Benthic cyanobacterial detritus mats in lacustrine sediment: Characterization and odorant producing potential  

湖泊沉積物中底棲藍藻碎屑墊層的特征及產異味潛力  

來源：Environmental Pollution, Volume 256, 2020, Article 113453  

《環境污染》，第256卷，2020年，文章編號113453  

 

摘要核心內容

 

研究通過微電極原位監測和高分辨率沉積物采樣，首次系統揭示富營養化湖泊（太湖）植被區底棲藍藻碎屑墊層是異味物質產生的熱點區域。核心發現：  

1. 植被區異味物質富集：植被區沉積物中異味物質含量（如β-環檸檬醛307.51 ng·(g·dw)?1）是無植被區的3-52倍，主要異味物包括二甲基三硫醚（DMTS）、β-紫羅蘭酮和β-環檸檬醛（圖5）。  

 

2. 環境特征與異味關聯：藍藻碎屑墊層呈缺氧（DO<0.1 mg/L）、還原態（Eh<193 mV）和酸性（pH<6.84）環境（圖1），其高有機質（TOC 13.05 g·kg?1）和可生物降解化合物（脂質9.97 mg·g?1）與異味物質顯著正相關（p<0.01）（圖4，表1）。  

 

 

 

3. 擴散風險：水體與沉積物中異味物質分布呈對稱性（圖6），證實沉積物是水體異味的重要來源。  

 

研究目的

 

1. 量化底棲藍藻碎屑墊層的形成特征與環境效應；  

2. 揭示藍藻碎屑分解與異味物質產生的關聯機制；  

3. 評估沉積物異味向水體擴散的風險。  

 

研究思路

 

1. 分區采樣設計：在太湖竹山灣選取植被區（蘆葦覆蓋80%）和無植被區各2個點位，采集沉積物巖芯（0-30 cm）及上覆水樣。  

2. 多參數同步測量：  

   ? 微電極原位剖面：DO、H?S、Eh、pH（圖1）；  

 

   ? 沉積物特性：TN、TP、TOC、色素（葉綠素a、脫鎂葉綠酸a）（圖2-3）；  

 

 

   ? 可生物降解化合物：蛋白質、碳水化合物、脂質（圖4）；  

 

   ? 異味物質：DMDS、DMTS、2-MIB、土臭素、β-環檸檬醛、β-紫羅蘭酮（圖5-6）。  

 

3. 統計建模：通過多元回歸分析建立可生物降解化合物與異味物質的定量關系（表2）。  

 

測量數據及研究意義

 

1. 微電極環境參數（圖1）  

   ? 數據：植被區DO耗盡深度僅2.5 mm，Eh均值193 mV（vs.無植被區350 mV），pH降至6.84。  

 

   ? 意義：證實藍藻碎屑分解創造強還原環境，為異味生成提供厭氧條件。  

 

2. 沉積物有機質與色素（圖2-3）  

   ? 數據：植被區TOC（13.05 g·kg?1）、葉綠素a（6.39 μg·g?1）顯著高于無植被區；TOC/TN比<10指示藍藻來源。  

 

   ? 意義：明確藍藻碎屑是沉積物有機質主要來源，其分解驅動異味產生。  

 

3. 可生物降解化合物（圖4）  

   ? 數據：植被區脂質（9.97 mg·g?1）、碳水化合物（15.08 mg·g?1）含量為無植被區2倍。  

 

   ? 意義：揭示藍藻碎屑中易降解組分是異味前體物質。  

 

4. 異味物質分布（圖5-6）  

   ? 數據：植被區β-環檸檬醛（307.51 ng·(g·dw)?1）、β-紫羅蘭酮（439.52 ng·(g·dw)?1）含量最高；水體異味濃度與沉積物呈對稱分布。  

 

   ? 意義：證實沉積物是水體異味的潛在擴散源，為湖泊管理提供關鍵靶點。  

 

結論

 

1. 藍藻碎屑墊層為異味熱點：植被區因藍藻碎屑積累形成缺氧-還原環境，促進DMTS、β-紫羅蘭酮等異味物質生成。  

2. 可降解組分驅動異味產生：脂質、蛋白質與異味物質顯著相關（R2=0.876），可作預測指標。  

3. 擴散風險明確：沉積物-水體異味分布對稱性表明底質是上覆水異味的持續釋放源。  

 

丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

 

研究使用丹麥Unisense微電極系統原位測定沉積物-水界面的DO、H?S、Eh和pH垂直剖面（圖1），其核心價值在于：  

1. 毫米級分辨率捕捉氧化還原梯度：微電極以0.1 mm精度揭示植被區DO在2.5 mm深度耗盡（圖1a），直接驗證藍藻碎屑快速耗氧特性，為異味生成的厭氧機制提供原位證據。  

2. 定量還原環境強度：Eh剖面（圖1c）顯示植被區電位降至193 mV（vs.無植被區350 mV），明確劃出強還原帶，與H?S峰值區（圖1b）空間重合，證實硫酸鹽還原菌活動促進含硫異味物（如DMTS）生成。  

3. 耦合有機酸積累：pH下降至6.84（圖1d）與高有機質含量（圖2）關聯，指示藍藻分解產生有機酸，創造利于β-紫羅蘭酮等異味物合成的酸性環境。