典型岩溶区地下河中溶解态脂类生物标志物来源解析及其变化特征

利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定了青木关地下河中溶解态类脂物的含量.研究了其在地下河中的来源、组成及迁移特征.结果表明,7~11月,各溶解态类脂物的平均含量随着青木关地下河运移距离的增加呈降低趋势,其中以溶解态饱和直链脂肪酸的下降最为显著,即由最初的5 704 ng·L~(-1)下降到1 043 ng·L~(-1),减少了约81.71%.正构烷烃能够较为详尽地指征地下河中溶解性有机质来源,而饱和直链脂肪酸、脂肪醇则对藻类和细菌等微生物有较好的指示意义.随着地下河运移距离增加,有机质输入类型呈现多样化,可能与岩溶地表不均一性有关.正构烷烃三端元图解中,水生植物的输入为地下河中溶解性有机质的主要来源,其次分别为陆地高等植物和藻类、细菌等微生物,但随着地下河运移距离的增加水生植物的相对贡献量逐渐减少.青木关地下河中正构烷烃TAR值对降雨有一定的指示意义,而饱和直链脂肪酸CPI、L/H值则指示细菌降解活动.     

重庆典型岩溶区地下河中溶解态正构烷烃、脂肪酸来源、迁移及转化

为阐述青木关地下河中溶解态正构烷烃和脂肪酸的来源、迁移及转化研究,2013年7月31日、10月25日分别在青木关地下河入口、天窗和出口处进行采样,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对样品中溶解态正构烷烃、脂肪酸的组分进行定量分析.结果表明,7月和10月样品中溶解态正构烷烃、脂肪酸的平均含量分别为1 354、667 ng·L-1和24 203、2 526ng·L-1.溶解态正构烷烃和脂肪酸的含量随地下河运移距离的增加均呈降低的趋势;基于正构烷烃分子特征参数CPI、OEP、Paq和R(ΣC≤20含量与总量的百分比)发现7月青木关地下河中溶解态正构烷烃主要来源于细菌等微生物和藻类.10月主要来源于地表水生植物,但随着地下河运移距离的增加,藻类和细菌等微生物的贡献逐渐增大;溶解态脂肪酸C16:0比例最高,结合碳峰分布特征显示7月和10月水样中,藻类和细菌等微生物为地下河中溶解态脂肪酸的主要来源.     

雨季不同土地利用下表层岩溶泉中脂肪酸来源分析

为阐述南川表层岩溶泉中溶解性有机质的来源,采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对采自南川柏树湾(BQ)、兰花沟(LQ)、后沟(HQ)表层岩溶泉水中的脂肪酸进行定量分析.结果表明,BQ、LQ和HQ中5~7月泉水脂肪酸平均含量分别为14 870、12 912和8 801 ng·L~(-1),脂肪酸组成均表现为饱和直链脂肪酸单不饱和脂肪酸支链脂肪酸多不饱和脂肪酸,在检测到的脂肪酸中,单体脂肪酸以C16:0、C18:0含量最高,BQ、LQ、HQ中5~7月脂肪酸总浓度随时间推移呈升高趋势.各泉域植被覆盖和基岩裸露率不同,以及降雨带来的稀释作用与土壤迁移增大效应相互作用引起脂肪酸含量和组分变化.通过分析3口表层岩溶泉水中的脂肪酸分布特征和特征参数H/L、CPIh、TARFA,及细菌源、浮游植物源、陆源高等植物源脂肪酸含量发现,兰花沟泉脂肪酸5月以高等植物源为主,7月后沟泉脂肪酸以藻类来源为主,其他月的兰花沟、后沟泉、柏树湾泉的5~7月脂肪酸主要来自于细菌.     

城市化进程对地下河中溶解态正构烷烃来源的影响

为了探明城市化进程影响下地下河溶解态正构烷烃(D-ALK)的组分特征,于2014年11月至2015年4月,分别对受不同程度城市化进程影响的老龙洞与青木关两条地下河出口(老龙洞口、姜家泉)进行采样,利用气相色谱-质谱联用仪(GCMS)对样品中的D-ALK进行定量分析.结果表明,两地D-ALK碳数分布均为n C14~n C35.其中,姜家泉中的溶解态正构烷烃总量(DT-ALK)为102~356 ng·L~(-1),平均值为230 ng·L~(-1).2014年12月、2015年1月和4月,其正构烷烃碳数分布的峰型均为"单峰-前锋"型;LMH/HMH(n C-21/n C+22)为2.0~10;在n C14~n C25内碳优势指数(CPI14~25)为0.19~0.57,主碳峰均为C16(C_(max)16).2014年11月、2015年2月与3月,其碳数分布呈"双峰"形态,LMH/HMH与CPI14~25均小于1且C_(max)16;CPI24~35为1.2~23,C_(max)31或C_(max)33;Paq分别为0.2、0.7和0.1.其中,2014年11月与2015年3月的烷烃指数(AI)分别为0.95和0.98.老龙洞出口中的DT-ALK为110~697 ng·L~(-1),平均值为310 ng·L~(-1);各月碳数分布均呈现"单峰-前峰"峰型且C_(max)16,CPI14~25小于1.在旱季,由于受到不同人为活动的综合影响,以微生物输入为主的老龙洞中的溶解态正构烷烃在含量和组分的稳定性方面均大于以微生物和微生物、植物混合输入为主的姜家泉.     

旱雨季岩溶地表河不同河段正构烷烃相态组成变化和来源解析

岩溶作用产生的无机碳可以在水生植物、微生物等作用下形成有机质,转化为较稳定的内源有机碳,这为寻找全球遗漏碳汇提供了新的突破口,而加强对岩溶区有机质的溯源研究是重要手段.为探究金佛山岩溶地表河溶解态、颗粒态和沉积物正构烷烃的含量、组分及来源,于2017年3月20日、9月26日分别在石钟溪上、中、下游进行采样,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对三相态正构烷烃的组分进行定量分析.结果显示,旱季溶解态、颗粒态和沉积物正构烷烃的平均含量分别为737 ng·L~(-1)、6108 ng·L~(-1)和7149 ng·g~(-1),雨季三者的平均含量分别为7129 ng·L~(-1)、8146 ng·L~(-1)和6213 ng·g~(-1).正构烷烃的含量整体表现为雨季高于旱季,以溶解态正构烷烃表现得最为显著,这主要由外源高等植物输入增多所致.旱季上、下游正构烷烃含量差异明显,以沉积物正构烷烃表现得最为显著,自上而下整体保持微升态势;雨季外源输入量较大,差异性减弱,整体变幅较小.不同季节降雨和气温的变化导致水动力条件、浊度及水温的不同,深刻地影响着不同相态和不同河段正构烷烃的来源和迁移.整体上,随着海拔降低,高等植物贡献度降低,水生植物和低等生物贡献度增高.当水动力条件较弱和浊度较低时,造成内源溶解有机质增多,同时会出现溶解态至颗粒态乃至沉积物的缓慢沉降迁移.     

岩溶地表河旱季有色溶解有机质组成及来源:以金佛山碧潭河为例

岩溶水体中的有机碳汇是岩溶碳汇的重要组成部分,为探明地处亚热带的岩溶地表河——碧潭河水体CDOM的组成及来源,于2017年1~3月开展从上游至下游9个点位的调查,利用三维荧光光谱结合紫外-可见吸收光谱以及常规水化学指标,分析碧潭河CDOM组成和来源及其影响因素.结果表明:(1)碧潭河水体中HCO_3~-的质量分数70%、Ca~(2+)+Mg~(2+)的质量分数80%,为主要阴阳离子,水化学性质主要受岩石风化作用的影响;(2)水体CDOM在旱季主要由类腐殖酸(C1)、类富里酸(C2)和类酪氨酸(C3)组成,FI、BIX、HIX以及β:α的平均值分别为2.06、0.87、4.35和0.69,较高的FI、BIX、β∶α以及较低的HIX显示碧潭河水体CDOM在旱季整体而言具有较强的自生源特征;(3)水体中DIC质量浓度与C2、C3荧光强度得分的相关性系数分别为0.515(P0.05)和0.644(P0.01),表明水生生物光合作用固定DIC对水体中CDOM的形成起到重要作用,该过程是对岩石风化碳汇的转换和稳定.     

青木关地下河系统中不同含水介质下正构烷烃对比研究

为阐释不同含水介质中正构烷烃的来源及迁移、变化特征,2013年7~11月期间,每月对大驴池、姜家泉两个表层岩溶泉进行取样,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对样品中溶解态正构烷烃的组分进行定量分析.结果表明,大驴池中溶解态正构烷(T-ALK)含量变化范围为175~3 279 ng·L-1,平均值为1 011ng·L-1,姜家泉变化范围为282~775 ng·L-1,平均值为527 ng·L-1.大驴池中高碳数(C25~C32)正构烷烃占T-ALK含量的27.89%~52.92%,CPI(碳优势指数)值介于0.64~5.86之间,OEP(奇偶优势指数)值介于0.57~4.56之间,L/H(短链/长链正构烷烃比值)的变化范围为0.33~0.50之间,随月份无规律变化;姜家泉中高碳数(C35~C32)正构烷烃占T-ALK含量的23.66%~49.73%,CPI值的变化范围为0.82~3.07,OEP值的变化范围为0.51~3.59,L/H值则在0.97~1.23之间波动,且随月份的增加呈增大的趋势.即在7~11月之间,大驴池中高等有机质输入所占的比重不断增大,而姜家泉中有机质的输入类型差异较大.L/H值不能反映两者有机质输入的相对贡献,初步认为和降雨或水洗效应相关.另外,TAR(陆生/水生类脂物比值)值对降雨有一定的响应.     

重庆雪玉洞地下河溶解态脂肪酸来源解析及变化特征

为研究岩溶地下河中溶解性有机质来源及变化特征,2014年11月1日和11月8日分别对重庆丰都雪玉洞地下河入口(Site 1)及出口(Site 2)进行取样,利用气相色谱气质联用仪(GS-MS)对样品中溶解态脂肪酸的组分进行定量分析.结果表明,Site1和Site2溶解态脂肪酸平均浓度分别为1698和4419 ng·L~(-1),地下河出口处溶解态脂肪酸浓度明显高于地下河入口处;各采样点中溶解态脂肪酸组成以低碳数饱和直链脂肪酸(C≤20:0)为主要组成部分,其次为单不饱和脂肪酸;结合主成分分析(PCA)表明,雪玉洞地下河水中DOM主要来源于土壤中细菌、真菌等微生物,其次为洞外地表河流中DOM向雪玉洞地下河水中的输入.另外,洞内游客的旅游活动对地下河水中DOM的来源影响明显.     

不同来源溶解有机质与镉和锑的相互作用

运用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱结合平行因子分析的荧光淬灭技术,研究了植物、土壤、沉积物和水体4种来源DOM及其不同组分与Cd和Sb的相互作用.结果表明,随着Cd浓度的升高,4种来源DOM的光谱斜率(S275~295)和光谱斜率比(SR)都出现了明显下降,而DOM与Sb反应后其SR和S275~295值变化不明显,说明2种金属与DOM的结合机制有所不同,Cd与DOM的结合促使小分子DOM向大分子转化,而DOM与Sb结合后没有出现分子量的明显增大.对于相同金属处理,不同来源DOM及DOM不同组分荧光强度的变化不同,说明不同来源DOM与Cd和Sb结合的活性组分不同,且不同组分对Cd和Sb的络合能力差异较大.另外,在Cd处理中,Ex/Em= 301nm /346nm处的类蛋白组分的荧光强度变化有所波动,说明与类腐殖质组分相比,某些类蛋白组分与Cd形成的络合物稳定性较差.     

不同下垫面雨水径流溶解性有机物特性

为明晰不同下垫面雨水径流中溶解性有机物特性差异,采用三维荧光光谱、同步荧光光谱及树脂分级等方法对北京市城市道路、屋面、广场、绿地4种下垫面径流DOM进行分析.分析发现,下垫面类型影响径流DOM浓度、物质组成及化学组分分布;道路、屋面初期径流DOC浓度较高,并随产流时间增加而逐渐降低,而绿地径流DOC浓度随产流时间增加而增加,广场径流DOC浓度则始终保持较低水平;路面交通活动、大气沉降作用等使道路、屋面和广场等硬化下垫面径流DOM主要由类富里酸和类芳香蛋白物质组成,且以疏水性化学组分为主,其中疏水中性和疏水酸性组分占比较高;受土壤冲刷有机质影响,绿地径流DOM除含类富里酸和类芳香蛋白物质外,还含有大量腐殖质和生物源蛋白物质,以亲水性化学组分为主,且主要为亲水中性和亲水酸性组分.     

农业常用有机物料中水溶性有机物的理化性质特征

以水稻土水溶性有机物(DOM)为对照,采用物理化学和光谱学实验研究了农业上常用有机物料:猪粪、绿肥和污泥DOM的理化性质差异.结果表明,水稻土、污泥、猪粪和绿肥DOM含量分别为122, 23793, 12904, 380560mgC/kg.若施用等量有机物料,带入土壤的DOM量最多的应是绿肥.不同有机物料DOM中大分子组分含量高低顺序为:水稻土(51.08%)>猪粪(41.25%)>污泥(23.33%)>绿肥(7.36%);而极性组分含量的顺序则相反,水稻土(10.71%)猪粪DOM(1.12)>污泥DOM(1.11)>绿肥DOM(0.98),紫外图谱也证实了这一点.     

溶解性有机质特性分析与来源解析的研究进展

溶解性有机质(DOM)是一类包含了复杂结构及交互作用的溶解性有机混合物,其表生行为和环境效应十分丰富.其在水体中滞留时间长,存在状态时刻处于变化中,与多种营养物质存在耦合效应,并影响着污染物的水环境归趋,是既古老又年轻的学科.目前,大多数研究成果都是建立于DOM分析技术与特性解析基础上.为了得到纯化的溶解性有机质,往往需要综合膜过滤、非离子大孔树脂、离子交换树脂、冷冻干燥、真空旋转蒸发、吸附剂富集等技术.光谱、色谱技术、高分辨率质谱等仪器的综合使用为研究溶解性有机质吸附、结合、络合、光诱导等环境行为提供了技术保障.DOM的表观特征广泛应用于研究其在水环境中的存在状态和环境行为,也是监测水处理过程中有机质去除效果的重要手段;其微观形态、分子量分布、化学键组成等内部特征的解析是认知其分子和结构、解释其作用机理和预测其环境归趋的基础.DOM来源复杂,单一指标很难判断有机质的来源,甚至会产生不同的研判结果,而综合运用多种新技术、新方法是DOM来源解析研究的发展趋势.     

堆放垃圾渗滤液水溶性有机物的荧光特性

为揭示堆放垃圾渗滤液物质组成特性及其变化规律,采用三维荧光光谱,对4个不同垃圾堆场渗滤液水溶性有机物(DOM)进行了研究.结果显示,堆放垃圾渗滤液样品S1中含有2类蛋白荧光峰:类酪氨酸荧光峰和类色氨酸荧光峰,其他3个样品(S2、S3及S4)只含有类色氨酸荧光峰,此外还出现了类腐殖质荧光峰,且不同样品中该峰的数目、类型及位置均存在差异,显示渗滤液样品S1只含有类蛋白类物质,而其他3个样品除此之外还含有类腐殖质物质,且腐殖化程度各异.类蛋白类物质-Hg(II)配位研究显示,与类色氨酸荧光峰相比,类酪氨酸荧光峰更易受介质微环境改变影响;室温培养模拟研究显示,与类腐殖质物质相比,类蛋白类物质更易发生降解.三维荧光光谱可以有效表征堆场渗滤液DOM物质组成及其变化规律.     

太湖北部水体溶解性氨基酸分布特征及其环境意义

为探讨溶解性氨基酸(DAAs)在太湖水体中作为指示有机质来源及降解特征生物标记物的可能性,对太湖北部不同水域2种分子量级(胶体态:1kDa~0.5mm;真溶解态:<1kDa)的DAAs的空间分布、分子量分布、组成变化及对DOM的相对贡献等方面进行了调查研究.结果表明,太湖水体DAAs大多数以真溶解态存在,平均占DAAs的90%.不同湖区DAAs的含量及分子量组成不同,梅梁湾污染河口区、中心区、湾口区及太湖湖心区DAAs的含量分别为14.5, 34.7, 59.8, 24.0nmol/L,其中真溶解态的比例分别为94%, 88%, 89%及90%. DAAs的空间分布说明太湖的浮游生物内源是太湖DAAs的主要来源.组氨酸、精氨酸、赖氨酸、丝氨酸、酪氨酸是现存的主要氨基酸.氨基酸的成分变化能反映有机质从高分子量向低分子量转变的降解趋势,可作为指示溶解性有机质(DOM)降解的生物标记物.氨基酸碳(AA-C)与溶解性有机碳(DOC)的比值可以作为DOM生物降解性的评价参数,反映湖泊水体中与生物活性相关的DOM动态变化.