冻融对土壤溶解性有机质及其与菲结合作用的影响

发布时间：2020-05-08 19:19

【摘要】：溶解性有机质(dissolved organic matters,DOMs)在环境中普遍存在,分子量变化范围宽泛,具有异质性和光化学活性。DOMs含有复杂多样的官能团,对环境中的疏水性有机污染物(hydrophobic organic contaminants,HOCs)和重金属元素等的溶解性质、迁移转化、可降解性和生物毒性等都具有重要作用。多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是目前全球环境中都广为存在的持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs),不仅具有三致效应,还具有生物累积性和遗传毒性。DOM与PAHs能够发生非共价结合作用,从而控制其在环境中的行为。DOM因其非均相特征,受自然环境因素和人为因素影响深远。本文选用了沈阳市区棕壤DOM为研究对象,根据采样地点的不同,分为公园土壤和道路边土壤中的DOM,采用红外光谱、紫外光谱和三维荧光光谱等对其基本结构和冻融处理之后的结构变化进行表征。采用荧光淬灭法测定DOM与菲的结合常数(K),并考察了不同冷冻温度、不同融化温度、不同冷冻时间、不同冻融次数条件下K值的变化,通过相关性矩阵分析这种变化产生的原因,并从其他角度分析了冻融对K值产生影响的原因。公园土壤DOM和道路边土壤DOM的溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)含量分别是3.7 mgC·L~(-1)和3.0 mgC·L~(-1),这两种DOM具有相似的红外光谱、紫外-可见光光谱和三维荧光光谱,二者具有相似的结构和组成:都含有苯环、酚羟基和醇羟基等官能团,都含有脂肪链烃结构和芳香环结构;二者以单位DOC浓度下250 nm处的紫外吸光度(SUVA)表征的芳香性程度相当;主要荧光成分都是类富里酸和类腐殖酸。经过不同的冻融作用,公园土壤DOM和道路边土壤DOM的DOC含量均有不同程度的降低,前者受不同冻融条件改变的影响较后者更大;二者DOC的变化范围分别是2.1 mgC·L~(-1)~3.6 mgC·L~(-1)和1.6 mgC·L~(-1)~2.9 mgC·L~(-1);均随冷冻温度的上升而降低。冻融处理能够显著增强DOM的芳香程度和腐殖化水平,能显著改变DOM的分子量大小、促进有色溶解性有机质(chromophoric dissolved organic matter,CDOM)的产生。季节性冻融会加深不同类型的土壤DOM结构和组分之间的差异。冻融处理导致公园土壤DOM和道路边土壤DOM的三维荧光光谱均发生明显变化。从荧光峰变化的角度来看,类芳香族蛋白质在冷冻温度较高或着融化温度适宜的情况下更为明显,并且随着冷冻时间延长和冻融次数的增多而增多;类腐殖酸随冷冻时间延长和冻融次数增多而减少;类富里酸随冷冻时间延长逐渐减少、随冻融次数增多先减少后增多。不同的冻融条件显著改变了DOM中各荧光组分对荧光物质总量的贡献率,荧光组分之间能够相互转化。受冻融作用影响,类富里酸成为DOM中含量最高的荧光物质。土壤DOM受冻融作用影响,大分子稠环结构物质等有机质被破坏,产生更多的类富里酸、酚类和醌类等小分子量芳香性结构物质。较长的冷冻时间和更多次数的冻融循环都使得类腐殖质成分减少,而类酪氨酸含量增多。本文的两种土壤DOM样品及其经过不同冻融作用试样的Stem-Volmer图都表现出明显的线性特征,这说明本文的DOM与菲结合形成复合物的主要机制都是疏水性分配作用。两种土壤DOM的K值都是3.5×10~4 L·Kg~(-1)。不同的冷冻温度、融化温度冷冻时间和冻融次数条件对K值都在0.01水平上具有极显著影响,而且两种DOM之间存在极显著差异。公园土壤DOM和道路边土壤DOM的K值的变化范围分别是1.6×10~5 L·Kg~(-1)~8.4×10~5 L·Kg~(-1)和1.5×10~5 L·Kg~(-1)~3.7×10~5 L·Kg~(-1);都随冷冻温度上升而减小,并且都与冷冻温度变化线性相关;与冷冻时间和冻融次数都呈现二次多项式的函数关系;与其各自的未冻融样品相比,K值都增大一个数量级。DOM与多环芳烃表观结合常数的增大,一方面会提高多环芳烃在环境中的流动性;另一方面,也会降低了多环芳烃的生物利用度。相关性分析表明,芳香环是本文的DOM与菲结合的核心官能团。芳香环的含量与类富里酸、类腐殖酸和类芳香族蛋白质Ⅰ存在显著相关性。DOMs经过冻融之后,其芳香性与其中的类酪氨酸、类腐殖质和荧光物质总量都有很大关系,但是与其他荧光组分的关系存在DOM种类或者来源上的差异。
【图文】：

同步荧光光谱,最大荧光

3）用 1μL 微量进样针分别取 1μL，1000 mg·L-1菲的甲醇溶液添加到待测 DOM个系列稀释液中，立即拧紧瓶盖（以避免菲挥发），并使其混合均匀，避光静置过系充分平衡后进行 K 值的测定。本实验 DOM 溶液中菲的总浓度保持在 0.100 mg的添加量很少，为 0.01%（<0.5%）,所以稀释效应可以忽略。4）在室温下分别测定以下三个不同体系的荧光强度：无 DOM 存在下仅有菲的荧OM 和菲共存的荧光值 f。根据公式（1-12）计算结合常数 K。5）菲的浓度测定利用荧光分光光度计，采用恒波长同步荧光法[74]。测定条件如= 100nm；Ex slit=5 nm；Em slit=5 nm；Scan rate=120 nm/min；Factor=20。根据该不同浓度菲的荧光光谱见图 1-1，从该图可知，，该方法检测菲的浓度范围为L-1～0.4 mg·L-1，且在此浓度范围内，最大荧光峰值均出现在激发波长 250 nm 处显可以看出 0.02 mg·L-1～0.1 mg·L-1的浓度范围内，最大荧光峰间距相等。因此l 作 0.02 mg·L-1～0.1 mg·L-1浓度范围内最大荧光峰强度和浓度的关系曲线，见，得到最大荧光峰值与菲的浓度成正比，线性公式为 y=3678.7x，R2=0.9924。6）根据步骤（1）～步骤（5）和公式（1-12），测定待测 DOM 样品与菲的结合

冻融对土壤溶解性有机质及其与菲结合作用的影响

PS和RS的三维投影图（a和b）和等高线光谱图（c和d）图
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X592

【参考文献】