红枫湖表层水体溶解硅的空间分布特征研究

刘斌　代颖　赵君　马骏

摘 要：硅是自然界中的极为常见元素之一，也是多数水生植物生长所必需的营养元素。本文选取红枫湖表层水体为研究对象，测定溶解硅含量变化，结果表明红枫湖表层水体溶解硅呈现出北高南低的空间分布特征，探讨其原因，为今后治理和保护红枫湖提供理论依据。

关键词：红枫湖 表层水体 溶解硅 空间分布

中图分类号：X143文献标识码：A文章编号：1003-9082（2019）11-0208-01

硅是自然界中极其常见元素之一，它在地壳中的储备量仅仅小于氧，是地壳中储备量第二的化学元素。硅极少以单质的形式存在于自然界中，往往会以二氧化硅或者较为复杂的硅酸盐的形式出现。硅不仅是地球表面土壤和岩石的一种基本成分[1]，同时也是很多的水生植物（比如在海洋中的硅藻类植物）以及多种生物生长所必需的营养元素[2]，在海洋及内陆水体的水生态系统化学循环过程也起到极为重要的作用。

自然界中硅元素主要以两种形态存在于水体中，即悬浮颗粒态硅和溶解态硅[3]。悬浮颗粒态硅主要由成岩硅和生物硅两种形态构成，其中，成岩硅指的是在水体中悬浮形式存在的颗粒态黏土以及泥沙，主要来自于硅酸盐类岩石的风化;而生物硅指的是生源无定形硅，水体中的生物硅大多来自于土壤植物的植硅体迁移以及硅藻、硅质海绵和放射虫等硅质生物的分解释放。而溶解态硅主要以 Si（OH）4 的状态在水体中出现，其对水生植物特别是硅藻类的生长繁殖具有重要作用[4]。

湖泊水体中溶解硅的含量可以指示出湖泊生产力的变化情况[5-6]，而生产力变化反映了湖泊区域气候环境条件的变化，近年来成为国际上追踪和探寻环境变化的一种新指标[7-10]。本文选取红枫湖表层水体为研究对象，测定溶解硅含量变化，并研究其空间分布特征，为今后治理红枫湖流域的富营养化和保护红枫湖水资源提供理论依据。

一、材料与方法

红枫湖位于长江二级支流猫跳河的上游区[11]，属于乌江水系的一部分，是贵州高原中部喀斯特地区的一个高原河道深水分层人工水库（自1960年起开始蓄水）。湖泊南北长约 16km，东西宽4km，流域面积约1551km2，平均水深10.52m，最大水深45m，蓄水量为28.8亿m3，湖泊补给系数为49.6，年均降雨量约为1176mm。红枫湖作为贵阳市当地的一个极为重要饮用水源地，对该地区人民生活以及经济发展水平具有重要作用。

红枫湖流域主要是由后六河、麻线河、羊昌河和桃花园河等四条支流汇合而成，是一个典型的深水分层人工水库，主要由南、北两湖组成，并于1960年5月29日竣工蓄水后正式投入使用。红枫湖的四大主要河流中，仅桃花园河位于红枫湖的北部，后六河、麻线河、羊昌河均位于红枫湖的南部而形成南湖，而且羊昌河还是影响湖泊水量最为明显的一条河流。在红枫湖的沿岸地带至今为止尚未发生过明显的毁林开荒等人为活动，但由于红枫湖屬于缺氧湖泊，底栖动物难以在水体中存活，所以湖泊沉积物生物扰动小[11]。近年来由于经济发展迅速，工农业蓬勃发展，人类在红枫湖沿岸的活动变得日益频繁。人们日常生活所产生的生活污水，各类工厂进行生产作业所产生的工业废水往往未经过污水处理厂而通过各种渠道排入两湖及其源流，引起湖泊水质严重恶化。自90年代以来，红枫湖水库水质逐渐变为Ⅲ类水体，甚至有的水域还是V类水体，常常容易发生一系列的突发性污染事故或者水华现象，危害水体中动植物的生存，同时也严重危害到流域沿岸居民的用水安全，所以在近几年来红枫湖的水环境问题逐渐受到人们的关注。

课题组根据湖的地形特征、面积大小、水流方向等因素，在桃花园河、麦包河、坝前、北湖湖心、后五处、南湖湖心、后六湖、麻线河、羊昌河、两岔河、三岔河等11处开展样品采集工作。取各采样点过滤后的水样5ml，用硅钼蓝比色法测定其溶解硅含量。

二、结果与分析

1.红枫湖表层水体溶解硅的平均值

由表1可知，红枫湖各采样点表层水体的溶解硅平均值相对较高。分析其原因可能是：红枫湖流域位于贵州高原的中部地区，虽然湖泊的海拔偏高，但是由于处在低纬地区，而且年均温度均在12℃以上，常年受到西南季风的影响，年降水量也是较多[12]。在温度和降水均较为适宜的自然条件下将会有利于硅藻、放射虫等一些硅质生物的生长发育，故而硅质生物在湖泊中的生长也自然相对繁盛，这也是水体中的溶解硅含量较大的原因之一。

2.采样地点溶解硅的变化情况

在红枫湖的各采样地点同时取0.5m水位的表层水体进行分析实验，实验结果见表2。

由图2可知，红枫湖表层水体中溶解硅含量的最大值出现在桃花园采样点，含量高达1.189μg/ml，而最小值出现在后六采样点，含量仅仅只有0.190μg/ml。

分析其原因可能是，桃花园采样点位于红枫湖的北部，后六采样点在红枫湖的南部，红枫湖的四大主要河流之中后六河、麻线河、羊昌河均位于红枫湖的南部，导致南部湖泊的湖水水流量大，水速也快，河流对湖泊水体能起到很好的补充作用。与此同时也会使得硅藻等一些硅质生物在湖泊水体之中易于受到河水的冲刷，在湖泊水体中难以生存，从而导致湖泊的表层水体的溶解硅含量较低。而桃花园采样点的情况却正好相反，仅有桃花园河作为其补充水源，水量较小，水面相对较为平静，在温度和降水均较为适宜的自然条件下适合硅藻等生物的生存，故而水体中的溶解硅含量较大。红枫湖的北部水体中溶解硅的含量普遍要高于南部水体，即红枫湖表层水体中溶解硅呈现出“北高南低”的空间分布特征。

三、结论与讨论

由于近年来红枫湖流域的人类活动日益频繁，使得红枫湖水体常受到污染，湖泊处于中度富营养化污染状态[13]，充足的营养盐为硅藻生长提供了必要因素，因而红枫湖水体中的溶解硅的含量较大。当水体中有大量的营养盐输入时，硅藻能够得到充足的营养，在数量上会呈现出一定增长趋势，与此同时在水体中其他藻类也会快速的进行繁殖，争夺水体中的营养元素，影响硅藻的生长发育，从而使硅藻的数量保持在一个相对水平甚至会绝对数量下降。

了解红枫湖表层水体的溶解硅“北高南低”的空间分布特征，对于正确认识红枫湖的污染现状，提出合理的治理方案具有非常重要的意义。

参考文献

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