夏季東太湖光合有效輻射衰減特征及其對(duì)沉水植物恢復(fù)的指示*

徐德瑞，周 杰,2，吳時(shí)強(qiáng),2，戴江玉，吳修鋒,2

(1：南京水利科學(xué)研究院，南京 210029) (2：水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210098)

湖泊水體的透光強(qiáng)度決定了水中生物的生長狀態(tài)，透光深度直接影響了沉水植物的定植深度. 沉水植物恢復(fù)是生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵，也是水體生物多樣性賴以維持的基礎(chǔ). 研究表明，水下光照強(qiáng)度對(duì)沉水植物生長起著主要限制作用，是影響沉水植物生長的主要環(huán)境因子[1-2]，研究水下光照衰減可為沉水植物生長提供一定理論依據(jù). 光照進(jìn)入水體中會(huì)受到純水、懸浮顆粒、浮游植物的吸收和散射以及有色可溶性有機(jī)物的吸收作用，從而引起光照的衰減[3]. 早在1970s，國外學(xué)者就研究了懸浮顆粒、葉綠素a對(duì)水下光照衰減的影響[4]，到了1990s，我國開始研究太湖懸浮質(zhì)、可溶性有機(jī)質(zhì)和藻類色素對(duì)可見光的吸收和散射作用[5]. 隨后楊頂田等[6]、張運(yùn)林等[7]繼續(xù)在太湖開展相關(guān)研究工作.

東太湖是太湖東部的一個(gè)湖灣，水質(zhì)曾是整個(gè)太湖最好的區(qū)域，2002年以前沉水植物分布廣泛，之后開始減少，近幾年沉水植物生物量和分布面積都有所下降[8-10]. 因此，了解水體光衰減特性與主導(dǎo)因子，有助于探索改善光照環(huán)境的有效措施，恢復(fù)沉水植物，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán). 雖然東太湖的光學(xué)特性方面已開展了相關(guān)研究[7,11]，但針對(duì)不同區(qū)域光衰減特性的詳細(xì)研究未見報(bào)道. 不同水體環(huán)境中，影響光衰減的主要因素有所區(qū)別. 太湖是一個(gè)常年受風(fēng)浪影響的淺水湖泊，懸浮顆粒濃度較高. 相關(guān)研究表明，一般情況下風(fēng)浪擾動(dòng)引起水中懸浮物增加是改變水下光照分布的主要原因，但東太湖水生植物分布廣泛，湖灣較多，波浪影響小，影響水下光照衰減的主導(dǎo)因素較為復(fù)雜. 另外，以往大多只是關(guān)注如何恢復(fù)沉水植物，而在草藻共生區(qū)域保護(hù)現(xiàn)存沉水植物不受破壞更為重要. 因此，本文基于2019年8月份的采樣數(shù)據(jù)，根據(jù)沉水植物生物量劃分區(qū)域，旨在分析東太湖夏季不同區(qū)域的水體光學(xué)特征以及影響光照衰減的主導(dǎo)因素，以期為保護(hù)和恢復(fù)東太湖沉水植物以及類似湖泊研究提供基礎(chǔ)資料.

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域

東太湖(30°58′～31°07′N，120°25′～120°35′E)是太湖東南部東山半島東側(cè)的一個(gè)湖灣，與西太湖之間以狹窄的湖面相通，其末梢一直延伸到瓜涇口，總長度27.5 km，最大寬度9.0 km，總面積131.25 km2，平均水深不超過1.2 m[12].

本次研究共設(shè)置10個(gè)采樣點(diǎn)，如圖1所示，其中1#、6#、7#采樣點(diǎn)位于東山沿岸區(qū)域，2#、5#、8#、10#采樣點(diǎn)位于圍網(wǎng)拆除區(qū)域，3#、4#、9#采樣點(diǎn)位于行洪通道區(qū)域.

圖1 東太湖采樣點(diǎn)分布Fig.1 Location of sample sites in eastern Lake Taihu

1.2 樣品采集與測(cè)定

2019年夏季8月份共16次對(duì)東太湖水深(H)、透明度(SD)、水下光合有效輻射(PAR)、無機(jī)懸浮物(ISS)、有機(jī)懸浮物(OSS)、葉綠素a(Chl.a)和CDOM吸收系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行了調(diào)查，采樣期間無風(fēng)或微風(fēng)，采樣時(shí)間控制在9:00-12:00.

1.2.1 現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)測(cè)定 水深使用測(cè)深桿進(jìn)行測(cè)量，透明度使用塞氏盤測(cè)量. 采用美國Apogee公司生產(chǎn)的MQ-510 全光譜水下光量子測(cè)量儀(光譜響應(yīng)范圍為389～692 nm±5 nm，測(cè)量范圍為0～4000 μmol/(m2·s))，測(cè)量水體表面以下0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.4 m處的光照強(qiáng)度，每層記錄3個(gè)數(shù)據(jù)，3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為該層的PAR光照強(qiáng)度.

1.2.2 實(shí)驗(yàn)室測(cè)定 在現(xiàn)場(chǎng)用1 L聚乙烯塑料瓶取0.5 m處表層水裝滿，帶回實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)存在4℃冰箱中，并在48 h內(nèi)完成進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試. ISS、OSS、Chl.a、總氮(TN)和總磷(TP)濃度等按照《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》[13]進(jìn)行測(cè)定.

有色可溶性有機(jī)物(CDOM)吸收系數(shù)測(cè)定時(shí)先用濾膜過濾水樣，將濾液再用0.22 μm的Millipore膜過濾，最后得到的濾液在UV-2401分光光度計(jì)下測(cè)定其吸光度，然后根據(jù)式(1)計(jì)算出各波長的吸收系數(shù)，并用式(2)進(jìn)行散射校正[14].

αCDOM(λ′)=2.303D(λ)/r

(1)

αCDOM(λ)=αCDOM(λ′)-αCDOM(750)·λ/750

(2)

式中，αCDOM(λ′)為未校正的吸收系數(shù)，m-1；D(λ)為吸光度；r為光程路徑，m；λ為波長，nm；αCDOM(λ)為經(jīng)過散射校正的吸收系數(shù)，m-1；αCDOM(750)為750 nm處測(cè)定的吸收系數(shù)，m-1. 由于CDOM 物質(zhì)組成極為復(fù)雜，本次研究用440 nm吸收系數(shù)來表示其濃度.

1.2.3 沉水植物生物量 使用水草采集鐮刀(用長為0.12 m的刀頭綁在3 m竹竿上)靠近底泥旋轉(zhuǎn)一周, 采集0.045 m2的沉水植物地上部分. 同一采樣點(diǎn)采集2次以保證樣品采集完全. 采集后用湖水清洗，去除泥、枯枝敗葉和其他雜質(zhì)，稱其鮮重. 所有稱量操作均進(jìn)行兩次，取其平均值記錄.

1.3 東太湖區(qū)域劃分方法

采樣期間調(diào)查了各采樣點(diǎn)沉水植物生物量和優(yōu)勢(shì)種. 根據(jù)生物量的大小初步將東太湖劃分為3種區(qū)域：沉水植物茂盛區(qū)、沉水植物稀疏區(qū)和無植物區(qū).

1.4 光衰減系數(shù)和真光層深度計(jì)算

(3)

式中，z為水面到測(cè)量處的深度，E(z)為深度z處的輻照度，E(0)為表面輻照度. 真光層深度為輻照度為水體表面輻照度1%的深度，常作為恢復(fù)沉水植物的臨界深度[11]，計(jì)算公式為：

(4)

式中，Deu為真光層深度，m；kd(PAR)為光合有效輻射衰減系數(shù).

1.5 草型、藻型湖泊劃分依據(jù)和富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法

根據(jù)Bachmann等方法對(duì)藻型穩(wěn)態(tài)和草型穩(wěn)態(tài)進(jìn)行劃分[16]：草藻干重比a=沉水植物干重/浮游藻類干重；a≥100為草型穩(wěn)態(tài)，a≤1為藻型穩(wěn)態(tài)，1

其中，沉水植物干重生物量用沉水植物濕重生物量乘0.08表示[17]，藻類干重生物量通過Chl.a濃度乘70再乘湖泊平均水深得到[18].

根據(jù)Aizaki修正的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(trophic state index，TSIM)來評(píng)價(jià)研究水域的富營養(yǎng)化狀態(tài)，并用加權(quán)平均計(jì)算處理，其中Chl.a、TP和透明度的比重分別為54%、29.7%和16.3%，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：TSIM<37為貧營養(yǎng)，37≤TSIM<53為中營養(yǎng)，53≤TSIM<65為富營養(yǎng)，TSIM≥65為重富營養(yǎng)[19-21].

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用One-way ANOVA 對(duì)不同區(qū)域光學(xué)特性和衰減因子的差異性進(jìn)行分析. 線性回歸運(yùn)用SPSS 20.0進(jìn)行分析，采用向后多元回歸方法篩選不同區(qū)域內(nèi)的主導(dǎo)衰減因子. 采用平均相對(duì)誤差(MAPE)和均方根誤差(RMSE)兩個(gè)指標(biāo)對(duì)多元回歸模型精度驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算公式為：

(5)

(6)

式中，n為樣點(diǎn)數(shù)目，Esi和Oi分別為第i個(gè)樣點(diǎn)的模型估算值和實(shí)測(cè)值.

2 結(jié)果與分析

2.1 光合有效輻射垂向特征

由于PAR測(cè)量數(shù)據(jù)較多，因此在3種區(qū)域選擇了6個(gè)采樣點(diǎn)(1#、3#、4#、5#、6#、8#)的PAR垂向分布特征及指數(shù)回歸結(jié)果進(jìn)行展示(圖2). 在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過程中，明顯的異常值被舍棄，重新進(jìn)行測(cè)量. 各采樣點(diǎn)的指數(shù)擬合決定系數(shù)(R2)都達(dá)到了0.9以上，其中，無植物區(qū)域擬合效果較好，沉水植物分布區(qū)域內(nèi)擬合效果較差，測(cè)量時(shí)水下植物的遮擋是影響擬合效果的主要原因，天氣狀況、波浪也可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定影響.

圖2 6個(gè)代表點(diǎn)位PAR強(qiáng)度垂直分布特征Fig.2 Vertical distribution characteristics of PAR intensity of six typical sampling sites

2.2 光學(xué)特性與影響因子的空間差異及線性擬合

盡管東太湖面積很小，但不同區(qū)域kd(PAR)的差異比較大(表1). 8月份各采樣點(diǎn)的kd(PAR)均值在1.04～6.35 m-1之間變化，極差為5.31 m-1，其中6#、7#、8#點(diǎn)位kd(PAR)均值較小，范圍為1.04～1.16 m-1，該區(qū)域?yàn)槌了参锩^(qū)；1#、2#、5#、10#點(diǎn)位kd(PAR)均值較大，范圍為1.39～3.47 m-1，該區(qū)域?yàn)槌了参锵∈鑵^(qū)；3#、4#、9#點(diǎn)位kd(PAR)均值最大，范圍為5.97～6.35 m-1，該區(qū)域?yàn)闊o植物區(qū).

表1 東太湖kd(PAR)的計(jì)算結(jié)果

如圖3所示，東太湖kd(PAR)的空間變化規(guī)律為：植物茂盛區(qū)(1.09 m-1)<植物稀疏區(qū)(2.50 m-1)<無植物區(qū)(6.19 m-1).kd(PAR)在植物茂盛區(qū)最小，變化范圍為0.73～1.89 m-1，平均值僅為1.09 m-1，顯著低于植物稀疏區(qū)和無植物區(qū)(P<0.05)；kd(PAR)在無植物區(qū)最大，變化范圍為4.41～11.80 m-1，平均值為6.19 m-1，顯著高于植物茂盛區(qū)和植物稀疏區(qū)(P<0.05). 真光層深度與kd(PAR)相反，空間變化規(guī)律為無植物區(qū)(0.78 m)<植物稀疏區(qū)(2.25 m)<植物茂盛區(qū)(4.38 m)，變化范圍為0.39～6.31 m，3種區(qū)域間存在顯著性差異(P<0.05).

圖3 東太湖水體kd(PAR)、真光層深度、ISS、OSS、葉綠素a和CDOM吸收系數(shù)箱線圖(實(shí)線上、下端代表最大值和最小值；矩形的上、下端代表上四分位數(shù)和下四分位數(shù)；中間橫線為中位線；小正方形為均值；圖中字母表示Tamhane’s T2多重比較檢驗(yàn)結(jié)果，字母不同表示差異顯著(P<0.05))Fig.3 Box plot of kd(PAR), euphotic depth, suspended particulate inorganic matter, suspended particulate organic matter, chlorophyll-a and CDOM absorption coefficient in eastern Lake Taihu

ISS和OSS濃度的變化規(guī)律一致：植物茂盛區(qū)(ISS:1.95 mg/L，OSS:1.63 mg/L)<植物稀疏區(qū)(ISS:11.91 mg/L，OSS:4.00 mg/L)<無植物區(qū)(ISS:60.85 mg/L，OSS:9.29 mg/L)，二者濃度范圍分別為0.33～119.27 mg/L、0.51～17.31 mg/L，3種區(qū)域間存在顯著性差異(P<0.05)；Chl.a濃度變化規(guī)律為植物茂盛區(qū)(9.61 μg/L)<植物稀疏區(qū)(22.08 μg/L)<無植物區(qū)(23.74 μg/L)，范圍在4.79～58.21 μg/L之間，植物稀疏區(qū)與植物茂盛區(qū)差異顯著(P<0.05)，而與無植物區(qū)沒有顯著差異(P>0.05)；αCDOM(440)變化規(guī)律為植物稀疏區(qū)(0.63 m-1)<植物茂盛區(qū)(0.69 m-1)<無植物區(qū)(0.76 m-1)，變化范圍為0.10～2.59 m-1，且3種區(qū)域無顯著性差異(P>0.05).

與無植物區(qū)相比，沉水植物茂盛區(qū)kd(PAR)減少了83.4%，光衰減因子中，ISS、OSS、Chl.a濃度和αCDOM(440)分別減少了96.8%、82.5%、59.5%和9.2%.

分別將整個(gè)東太湖和3種區(qū)域的kd(PAR)與ISS、OSS、Chl.a濃度和CDOM進(jìn)行線性擬合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)東太湖kd(PAR)與ISS濃度有很好的線性關(guān)系，R2為0.947(圖4a)，與OSS濃度的線性關(guān)系也比較好，R2為0.853(圖4b)，但與Chl.a濃度的線性關(guān)系較差，R2為0.151(圖4c)，與CDOM吸收系數(shù)無顯著線性關(guān)系，R2為0.022(圖4d). 茂盛區(qū)kd(PAR)與各影響因子均沒有顯著線性關(guān)系(圖5)；稀疏區(qū)kd(PAR)與ISS、OSS濃度呈顯著正線性關(guān)系，與Chl.a濃度、CDOM吸收系數(shù)無顯著線性關(guān)系(圖6)；無植物區(qū)kd(PAR)與ISS、OSS濃度呈顯著正線性關(guān)系，與Chl.a濃度呈顯著負(fù)線性關(guān)系，與CDOM吸收系數(shù)無顯著線性關(guān)系(圖7).

圖4 東太湖kd(PAR)與無機(jī)懸浮物(a)、有機(jī)懸浮物(b)、葉綠素a(c)和CDOM吸收系數(shù)(d)的線性擬合Fig.4 Linear fitting between kd(PAR) and suspended particulate inorganic matter (a), suspended particulate organic matter (b), chlorophyll-a (c) and CDOM absorption coefficient (d) in eastern Lake Taihu

2.3 不同區(qū)域的主導(dǎo)影響因子

上節(jié)分析表明，東太湖不同區(qū)域的kd(PAR)差異顯著，衰減因子也有較大的區(qū)別. 通過向后法進(jìn)行多元線性回歸，對(duì)每種區(qū)域光衰減的主導(dǎo)因子進(jìn)行分析. 沉水植物茂盛區(qū)回歸模型先后剔除了αCDOM(440)、Chl.a、ISS和OSS濃度，表明影響該區(qū)域水下光衰減的因素主要是水體本身的吸收和散射；沉水植物稀疏區(qū)的kd(PAR)與衰減因子的表達(dá)式見表2模型1，模型先后剔除了OSS濃度和αCDOM(440)，保留了ISS和Chl.a濃度，說明該區(qū)域水下光照衰減由ISS和Chl.a濃度共同主導(dǎo)，模型精度較高，擬合結(jié)果R2為0.883，驗(yàn)證結(jié)果MAPE和RMSE分別為15.8%和0.412；表2中模型2為無植物區(qū)域的kd(PAR)回歸方程，模型先后剔除了OSS濃度、αCDOM(440)和Chl.a濃度，僅保留了ISS濃度，因此，該區(qū)域的ISS濃度是水下光照衰減的主導(dǎo)因子，模型精度也比較高，擬合結(jié)果R2為0.840，驗(yàn)證結(jié)果MAPE和RMSE分別為6.3%和0.636.

圖5 植物茂盛區(qū)kd(PAR)與無機(jī)懸浮物(a)、有機(jī)懸浮物(b)、葉綠素a(c)和CDOM吸收系數(shù)(d)的線性擬合Fig.5 Linear fitting between kd(PAR)and suspended particulate inorganic matter (a), suspended particulate organic matter (b), chlorophyll-a (c) and CDOM absorption coefficient (d) in submerged plants sparse region

圖6 植物稀疏區(qū)kd(PAR)與無機(jī)懸浮物(a)、有機(jī)懸浮物(b)、葉綠素a(c)和CDOM吸收系數(shù)(d)的線性擬合Fig.6 Linear fitting between kd(PAR) and suspended particulate inorganic matter (a), suspended particulate organic matter (b), chlorophyll-a (c) and CDOM absorption coefficient (d) in submerged plants lush region

圖7 無植物區(qū)kd(PAR)與無機(jī)懸浮物(a)、有機(jī)懸浮物(b)、葉綠素a(c)和CDOM吸收系數(shù)(d)的線性擬合Fig.7 Linear fitting between kd(PAR) and suspended particulate inorganic matter (a), suspended particulate organic matter (b), chlorophyll-a (c) and CDOM absorption coefficient (d) in no-plant region

表2 多元線性回歸模型驗(yàn)證結(jié)果的誤差統(tǒng)計(jì)

2.4 東太湖草藻干重比和區(qū)域富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)

表3記錄了采樣期間各采樣點(diǎn)沉水植物生物量和優(yōu)勢(shì)種，根據(jù)沉水植物生物量和葉綠素a濃度數(shù)據(jù)，計(jì)算出各采樣點(diǎn)草藻干重比，見表4. 采用TSIM方法評(píng)價(jià)區(qū)域富營養(yǎng)化狀態(tài)，見表5. 總體上講，東太湖目前處于由草型湖泊向藻型湖泊過渡的階段，并且湖泊處于富營養(yǎng)水平，相比以前的草型穩(wěn)態(tài)[22]，東太湖面臨著向藻型穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì). 其中，沉水植物茂盛區(qū)草藻干重比大于100，屬于草型穩(wěn)態(tài)，區(qū)域處于中營養(yǎng)水平；稀疏區(qū)草藻干重比在1～100之間，屬于草藻共生狀態(tài)，區(qū)域處于富營養(yǎng)水平；無植物區(qū)位于行洪通道區(qū)域，沒有沉水植物分布，屬于藻型穩(wěn)態(tài)，處于重富營養(yǎng)水平.

表3 沉水植物生物量和優(yōu)勢(shì)種

表4 東太湖各采樣點(diǎn)草藻干重比

表5 3種區(qū)域富營養(yǎng)化指標(biāo)值及評(píng)價(jià)結(jié)果

3 討論

東太湖面積雖小，但本研究發(fā)現(xiàn)，不同區(qū)域的kd(PAR)存在顯著性差異，各采樣點(diǎn)均值在1.04～6.35 m-1之間變化. 其中沉水植物分布茂盛的區(qū)域kd(PAR)最小，主要是因?yàn)槌了参镆环矫婵梢詼p小波浪的沖刷作用、防止底泥懸浮、降低水體中的懸浮物濃度，另一方面沉水植物能夠分泌化感物質(zhì)抑制藻類的生長，降低Chl.a濃度[23-24]. 采樣期間臺(tái)風(fēng)對(duì)該區(qū)域基本沒有影響，kd(PAR)變化不明顯. 行洪通道區(qū)域kd(PAR)最大，區(qū)域內(nèi)沒有沉水植物，流速和波浪比較大，水體渾濁. 該區(qū)域承接大太湖的流水，水體懸浮物濃度比較高，再加上風(fēng)浪的擾動(dòng)，懸浮物沉降較慢，風(fēng)浪較大時(shí)底泥還會(huì)懸浮，因此懸浮物濃度最高. 沉水植物相對(duì)稀疏的區(qū)域基本位于圍網(wǎng)拆除區(qū)域內(nèi)部，其中1#點(diǎn)在東山沿岸附近，該區(qū)域的kd(PAR)較大. 圍網(wǎng)拆除區(qū)域的點(diǎn)位會(huì)受行洪通道區(qū)域的影響，中心區(qū)域波浪較大時(shí)會(huì)向兩邊傳播，雖然沉水植物可以固著底泥，但波浪引起的切應(yīng)力大于底泥起動(dòng)應(yīng)力時(shí)就會(huì)造成底泥的再懸浮，臺(tái)風(fēng)過后可以觀察到水體懸浮物濃度明顯增加.

雖然kd(PAR)屬于表觀光學(xué)特性，但是主要由固有光學(xué)特性決定，盡管它受到入射光場(chǎng)變化的影響，但并不十分敏感[25]. 張運(yùn)林等[26]通過在不同表面光強(qiáng)下得出的光學(xué)衰減系數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，其基本上與表面光強(qiáng)無關(guān)，不隨光場(chǎng)條件的改變而改變，主要受制于水中的組成物質(zhì). 不同湖泊光衰減的主要因素也有區(qū)別. van Duin等估算了荷蘭20個(gè)淺水湖泊中各成分對(duì)衰減系數(shù)的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)湖泊，光衰減主要是由藻類生物量引起的[27]. 美國佛羅里達(dá)洲的一個(gè)大型富營養(yǎng)化淺水湖泊Apopka湖中，Chl.a對(duì)光衰減的貢獻(xiàn)率甚至超過50%. Erikson等研究發(fā)現(xiàn)Xolotlán湖的水下光照深度主要受Chl.a濃度的調(diào)節(jié)[28]. 還有一些研究認(rèn)為懸浮物濃度是影響光衰減的重要因素[29-30].

然而我們的研究發(fā)現(xiàn)，東太湖不同區(qū)域的主導(dǎo)衰減因子有所不同. 在沉水植物分布茂盛的區(qū)域，光合有效輻射衰減系數(shù)模型剔除了所有變量，區(qū)域內(nèi)光衰減系數(shù)較小，主要是水體本身對(duì)光的吸收和散射. 在沉水植物分布稀疏的區(qū)域，ISS和Chl.a濃度較高，二者共同主導(dǎo)了光照的衰減，該區(qū)域?qū)儆诓菰骞采鸂顟B(tài). 雖然也有沉水植物分布，但是生物量比較小，對(duì)底泥和藻類的抑制作用相對(duì)減弱，在外力的擾動(dòng)下容易發(fā)生底泥懸浮，釋放營養(yǎng)鹽，為藻類生長提供營養(yǎng)物質(zhì). 以往對(duì)太湖的研究表明，水下光照衰減主要由懸浮物引起[11,30]，但我們對(duì)東太湖沉水植物稀疏區(qū)域的研究發(fā)現(xiàn)，Chl.a也是影響水下光照衰減的重要因素之一，在生態(tài)修復(fù)實(shí)踐中不容忽視. 近幾年沉水植物的逐漸減少表明東太湖目前可能接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵階段，從大型水生植物主導(dǎo)的清澈狀態(tài)向浮游植物主導(dǎo)的渾濁狀態(tài)轉(zhuǎn)變將導(dǎo)致許多淺水湖泊水質(zhì)持續(xù)不良，然而，一旦轉(zhuǎn)變后再恢復(fù)大型水生植物主導(dǎo)的清澈狀態(tài)往往更加困難[9]. 因此需要重點(diǎn)關(guān)注此區(qū)域，減小波浪對(duì)底泥擾動(dòng)造成的底泥懸浮和營養(yǎng)鹽釋放，降低湖水中懸浮物和Chl.a濃度. 在無植物區(qū)域，ISS濃度要比Chl.a濃度大得多，是影響光衰減的主要因素. 該區(qū)域底泥容易再懸浮，在水流的輸移作用下泥沙會(huì)向植物區(qū)輸送，進(jìn)而影響到兩側(cè)沉水植物的生長. 3個(gè)區(qū)域的OSS和CDOM影響都比較小，一方面是因?yàn)闁|太湖OSS和CDOM濃度比較低，懸浮物主要由ISS構(gòu)成，OSS僅占到總懸浮物的17%，導(dǎo)致引起水下光照衰減的影響無法顯現(xiàn)，另一方面CDOM對(duì)光的吸收在400 nm以下的紫外短波部分貢獻(xiàn)比較高，500 nm以上的光衰減主要來源于懸浮物和Chl.a.

真光層深度是湖泊物理、化學(xué)、生物綜合作用的關(guān)鍵指標(biāo)，在湖泊生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)改善方面發(fā)揮著重要作用[31]. 真光層深度與水深的比值可以作為劃分是否可恢復(fù)沉水植物的標(biāo)準(zhǔn)，比值大于1時(shí)，表明水下光照環(huán)境可滿足沉水植物的生長需求. 根據(jù)真光層深度與透明度的關(guān)系，在實(shí)際測(cè)量中可以通過測(cè)量湖水透明度來判斷區(qū)域內(nèi)沉水植物能否生存. 本文根據(jù)計(jì)算的真光層深度和測(cè)量的透明度數(shù)據(jù)，建立了回歸方程，結(jié)果表明在置信區(qū)間為95%的水平下，真光層深度和水體透明度呈顯著的正線性關(guān)系：Deu=2.70SD(R2=0.969,P≤0.0001,n=160). 真光層深度大約是透明度的2.7倍，在實(shí)際應(yīng)用中，可通過測(cè)量透明度反算出真光層深度，然后比較真光層深度與水深的大小，當(dāng)真光層深度≥水深時(shí)，表明可以恢復(fù)沉水植物. 采樣期間東太湖平均水深1.85 m，即將透明度提高到0.7 m以上，就有可能恢復(fù)沉水植物，因此當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)修復(fù)工程中可借鑒此數(shù)據(jù). 總的來說，東太湖光照衰減的主要因素是ISS和Chl.a，水下光照的分布決定了沉水植物的分布情況. 目前，東太湖正處于從草型湖區(qū)到藻型湖區(qū)過渡的階段，尤其在沉水植物稀疏區(qū)域，圍網(wǎng)拆除后增加的水動(dòng)力對(duì)沉水植物生長造成了不利影響. 另外，該區(qū)域長有許多浮葉植物，阻礙了光照在水下的傳播，進(jìn)一步影響了沉水植物的光照需求. 因此，建議可采取圍隔等消浪措施減小水動(dòng)力，防止底泥懸浮，提高水體透明度，同時(shí)加強(qiáng)水生植物管理，適度收割浮葉植物，改善水下光照環(huán)境，保證沉水植物生長良好，促進(jìn)湖水水體的良性循環(huán). 鑒于大太湖藻類輸入的影響，有關(guān)部門需要及時(shí)關(guān)注和監(jiān)測(cè)東太湖入口處——東茭嘴附近的水質(zhì)情況，采取相關(guān)措施阻止外源性藻類入侵東太湖，削弱藻類與沉水植物的競(jìng)爭(zhēng)力.

4 結(jié)論

1)東太湖kd(PAR)范圍為0.73～11.8 m-1，空間變化規(guī)律為：植物茂盛區(qū)(1.09 m-1)<植物稀疏區(qū)(2.50 m-1)<無植物區(qū)(6.19 m-1)，對(duì)應(yīng)的真光層深度范圍為0.39～6.31 m. 東太湖光學(xué)特性空間差異顯著. 衰減因子中，ISS和OSS濃度空間差異顯著(P<0.05)，CDOM吸收系數(shù)無顯著性差異(P>0.05)，沉水植物稀疏區(qū)葉綠素a濃度顯著高于植物茂盛區(qū)(P<0.05)，但與無植物區(qū)沒有顯著差異(P>0.05). 沉水植物的分布影響著區(qū)域內(nèi)的水質(zhì)因子變化.

2)kd(PAR)與ISS、OSS濃度的線性擬合較好，與Chl.a、CDOM擬合較差；沉水植物茂盛區(qū)衰減主要是水體本身對(duì)光的吸收和散射作用，稀疏區(qū)屬于草藻共生狀態(tài)，由Chl.a和ISS共同主導(dǎo)，無植物區(qū)域主導(dǎo)衰減因子為ISS，整個(gè)區(qū)域的OSS和CDOM對(duì)光照衰減基本無影響. ISS和Chl.a濃度是影響該區(qū)域光照衰減的主要因子.

3)東太湖正處于由草型穩(wěn)態(tài)向藻型穩(wěn)態(tài)過渡的階段，整個(gè)湖泊屬于富營養(yǎng)水平，其中沉水植物茂盛區(qū)屬于草型穩(wěn)態(tài)，處于中營養(yǎng)水平；稀疏區(qū)屬于草藻共生狀態(tài)，處于富營養(yǎng)水平；無植物區(qū)屬于藻型穩(wěn)態(tài)，處于重富營養(yǎng)水平.

4)東太湖真光層深度大約是透明度的2.7倍.