中国科学院南京地理与湖泊研究所在南水北调东线调蓄枢纽湖泊溶解性有机物组成活性分异与影响因素研究取得新进展
近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所张运林研究员研究小组周永强副研究员等人在南水北调东线调蓄枢纽湖泊溶解性有机物组成活性分异与影响因素的研究取得重要进展，相关研究成果以“Key factors driving dissolved organic matter composition and bioavailability in lakes situated along the Eastern Route of the South-to-North Water Diversion Project, China”为题，发表在Water Research。
湖泊作为特大型和大中型城市的最重要集中式供应水源，湖泊中的溶解性有机物（DOM）来源组成直接影响消毒剂的使用剂量、消毒副产物的产生及重金属等有毒有害物质的毒性和生物有效性，因而决定饮用水处理工艺与流程，是饮用水处理的特别关注点。
跨流域调水工程是解决缺水地区居民生产生活用水的有效手段。我国南水北调工程可分为西、中、东三线分别自金沙江、丹江口水库和长江下游扬州江都引水，通过长距离跨流域调水方式以解决我国北方少水区居民用水紧张问题。其中东线工程利用京杭运河及与之平行的河道逐级提水北送，并连接其中起调蓄作用的高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖等枢纽湖泊，向江苏、山东、河北、天津等地供水。然而这类连接南水北调东线的调蓄枢纽湖泊DOM来源组成与微生物活性分异规律及影响因素依然有待于进一步探讨。
张运林研究员研究小组周永强副研究员等人选择丰、平、枯等不同水文条件下，在长江干流、高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖等枢纽湖泊开展野外观测，同时对洪泽湖、骆马湖开展了为期三年的逐月观测（图1）。运用DOM光谱和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）等技术，分析了南水北调东线枢纽湖泊DOM来源组成时空分异特征，并通过室内好氧环境28天微生物培养实验完成DOM微生物活性的测定，进一步揭示了东线枢纽湖泊DOM微生物活性的分异规律及影响因素。
图1 长江干流下游江苏段及南水北调东线枢纽湖泊野外采样点位分布图
图2 长江干流、南水北调东线调蓄枢纽高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖等湖泊不同水文条件下DOM相关参数分异特征
初步研究结果表明，丰水季节东线枢纽湖泊DOC浓度、比紫外吸收SUVA254、类腐殖酸与类蛋白质荧光积分比值高于平水期及枯水期，这意味着丰水季节陆源土壤淋溶携带大量土壤有机碳输入至湖泊，提高了湖泊DOM芳香性水平（图2）。长江干流及南部高邮湖、洪泽湖等相较于北部的南四湖与东平湖具备较低的DOC浓度及微生物活性水平（即BDOC），同时拥有较高的DOM芳香性水平（图2-图3）。
图3 长江干流、南水北调东线调蓄枢纽高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖等湖泊DOM相关参数主成分分析结果
傅里叶变换离子回旋共振超高分辨率质谱数据结果进一步表明，长江干流及南部高邮湖、洪泽湖、骆马湖DOM组成相较于北部南四湖与东平湖具有更高含CHO分子及芳香族组分占比（图4）。
图4 长江干流、南水北调东线调蓄枢纽高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖等湖泊DOM超高分辨率质谱（FT-ICR MS）分析结果及微生物培养前后差异比较
DOM具备低BDOC及较高的芳香性水平通常在水处理过程中较容易通过絮凝方法予以去除，这就意味着长江干流及南部枢纽湖泊水质优良，输移至我国北方可在一定程度上改善北方地区水质。此外，洪泽湖受淮河补给，而骆马湖受沂河补给，两湖水系的水力连通特征差异显著，单从来水条件来看淮河逐年来水量远大于沂河，这也就意味着洪泽湖与骆马湖DOM来源组成差异应当较为显著。然而长时间序列研究结果表明，洪泽湖与骆马湖DOM组成参数与BDOC呈现出高度地一致性，这也在一定程度上说明调水过程使得沿线调蓄枢纽湖泊之间水质趋同（图5），因而可在一定程度上改善北部调蓄湖泊水质从而保障北部沿线地区广大居民用水健康。
图5 洪泽湖、骆马湖长时间序列DOM来源组成参数主成分分析结果
该研究工作得到国家自然科学基金重点项目、中国科学院青年创新促进会等的联合资助。
https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.119782
本文来源：中国科学院南京地理与湖泊研究所
