溶解性有机氮是蓝藻等水生生物生长的重要氮营养源，也是影响湖泊富营养化的重要营养源之一.湖泊溶解性有机氮中28%~46%为氨基酸态氮(姚昕，2010；Yao et al. ，2012)，即氨基酸是溶解性有机氮的重要组成部分，同时也是湖泊浮游植物和微生物等的重要氮源，可被水生生物直接吸收利用(Jones et al., 2004；2005).沉积物作为氨基酸的重要储库和来源，富集在其中的氨基酸可随环境因子的改变而释放进入上覆水，进而增加湖泊水体富营养化的风险(高悦文等，2012).因此，研究沉积物氨基酸含量及分布特征对理解湖泊氮循环机制和揭示富营养化机理具有重要意义.

鄱阳湖是中国最大的淡水湖泊，其水质在五大淡水湖中较好(王圣瑞等，2013).但是随着流域经济社会的迅速发展，大量氮、磷等营养物质输入湖泊，鄱阳湖水质下降趋势明显(李博之，1996).近年来，受三峡大坝、气候变化及人类活动等影响，鄱阳湖流域内极端干旱、极端洪涝的灾害频繁出现，主要表现为丰水期高水位持续时间缩短，枯水期提前，且枯水期延长，引发湖泊水位下降迅速，进而可能影响鄱阳湖水质.同时鄱阳湖水位降低对有机质的悬浮和沉降也会造成很大的影响，而氨基酸作为有机质释放及降解产物(Wu et al., 2004)，是有机质中高度活性成分，被微生物和浮游植物吸收利用(Burdige and Zheng， 1998)，可在一定程度上促进湖泊富营养化.另外，由于江湖关系发生变化引起的水位变化导致鄱阳湖丰水期水位持续偏低，枯水期时间提前且出现频率增加，可增大其沉积物内源氮磷释放风险(Miller et al., 2005).氨基酸既是内源氮的重要成分，又是溶解性有机氮的重要组分，易于扩散进入上覆水，在一定程度上可影响湖泊水体环境，甚至会加速富营养化.因此，研究沉积物氨基酸空间分布及其受水情影响的变化是认识鄱阳湖江湖关系变化的生态环境影响重要内容之一.以往针对氨基酸的研究多集中在海洋方面，而对湖泊沉积物氨基酸组成及含量分布方面的研究较少.本文立足于近年来江湖关系变化对鄱阳湖水环境的影响，试图揭示枯水期提前和连续低枯水位的现象对沉积物中氨基酸含量、组成及分布等特征的影响，以期为鄱阳湖保护和应对江湖关系变化提供理论依据和支撑.

鄱阳湖是中国第一大淡水湖，也是长江流域最大的通江湖泊，介于北纬28°22′~29°45′，东经115°47′~116°45′之间.湖体以松门山为界，南部宽广，为主湖区，水位较浅；北部狭长，为入江水道，水位较深(Zhang et al., 2012).鄱阳湖属于吞吐型湖泊，每年汛期，五河洪水入湖而上涨、漫滩，湖面扩大，冬春季节，湖水落槽，滩地显露，水面缩小.即年内洪、枯水期间的湖泊形态指标差异悬殊，呈现“洪水一片、枯水一线”的景观(胡春宏和阮本清，2011).

江湖关系发生变化引起的水位变化导致鄱阳湖丰水期水位持续偏低，枯水期时间提前而且出现频率增加，从而使得其沉积物出露时间提前并延长.为了探究江湖关系变化对鄱阳湖表层沉积物氨基酸分布的影响，结合鄱阳湖2001—2010年最低水位为9.02 m，平均水位为13.12 m(闵骞，2012)的实际情况，于2012年5月(丰水期)和11月(枯水期)，利用彼得森采泥器分别采集北部湖区、“五河”入湖尾闾区及湖心区18个(枯水期14个，丰水期4个)不同高程(10~13 m)的表层沉积物样品(表 1)，采样点如图 1所示.将样品置于恒温箱内(4 ℃)，带回实验室冷冻干燥，研磨、过200目筛备用.

表1(Table 1)

表1 鄱阳湖沉积物采样点所处区域及高程 Table 1 Location and elevations of Poyang Lake sampling sites

表1 鄱阳湖沉积物采样点所处区域及高程 Table 1 Location and elevations of Poyang Lake sampling sites 湖区类型采样点 北部湖区 N1 N2 N3 N4 高程(吴淞)/m 12~13 11~12 10~11 10~11 湖区类型采样点 “五河”入湖尾闾区 S1 S2 S3 S4 S5 高程(吴淞)/m 11~12 11~12 10~11 10~11 10~11   湖区类型采样点 湖心区 C1 C2 C3 C4 C5 高程(吴淞)/m 12~13 11~12 11~12 11~12 10~11

图 1(Fig. 1)

图 1 鄱阳湖采样点高程示意图 Fig. 1 The elevations of Poyang Lake sampling sites

仪器设备：Agilent 1200高效液相色谱仪，Agilent Eclipse Plus C18(5 μm，4.6×250 mm)色谱柱，凯氏定氮仪及其他实验室常用设备.

氨基酸标准溶液(AAs-18)、内标α-氨基丁酸(α-ABA)、衍生化试剂邻苯二甲醛(OPA)和3-巯基丙酸(3-MPA)均购自Sigma-Aldrich；甲醇和乙腈为HPLC级试剂；其它试剂均为优级纯.氨基酸标准溶液内含18种氨基酸，分别是：天冬氨酸(ASP)、丝氨酸(SER)、谷氨酸(GLU)、甘氨酸(GLY)、组氨酸(HIS)、精氨酸(ARG)、苏氨酸(THR)、丙氨酸(ALA)、脯氨酸(PRO)、半胱氨酸(CYS)、酪氨酸(TYR)、缬氨酸(VAL)、甲硫氨酸(MET)、赖氨酸(LYS)、异亮氨酸(ILE)、亮氨酸(LEU)及苯丙氨酸(PHE).

沉积物总氮(TN)含量采用半微量凯式定氮法测定(金相灿等，1990)；有机质(OM)含量采用重铬酸钾外加热法测定(王圣瑞等，2012a)；提取液中TOC浓度利用MultiN/C3100分析仪测定.

采用酸水解法提取表层沉积物中的氨基酸.称取0.25 g沉积物样品至于安瓿瓶中(3份平行样)，加入6 mol · L^-1 的盐酸，充入氮气2 min后密封，110 ℃下恒温水解24 h，高速离心水解样品30 min，过滤，取3 mL上清液于50 ℃烘箱中挥发至干；加入3 mL 0.1 mol · L^-1硼酸盐缓冲液(pH 为10.2)，过滤、封瓶、冷冻保存.

氨基酸通过高效液相色谱柱前衍生法测定.色谱条件：流动相A为10 mmol · L^-1 Na₂HPO₄+10 mmol · L^-1 Na₂B₄O₇(pH = 8.2)，流动相B为乙腈∶甲醇∶ 水(φ = 45∶45∶10)混合液.检测条件：荧光检测器(FLD)，激发波长E_x 340 nm，发射波长E_m 450 nm.

水解氨基酸由15种氨基酸构成，色氨酸在水解过程中被破坏，半胱氨酸在FLD检测器下无吸收，脯氨酸则在OPA中无法衍生(姚昕，2010).通过保留时间对个体氨基酸进行定性分析，且其标准曲线的相关系数均在大于0.99以上.除甲硫氨基酸回收率较低外，其他14种氨基酸的回收率均在80%~95%之间.

数据的处理主要采用数理统计学方法.运用Sufer 8.0和Excel 2007进行因子的相关分析和制图.

鄱阳湖3个湖区沉积物氨基酸含量介于5.40~17.36 μmol · g^-1之间，与文献报道值较为接近(王金权和刘金陵，1994；王丽玲等，2009).北部湖区、五河入湖尾闾区、湖心区沉积物氨基酸含量范围分别为5.40~13.90 μmol · g^-1、9.42~17.36 μmol · g^-1和8.47~17.29 μmol · g^-1，整体上呈现“五河”入湖尾闾区较高，湖心区其次，北部湖区最低的分布特征，这与不同湖区所受外源输入污染程度差异相关. “五河”是鄱阳湖入湖污染负荷的主要输入来源，占污染负荷总量的80%左右，由此导致该区域沉积物氨基酸含量较高，北部湖区和湖心区外源污染输入负荷则相对较小(王圣瑞等，2012b).

相同水位情况下，沉积物所在高程的差异显著影响氨基酸的含量分布特征.北部湖区、“五河”入湖尾闾区及湖心区沉积物氨基酸含量在不同高程上均表现为12~13 m＞11~12 m＞10~11 m(图 2)；北部湖区尤为显著；“五河”入湖尾闾区S4采样点氨基酸含量偏高，是因为该点位于饶河入湖口处，靠近养殖业发达的鄱阳县，水产养殖污染导致该水域沉积物氨基酸含量较高；湖心区C1采样点可能受外源污染较小，该处浮游植物等生长较少，导致其氨基酸含量偏低，但是总体上也呈现出高程越高，其氨基酸含量越增加的趋势.可见高程越高，沉积物出露时间越长，其氨基酸含量越高.

图 2(Fig. 2)

图 2 不同高程氨基酸的分布特征 Fig. 2 Distribution of amino acids in different elevations

同一采样点，水位条件差异对沉积物氨基酸的含量分布特征也具有重要影响.丰水期高水位时，采样点C1、C3、N3、S2均淹没于水下，氨基酸含量分别为8.36、10.88、4.19与9.05 μmol · g^-1.枯水期低水位 时，4个采样点露出水面，氨基酸含量则分别为 8.47、16.42、7.47、13.73 μmol · g^-1.不同水位情境下，4个点位沉积物氨基酸含量均表现出低水位(枯水期，沉积物出露)>高水位(丰水期，沉积物被淹没).表明枯水期水位降低引起沉积物出露，其氨基酸的含量随之增大.

鄱阳湖枯水期14个采样点氨基酸组分空间分布见图 3.就整体而言，3个湖区沉积物氨基酸的组成大致相似.其中，天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、丝氨酸含量较高，分别占总氨基酸比例的10%~30%，其总量则高达70%；其次为甘氨酸、赖氨酸、精氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸，占总氨基酸比例均在1%~10%，约占总量的25%；而苏氨酸、缬氨酸、组氨酸含量较小，占总氨基酸比例均低于1%，总量不足3%.以上结果与王金权等对太湖沉积物氨基酸含量的分布特征较为相近(王金权和刘金陵，1994)，其原因是沉积物氨基酸可能的来源，如浮游植物、细菌、硅藻等藻类氨基酸的组成差异较小(Brown et al., 1972;Cowie，1992a)，由此导致各点位氨基酸的组分相似.

图 3(Fig. 3)

图 3 各氨基酸单体的含量组成 Fig. 3 Concentrations of individual amino acids in the three regions of Poyang Lake

不同水位情境下，鄱阳湖不同高程沉积物氨基酸组分存在明显差异.由图 4可见，随着高程的变化，3个湖区沉积物15种氨基酸含量也发生了改变.其中，天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸、赖氨酸的含量随高程变化较为明显，高程增加，其含量增大，增幅在0.2~2.5 μmol · g^-1之间；组氨酸、苏氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸基本不受高程变化的影响；其余氨基酸含量的变化则较小，幅度小于0.2 μmol · g^-1.已有研究发现，沉积环境的变化会造成个体氨基酸在沉积物中的分布差异，水位降低引起沉积物出露导致表层沉积物理化性质发生变化，进而影响不同种类氨基酸含量(王丽玲等，2009).

图 4(Fig. 4)

图 4 3个湖区不同高程15种氨基酸含量 Fig. 4 The content of 15 amino acids in different elevations

鄱阳湖北部湖区、“五河”入湖尾闾区及湖心区沉积物氨基酸含量在不同高程上均表现为12~13 m＞11~12 m＞10~11 m.而水位下降引起的沉 积物出露时间提前和延长是导致这一差异的直接原因之一.随着水位降低，高程越高的沉积物，其出露时间相对较长.较长时间的出露将引起表层沉积物环境及理化性质发生改变，如充分接触氧气(Sitaula and Bakken， 1993)，微生物大量繁殖，从而增加沉积物氨基酸含量.另一方面，出露沉积物的蒸发作用增大而促使更多溶解性氮向表层迁移(De Groot and Van Wijck，1993)，氨基酸作为溶解性氮的一部分，易在沉积物表层蓄积.当低水位时，高程越高，沉积物出露时间越长，其氨基酸含量则随着高程增加表现出增加趋势.随季节性洪枯水位变化，鄱阳湖沉积物周期性被淹没或出露.周期性地水位变化和干湿交替，直接影响沉积物氨基酸含量.鄱阳湖枯水期表层沉积物氨基酸含量明显高于丰水期，这主要与其所处环境条件的变化有关.枯水期水位降低，沉积物出露，藻类等浮游生物死亡，在一定程度也可导致氨基酸含量升高.另一方面，沉积物出露接触空气，在水分蒸发过程中，其有机氮矿化作用增强(Takahashi and Yamamuro， 1994)，氨基酸作为有机氮的活性成分而易被释放.

研究表明，不同种类氨基酸在沉积物中的组成及分布影响因素较多，其化学性质和生物对氨基酸的选择性吸收等均有一定影响；另外氨基酸的来源及保存条件，沉积环境的变化等都会造成不同种类氨基酸在沉积物中的分布差异，且这些因素的影响程度可能会大于不同种类氨基酸稳定性(主要由于官能团或分子大小不同而引起)不同对氨基酸组成造成的影响(王丽玲等，2009).从图 4中可以看出，高程越高，其沉积物中天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸、赖氨酸含量越大.其中天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、丝氨酸、甘氨酸这5种氨基酸是构成藻类蛋白质的主要氨基酸，藻类在死亡后，组织内的氨基酸释放出来，从而影响沉积物中氨基酸的组成(夏清艳，2011).沉积物出露后，藻类和有机质降解释放氨基酸，在保存过程中，甘氨酸和丝氨酸性质较其他种类氨基酸稳定，不易被微生物利用(Sommerville and Preston， 2001)；丙氨酸、赖氨酸以降解，相对易于富集(Cowie，1992b)；浮游和底栖生物含有大量酸性氨基酸，它们的降解、分解过程中天冬氨基酸和谷氨酸被优先富集(Müller，1986).

江湖关系变化引起的水位变化导致氨基酸沉积环境发生变化，水位降低时，高程越高的沉积物出露时间越早，沉积物出露导致湖泊生态系统的结构和功能发生变化，部分水生生物和藻类死亡，组织内的氨基酸释放出来，难以降解和不易被微生物利用的氨基酸就会富集起来.所以，高程越高，沉积物出露时间越长，氨基酸富集时间越长，该类氨基酸含量则越高.

有机质含有丰富的碳、氮、磷等湖泊营养要素，在湖泊富营养化以及蓝藻水华暴发过程中起着重要作用，其中氨基酸是其主要活性成分.研究发现氨基酸含量与水体营养状态之间存在很好的相关性(Thomas and Eaton， 1996)，氨基酸在水生生物营养中具有很重要的作用，是水体中重要的氮素来源，在水体中起着不可忽视的作用(姚昕，2010).沉积物中的氨基酸对水体中的氮素营养可能是“汇”也可能是“源”.

五河入湖尾闾区和湖心区沉积物氨基酸态碳(AA-C)占TOC的比值小于3%，氨基酸态氮(AA-N)占TN平均值小于10%，而北部湖区分别有2.5%~5%的TOC和10%~20%的TN来源于氨基酸(图 5)，说明这两个湖区内源有机质含量较少，氨基酸含量高于北部湖区主要是因为受外源污染较重，与氨基酸空间分布特征结果一致.而北部湖区氨基酸来源则相对受外源污染影响较少，主要来源于沉积物内源.

图 5(Fig. 5)

图 5 3个湖区各采样点氨基酸对碳氮的贡献 Fig. 5 AA-C/TOC% and AA-N/TN in three regions of Poyang Lake

氨基酸态碳氮占的比例大也表明氨基酸是生产力旺盛的湖泊中有机碳、氮的重要组成成分，当外源氮素对浮游生物供应不足时，这部分氨基酸可以转化成浮游生物吸收利用的氮素形态，供浮游生物利用(姚昕，2013).所以鄱阳湖北部湖区沉积物氮的潜在风险相对较高，在外源污染输入量得到控制后，内源氨基酸释放可能是影响湖泊富营养化进程的因素之一.因此，在控制外源输入的同时，应加强湖泊生态修复，减少内源氨基酸释放.从氨基酸属性上看，天冬氨酸、谷氨酸含有更多羧基，属于酸性氨基酸；赖氨酸、精氨酸、组氨酸含有更多的羟基，属于碱性氨基酸；其余属于中性氨基酸.3个湖区中酸性氨基酸和中性氨基酸占绝对优势，碱性氨基酸则相对较少，不同湖区都表现为中性氨基酸>酸性氨基酸>碱性氨基酸(图 6).北部湖区酸性氨基酸摩尔百分比高于其他湖区，说明北部湖区中易降解氨基酸成分高.酸性氨基酸稳定性较差，容易被浮游植物吸收利用，可促进浮游植物繁殖生长，进而加速湖泊富营养化.

图 6(Fig. 6)

图 6 3个湖区氨基酸属性特征 Fig. 6 The Attribute property of Amino acid in three regions

研究发现北部湖区、“五河”入湖尾闾区及湖心区表层沉积物氨基酸在不同高程上均表现为12~13 m＞11~12 m＞10~11 m(图 2)；氨基酸组分含量随高程增加，酸性氨基酸含量呈增大趋势(图 7).由此可见，沉积物出露时间延长将引起其氨基酸含量增加，其中增加最大的为酸性氨基酸.酸性氨基酸易降解，可以被微生物和浮游植物直接吸收利用，促进浮游植物生长繁殖，甚至加速湖泊富营养化.所以，随着鄱阳湖水位的进一步变化，枯水水位降低，持续时间延长，将导致其沉积物出露面积进一步增加.来年进入丰水期，当沉积物覆水后，其氨基酸等内源氮负荷释放风险将增加，将会对鄱阳湖水质产生一定影响.

图 7(Fig. 7)

图 7 3个湖区氨基酸组分含量 Fig. 7 The component content of Amino acid in three regions

1)江湖关系变化引起的水位下降导致沉积物氨基酸含量增加.北部湖区、“五河”入湖尾闾区及湖心区沉积物氨基酸含量在不同高程上均表现为12~13 m＞11~12 m＞10~11 m，表明水位下降引起沉积物出露，高程越高的沉积物出露时间越长，其氨基酸含量越高.

2)江湖关系变化引起的水位变化对沉积物氨基酸组分影响显著.高程越高，沉积物氨基酸富集越明显，氨基酸含量有增加趋势，并且天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸、赖氨酸含量变化越大.这主要是因为丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸、赖氨酸作为难以降解和不易被微生物利用的氨基酸会富集起来；天冬氨酸和谷氨酸富含于浮游和底栖生物中，沉积物出露后，由于浮游生物和底栖生物等分解释放所致.

3)高程越高，沉积物氨基酸含量越高，其中酸性氨基酸所占比例也越高，表明可供浮游植物等生物吸收的营养物质较多.若鄱阳湖与长江江湖关系进一步变化，随着枯水期水位的持续降低，低水位时间进一步延长，将导致沉积物出露时间延长，出露面积增大，当来年沉积物覆水后，其氨基酸可被释放出来，从而影响鄱阳湖水质，可在一定程度上增加鄱阳湖富营养化风险.在未来的鄱阳湖保护中，需要关注由于江湖关系变化引起的水位下降导致的沉积物出露时间延长和面积增大带来的水质影响和富营养化风险.