太湖溶解性有机碳来源和生物可利用性及其对蓝藻水华生消的响应

The aquatic dissolved organic carbon (DOC) pool is composed of both autochthonous and allochthonous DOC, and its bioavailability is affected by the distribution of molecular weight and chemical compositions.In Lake Taihu, the allochthonous DOC is mainly brought by the inflow rivers, and the autochthonous DOC is caused by the accumulated algal,particularly during the cyanobacterial bloom.However, the component and bioavailability of autochthonous and allochthonous DOC is not clear. In this study, the main sources of DOC in Lake Taihu will be idendified by using natural stable carbon isotope ratio of DOC, and its response to the cyanobacterial bloom will also be investigated. The biochemical property of DOC will then be characterized by the molecular weight distribution and the variation of carbohydrates concentrations, as well as the number of bacteria in one-year field survey. Furthermore,to elucidate the impact of cyanobacterial bloom dynamics on the bioavailability of autochthonous DOC, the natural bacteria population isolated from Lake Taihu will be incubacted in the laboratory with DOC produced from Microcystis aerugionosa cultures during the growth and decline stages.These results will be helpful to investigate the characteristic of carbon cycling in the eutrophic lakes, to enhance our understanding of the lake ecology and to provide scientific references for the lake management and protection.

水生生态系统溶解性有机碳包括内源和外源性碳源，不同来源碳源在分子量级和化学结构组成等方面具有显著差异，进而影响到微生物的生物可利用性。太湖蓝藻水华期间，内源性溶解性有机碳容易大量积累，同时也有外源性溶解性有机碳输入，但是内源和外源溶解性有机碳的具体组分及其生物可利用性还不清楚。本项目拟通过周年采样，以碳稳定同位素为工具，研究太湖溶解性有机碳主要来源及其对蓝藻水华的响应；根据溶解性有机碳的分子量级分布和碳水化合物的浓度变化，结合浮游细菌数量，揭示溶解性有机碳的生物化学性质；研究将分别对纯培养的铜绿微囊藻，在生长和衰亡期产生的溶解性有机碳对太湖细菌的生长贡献进行室内模拟，探索蓝藻水华生消过程对内源性溶解性有机碳组分和生物可利用性的影响。研究结果有助于了解富营养化湖泊食物网中碳素循环特征，加强对湖泊生态学的认识，为湖泊环境治理与保护提供科学依据。

碳是食物网中重要生源要素，溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)性质会影响浮游细菌呼吸生长以及碳素向高营养级别的传递效率。但在富营养化浅水湖泊太湖，蓝藻水华生消过程对DOC浓度、来源、生物化学组分和生物可利用性变化的影响如何？这方面的研究还有缺乏。本研究即利用碳稳定同位素、碳氮元素分析和室内培养等分析方法，研究蓝藻水华生消过程中，太湖DOC来源和其生物可利用性的变化。2012年9月－2013年2月（藻类消亡期）和2013年3月－2013年8月（藻类生长期），蓝藻、硅藻、绿藻在浮游植物生物量中所占比例分别为17%±6%、35%±7%、33%±8%和35%±16%、25%±10%、24%±12%。藻类消亡期，叶绿素浓度与DOC不具有显著相关性，但δ13CDOC较陆源输入特征值（-27‰）高，表明内源输入也是影响δ13CDOC变化的因素之一；DOC与水温显著负相关，表明基于温度的细菌降解作用是影响DOC的重要因素，并且细菌优先利用较轻的C12导致δ13CDOC升高。藻类生长期，DOC浓度具有显著空间差异，与叶绿素浓度显著正相关，表明浮游植物是DOC的来源途径，但贡献率只有40%；δ13CDOC具有显著空间差异，2013年8月近湖心S3和S4外源碳输入贡献小于50%，其它采样点DOC主要来源是外源。藻类生长期，叶绿素浓度与总碳水化合物(total dissolved carbohydrate,TCHO)显著正相关，表明浮游植物是TCHO的重要来源，但TCHO/DOC与水温、浮游细菌数量均没有显著负相关性，表明浮游细菌对碳水化合物的利用过程较为复杂。藻类消亡期，Specific UV absorbance(SUVA254)与浮游细菌数量显著正相关，表明腐殖质类物质可以被浮游细菌所利用。藻类生长期，太湖生物可利用性溶解性有机碳（bioavailable DOC,BDOC）浓度与叶绿素浓度、蓝藻生物量和细菌数量显著正相关，研究结果表明蓝藻产生的DOC具有较高可利用性， DOC中生物可利用性组分会促进细菌生长。本研究揭示了外源输入是太湖DOC主要来源，但藻类生长也是影响DOC浓度和来源的因素之一。藻源性DOC是BDOC重要来源，对浮游细菌生长具有重要作用，研究结果为深入研究太湖碳素循环奠定了基础。