林地，S3河段則以稻田為主，而S2與S4河段則是城鎮(zhèn)居民住宅區(qū)與稻田復(fù)合分布。針對(duì)每級(jí)河段，分別在其上游、中游和下游設(shè)定1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)，采樣頻率為每周1次，周年連續(xù)觀測(cè)，每次試驗(yàn)樣品總計(jì)4×3×3=36個(gè)。采樣點(diǎn)的分布及其位置如圖1所示［12］。

每次試驗(yàn)采集各觀測(cè)點(diǎn)表層0～20 cm水樣。為避免上游來(lái)水對(duì)下游水樣的影響，采樣自下游到上游順序進(jìn)行。采集水樣時(shí)，盡量避免攪動(dòng)底泥，以減少河底泥沙懸浮對(duì)水樣的影響。采集的水樣裝在預(yù)先消毒過(guò)的棕色塑料瓶?jī)?nèi)，加入1滴飽和氯化汞溶液抑制微生物活動(dòng)，低溫保存。取得的水樣在3 h內(nèi)迅速轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行低溫冷藏（4℃）。DOC測(cè)定通過(guò)總有機(jī)碳分析儀（TOC-vwp，島津公司）采用高溫催化氧化法進(jìn)行分析［5］。

CO2測(cè)定：采樣時(shí)，用60 mL醫(yī)用注射器從水樣

采集器中抽取30 mL水樣；在實(shí)驗(yàn)室對(duì)野外采集水樣抽取30 mL高純氦氣（純度99.999%）進(jìn)行氦氣置換，使注射器水樣上方形成氣室；接著將注射器裝入濾網(wǎng)袋放入振蕩器中劇烈振蕩5 min，使水樣中溶解的CO2氣體析出進(jìn)入注射器上端，靜置10 min，使氣液兩相達(dá)到平衡；最后將注射器上端的氣體推入12 mL真空瓶，利用氣相色譜儀分析CO2濃度（Agilent 7890A，美國(guó)）［12］。

環(huán)境因子由多功能便攜式多參數(shù)水質(zhì)儀（Thermo Scientific公司，新加坡）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，原位水質(zhì)參數(shù)包括溶解氧（DO）、水溫、pH值、鹽度、電導(dǎo)率（EC）和溶解性總固體（TDS）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與處理，通過(guò)單因素ANOVA分析DOC濃度及水質(zhì)參數(shù)的時(shí)空變異，并提供了DOC濃度與各影響因子間的Pearson相關(guān)系數(shù)。利用Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差處理并進(jìn)行繪圖。

圖1 脫甲河流域及采樣點(diǎn)分布圖Figure 1 Tuojia River and sampling stations

表1 脫甲河環(huán)境因子變化特征Table 1 Variation characteristics of environment factors in Tuojia River

2 結(jié)果與分析

2.1 脫甲河環(huán)境因子變化特征

脫甲河水體環(huán)境因子變化特征見(jiàn)表1和圖2。脫甲河水溫均值在季節(jié)上除春秋季（S3與S4）河段無(wú)差異外，其余時(shí)間均表現(xiàn)出顯著差異性（P＜0.05）。水體pH值在春夏季較低，呈弱酸性（分別為6.66±0.04和6.47±0.07），在秋冬季較高，呈弱堿性（分別為7.31± 0.07和7.75±0.05），見(jiàn)圖2（a）、圖2（d）。

水體溶解氧（DO）和溶解性總固體（TDS）濃度范圍分別為2.39～12.24 mg·L-1和17.06～194 mg·L-1，均值分別為7.87±0.09 mg·L-1和82.92±1.41 mg·L-1。其中DO從S1至S4河段呈逐漸降低趨勢(shì)，而TDS則出現(xiàn)大幅波動(dòng)上升，變化幅度分別為-1.15、2.28 mg·L-1。TDS濃度均值低于世界河流均值100 mg·L-1，屬低礦化度水（＜200 mg·L-1），見(jiàn)圖2（b）、圖2（f）。

水體鹽度變化范圍在0.01～0.14之間，均值為0.06±0.001，水體鹽度最大值和最小值分別出現(xiàn)在S4和S1河段，河段上差異顯著（P＜0.01）。水體EC為23.97～290.33 μS·cm-1，均值為125.19±2.11 μS·cm-1，見(jiàn)圖2（e）、圖2（c）。

水體溶存CO2濃度均值為3 841.76±116.53 μL· L-1，高值區(qū)出現(xiàn)在春夏兩季，低值在冬季，二者之間存在顯著差異（P＜0.01）。河段S2濃度最高，其次為S3與S4，但差異細(xì)微，S1段濃度最低，見(jiàn)圖2（g）。

2.2 河流DOC濃度變化特征

圖3顯示，在研究期內(nèi)，脫甲河DOC濃度變化范圍為0.46～9.54 mg·L-1，均值為3.09±0.07 mg·L-1，遠(yuǎn)低于世界河流DOC的平均值（5.75 mg·L-1）［2］。從各級(jí)河段DOC濃度的平均值來(lái)看，S1段DOC濃度最低，隨著水體向下游遷移，DOC濃度逐漸上升，到S4段濃度達(dá)最大值，變化范圍為（1.36±0.07）～（4.25±0.13）mg·L-1，4級(jí)河段間DOC濃度差異顯著（P＜0.01），表明外源污染可能是不同河段間DOC濃度上升的主要原因。就DOC濃度變化范圍而言，由S1至S4河段，DOC濃度變化范圍呈逐步上升的規(guī)律。具體來(lái)說(shuō)，S1河段DOC濃度變化幅度最小，為5.33 mg·L-1；S4河

段DOC濃度變化范圍最大，為7.40 mg·L-1。

圖2 脫甲河環(huán)境因子均值時(shí)空變化特征Figure 2 Spatial and temporal variation characteristics of environment factors mean in Tuojia River

從時(shí)間尺度來(lái)看，DOC濃度最高值出現(xiàn)在春季S4級(jí)河段，高達(dá)9.54 mg·L-1，最低值在秋季S1級(jí)河段，為0.46 mg·L-1。春夏秋冬4個(gè)季節(jié)DOC濃度均值分別為3.33±0.17、3.61±0.15、2.64±0.10、2.70±0.12 mg·L-1，可見(jiàn)脫甲河DOC濃度因季節(jié)而異，但各季節(jié)間DOC濃度差異未達(dá)0.05的顯著水平（圖4）。2014年12月至2015年1月和2015年9月至2015年11月，水體DOC濃度處于低值水平，而在2015

年5月、7月初和8月中下旬，水體DOC濃度分別出現(xiàn)高值。從圖3可見(jiàn)，4級(jí)河段間峰值變化總體上呈現(xiàn)同步趨勢(shì)，而且在5月中旬，S2、S3與S4均出現(xiàn)極大值，S1則變化不明顯。

圖4 脫甲河DOC均值時(shí)空變化特征Figure 4 Spatial and temporal variation characteristics of DOC mean in Tuojia River

圖3 脫甲河DOC濃度變化特征Figure 3 Variation characteristics of DOC in Tuojia River

表2 世界各地河流DOC濃度Table 2 The concentration of DOC in the world rivers

3 討論

3.1 脫甲河DOC濃度時(shí)空變異分析

脫甲河各河段河水溶存DOC濃度變化范圍為（1.36±0.07）～（4.25±0.13）mg·L-1，均值為3.09±0.07 mg·L-1，與王亮［17］2009年在黃河青藏高原段（3.06 mg·L-1）和張連凱等［18］2012年在東江博羅段（2.97 mg· L-1）所測(cè)得的DOC濃度接近，高于長(zhǎng)江口、黃河口及西江水體DOC濃度［19-21］（表2）。脫甲河地處亞熱帶農(nóng)業(yè)小流域，水稻種植面積達(dá)32%，化肥氮的施用引起土壤有機(jī)質(zhì)含量較高（11.4～22.1 g·kg-1）［22］，在降水作用下引起水稻耕作層DOC淋溶量達(dá)200 kg·hm-2［23］，豐富的外源輸入是脫甲河DOC濃度較高的主要原因。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)脫甲河DOC濃度季節(jié)變化與大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道河流水體DOC濃度汛期高于枯水期結(jié)果一致［10-13］。脫甲河屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降水量主要集中在春夏季，處于汛期；秋冬季降水相對(duì)較少，處于枯水期［22］。脫甲河DOC濃度春夏季明顯高于秋冬季，與陶澍等［12］對(duì)伊春河水體有機(jī)碳研究發(fā)現(xiàn)的夏季降水期間DOC濃度顯著上升一致。降水過(guò)后，流域內(nèi)表層土壤中的有機(jī)質(zhì)在徑流沖刷下進(jìn)入河流水體，并分解產(chǎn)生大量DOC。盡管降水對(duì)水體具有一定的稀釋作用，但在土壤有機(jī)質(zhì)含量較高的地區(qū)，汛期階段外源輸入DOC遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雨水稀釋量［24］。

脫甲河DOC濃度變化還呈現(xiàn)較明顯的空間變異，從S1到S4河段DOC濃度逐漸升高，與此同時(shí)，S1到S4河段海拔高度逐漸降低。這與Hedges等［25］研究發(fā)現(xiàn)河流海拔高度越高，河流DOC濃度越低趨于

一致。脫甲河S1段源頭處（28°35′N，113°21′E）DOC平均濃度最低，僅為1.36 mg·L-1，主要是因?yàn)樵撎幬挥谏钌絽擦种?，地形起伏坡度大，?dǎo)致降水在土壤表層滯留時(shí)間短，淋溶作用受到限制。此外，該段植被生態(tài)系統(tǒng)凈出生產(chǎn)力低，且受人類生產(chǎn)生活干擾影響小也是造成DOC濃度較低的原因之一。值得注意的是，S2河段DOC濃度是S1河段的2.23倍，在地緣上，S2與S1地理位置較近，S2河段出現(xiàn)高值與該區(qū)域地表坡度起伏小及附近村民在此河段圈養(yǎng)家禽有關(guān)。本研究對(duì)脫甲河水質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，該河段銨態(tài)氮濃度為1.43±0.25 mg·L-1，硝態(tài)氮濃度為1.72±0.24 mg·L-1，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度分別是S1河段的3.25倍和2.05倍。根據(jù)國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838—2002）［26］，S2河段水質(zhì)已接近Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，表明飼料和家禽糞便直接排入使水體受到了嚴(yán)重污染。且該河段水體較淺，家禽的圈養(yǎng)會(huì)產(chǎn)生渦動(dòng)使沉積物中DOC再懸浮。本試驗(yàn)采樣點(diǎn)周邊土地利用方式從S1河段到S4河段有明顯的變化（圖1），進(jìn)入S3與S4河段后，稻田分布面積劇增，河道變寬，特別是S4河段經(jīng)過(guò)金井鎮(zhèn)，居民人口從S3河段的2000人［27］驟增至63 296人，養(yǎng)殖密度高達(dá)0.92 AU·hm-2［28］。因此，水體DOC濃度顯著增高的主要原因，一方面是人類生產(chǎn)生活向河流中排放大量廢棄有機(jī)物和廢水等直接影響河流DOC濃度，另一方面是人類通過(guò)改變土地利用方式使地表有機(jī)質(zhì)和組分發(fā)生變化，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中修建溝渠、水壩、水庫(kù)等基礎(chǔ)設(shè)施改變自然水流的方向，進(jìn)而影響河流DOC濃度的變化［5，19，29］。由此可見(jiàn)，脫甲河農(nóng)業(yè)小流域城鎮(zhèn)居民生產(chǎn)生活及河流水質(zhì)狀況對(duì)DOC濃度升高具有重要影響，故科學(xué)引導(dǎo)和合理安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)及家禽養(yǎng)殖，減少流域外源污染是降低DOC濃度的重要舉措。

3.2 河流環(huán)境因子對(duì)DOC濃度的影響

河水水質(zhì)、氣象條件、水體溶存CO2含量、流域內(nèi)土壤類型及人類活動(dòng)等因素都會(huì)影響水體DOC濃度的變化。

鹽度常用來(lái)評(píng)價(jià)水體中DOC是否具有保守行為。由表3可知，脫甲河DOC濃度與鹽度呈極顯著正相關(guān)（r=0.668，P＜0.01），表明鹽度是驅(qū)動(dòng)水體DOC變化的主要因子，即DOC濃度隨鹽度增加而增加。這與王江濤等［28］在鴨綠江河口發(fā)現(xiàn)當(dāng)鹽度在0～1.6范圍內(nèi)，DOC含量與鹽度間呈正相關(guān)的結(jié)果一致。鹽度在5以內(nèi)的水域，鹽度的變化會(huì)引起水體氧化還原電位發(fā)生相應(yīng)變動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致水體懸浮物表面礦物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化［33］，使吸附在顆粒物上的異氧細(xì)菌分解富含有機(jī)物的顆粒解析出大量DOC［34］。本試驗(yàn)測(cè)得脫甲河水體鹽度在0.01～0.14之間，通過(guò)相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)DOC濃度與鹽度間呈非保守行為，可能是復(fù)雜的外源輸入引起DOC在向水體輸送過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)及水體沖刷作用破壞了DOC的保守性［35］，與Abril等［36］對(duì)Sado河、Columbic河及Servais等［37］對(duì)Humber河的研究吻合。此外，細(xì)菌分解顆粒有機(jī)碳（POC）也是造成鹽度與DOC具有非保守行為的一大原因［38］。

表3 脫甲河DOC濃度與影響因子間的相關(guān)性Table 3 Relationship between DOC concentration and influence factors

CO2濃度主要通過(guò)對(duì)水體中植物、微生物等的作用影響水體DOC濃度和分布，是影響水體DOC動(dòng)態(tài)變化的潛在因素之一。CO2濃度升高促進(jìn)了根系生物量及植物對(duì)碳吸收和同化同時(shí)增加，相應(yīng)地濕地土壤微生物量碳和DOC也會(huì)隨之增加。單一降水模擬及穩(wěn)定同位素法試驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)，CO2濃度增加會(huì)引起DOC含量上升［39-40］，表明CO2濃度與DOC含量間存在一定的線性正相關(guān)關(guān)系［41］。脫甲河水體溶存CO2濃度是影響DOC變化的顯著因子（r=0.378，P＜0.01），CO2濃度增高促進(jìn)了水生植物初級(jí)生產(chǎn)力的提高，加速了植物、微生物等分泌DOC的量［42］。

溫度是驅(qū)動(dòng)植被光合作用、微生物活性及分解速率的主要因素，這些又進(jìn)一步控制水體DOC含量。通過(guò)Pearson相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，脫甲河DOC濃度與溫度間呈極顯著正相關(guān)（r=0.243，P＜0.01），表明溫度是影響水體DOC濃度變化的重要因子。本試驗(yàn)測(cè)得脫甲河DOC濃度隨溫度變化趨勢(shì)與婁雪冬等［43］對(duì)若爾蓋泥炭地的DOC變化趨勢(shì)非常接近，即春季開(kāi)始回升，到7—8月達(dá)到峰值，之后又逐漸下降。4月是脫甲河流

域早稻栽種季，隨著氣溫逐漸上升，水稻及地表植被初級(jí)生產(chǎn)力增加。7—8月是早稻收割和晚稻栽種的交替季節(jié)，早稻稻田化肥及秸稈殘留和晚稻栽種施用基肥導(dǎo)致水稻田有機(jī)質(zhì)含量豐富［22］，在降水促使下，通過(guò)吸附/解析作用［43］引起水稻田耕作層DOC淋溶量達(dá)200 kg·hm-2［44］，豐富的外源輸入促進(jìn)了河流DOC濃度增加。此外，春夏季水溫開(kāi)始逐漸回溫，該時(shí)段是水華高發(fā)期［5］，微生物活性及分解速率加強(qiáng)，水華過(guò)程釋放的生物有機(jī)碳也是導(dǎo)致春夏季DOC濃度高值的一個(gè)原因。

DO、EC和TDS是衡量水質(zhì)污染程度的重要指標(biāo)，脫甲河水體DOC濃度與DO（r=-0.309，P＜0.01）呈負(fù)相關(guān)，而與EC（r=0.642，P＜0.01）和TDS（r=0.654，P＜0.01）呈正相關(guān)，在較高的DO條件下，水體好氧微生物活動(dòng)消耗了部分DOC，減少了DOC含量，而EC和TDS的增加，表明水體離子強(qiáng)度和水質(zhì)污染負(fù)荷上升［45］，有機(jī)廢棄物的外源輸入攜帶的DOC增加河流DOC含量。DOC中的酸性部分在pH值較高（pH＞6）的條件下，容易與其他物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，使DOC含量降低［46］。在本研究中發(fā)現(xiàn)脫甲河DOC濃度與pH值相關(guān)性微弱（P＞0.05），可能與研究期內(nèi)pH值變化較小有關(guān)。通過(guò)對(duì)脫甲河DOC濃度與影響因子的相關(guān)性分析可見(jiàn)，不同強(qiáng)度的水體理化性質(zhì)是造成DOC濃度差異的主要原因，加強(qiáng)脫甲河水質(zhì)監(jiān)測(cè)對(duì)掌握流域內(nèi)水體DOC動(dòng)態(tài)及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要的環(huán)境意義，同時(shí)可對(duì)我國(guó)亞熱帶其他典型河流水系DOC時(shí)空分布特征的研究提供科學(xué)參考。

4 結(jié)論

（1）脫甲河水體溶存DOC均值為3.09±0.07 mg· L-1，DOC濃度具有明顯的季節(jié)和空間變異，夏季最高，秋季最低，且隨河流級(jí)別的增加，水體溶存DOC濃度逐漸上升，各級(jí)河段間差異顯著（P＜0.01），表明外源污染物遷移可能是不同河段間DOC濃度上升的主要原因。

（2）脫甲河水體溶存DOC濃度受環(huán)境因子影響顯著，其中TDS、EC、溫度、鹽度和CO2濃度與其呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而溶解氧濃度則與DOC表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明不同強(qiáng)度的水體理化性質(zhì)是造成DOC濃度差異的原因之一。

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SPatial and temPoral distribution of dissolved organic carbon in Tuojia River watershed

WU Hong-bao1，2，QIN Xiao-bo2*，Lü Cheng-wen1，LI Yu-e2，LIAO Yu-lin3，WAN Yun-fan2，GAO Qing-zhu2，LI Yong4
（1.College of Territorial Resources and Tourism，Anhui Normal University，Wuhu 241000，China；2.Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture，Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Agricultural Environment，Ministry of Agriculture，Beijing 100081，China；3.Soil and Fertilizer Initializer of Hunan Province，Changsha 410125，China；4.Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Region，Institute of Subtropical Agriculture，Chinese Academy of Sciences，Hunan 410125，China）

To discover the characteristics of dissolved organic carbon（DOC）in water in small scale agricultural watershed and its relationship with the environment variables，a one-year′s continuous survey（from December 2014 to November 2015）was conducted to observe the variation of DOC concentration and environmental factors in 4 different reaches of Tuojia River（S1，S2，S3 and S4）by the Gas Chromatography and high temperature catalytic oxidation method（HTCO）.Results showed that the concentration of DOC ranged from 0.46 to 9.54 mg·L-1，with an average value of 3.09 mg·L-1in the four reaches water of Tuojia River.Moreover，the spatial distribution of DOC concentration increased gradually from 1.36 to 4.25 mg·L-1with the river levels（from S1 to S4），and the DOC concentration presented the significant differences among 4 reaches（P＜0.01），which demonstrates that the exogenous contamination may lead to the variation of DOC concentration in different reaches.Additionally，the DOC has a positive correlation with the dissolved carbon dioxide（CO2）concentration，salinity，temperature，TDS and EC（P＜0.01），while DOC concentration showed a negative correlation with the dissolved oxygen（P＞0.05）.The results of our study indicated that the intensity of different physical and chemical properties of water and exogenous contamination are the main reason for spatial and temporal variation of DOC concentration in Tuojia River.This research may provide important reference for further understanding and research on the source and control of DOC load in small agricultural watershed in subtropical China.

dissolved organic carbon；spatial and temporal distribution；influence factors；Tuojia River

X143

A

1672-2043（2016）10-1968-09

10.11654/jaes.2016-0495

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2016-04-12

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41475129）；國(guó)家973計(jì)劃專項(xiàng)（2012CB417106）

吳紅寶（1988—），男，安徽蚌埠人，碩士研究生，從事濕地溫室氣體排放方面的研究。E-mail：554350484@qq.com

*通信作者：秦曉波E-mail：qinxiaobo@caas.cn