三峽庫區(qū)典型農(nóng)業(yè)小流域溶解性有機質(zhì)(DOM)的地球化學特征分析.pdf

1、三峽庫區(qū)消落帶作為敏感的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，自蓄水以來，以其獨特的“干濕交替”特征一直受到廣泛關注。它是庫區(qū)水體和周邊陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化的活躍地帶，具有緩沖帶和植物護岸功能，對外界變化的響應相當敏感。以坡耕地為主的農(nóng)業(yè)小流域系統(tǒng)，對庫區(qū)消落帶生態(tài)環(huán)境質(zhì)量起著重要作用。DOM作為全球碳循環(huán)的重要組成部分，它對全球氣候變化有重要影響，也是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能量循環(huán)的重要活性組分，與生態(tài)系統(tǒng)中諸多重要環(huán)節(jié)密切相關。由于DOM活躍的環(huán)境角

2、色，農(nóng)業(yè)小流域中DOM對臨近水環(huán)境產(chǎn)生的重要影響，無疑會進一步影響該區(qū)域內(nèi)營養(yǎng)元素、重金屬、有機污染物及溫室氣體等的環(huán)境行為?；诖耍狙芯窟x取了三峽庫區(qū)消落帶典型農(nóng)業(yè)小流域—重慶涪陵區(qū)王家溝小流域為對象，結(jié)合紫外可見及熒光光譜手段對該流域內(nèi)不同利用類型土壤DOM和不同類型水體DOM以及兩條小流域出口水DOM的季節(jié)變化進行監(jiān)測分析，以期闡明典型農(nóng)業(yè)小流域土壤和水體中DOM地球化學特征的異質(zhì)性，結(jié)果表明：
　　(1)不同土地利用條件

3、下DOM性質(zhì)差異明顯，以林地土壤DOM的芳香性程度較高，腐殖化特征最強，其次為田地；盡管居民用地和菜地溶解性有機碳（DOC）含量高（均值分別為80.69 mg·L-1和89.20 mg·L-1），但是芳香化程度低，DOM中非生色組分對高 DOC含量的貢獻明顯。所有樣本熒光指數(shù)(FI)介于自生源特征(FI=1.9)和陸源特征(FI=1.4)之間，自生(類蛋白組分)和異生源(類腐殖組分)對DOM均有貢獻。大部分土壤樣本類蛋白/類腐殖熒光組分

4、(r(T/C))都大于2.0，說明該農(nóng)業(yè)小流域土壤DOM受外來因素尤其是人類活動影響較大，尤以菜地為代表。另外，不同紫外可見和熒光光譜參數(shù)對不同土地利用條件下DOM結(jié)構(gòu)和性質(zhì)差異性的靈敏程度不同，光譜斜率比值(SR)和腐殖化指數(shù)(HIX)不能反映DOM地化特征的差異性，因此單一的紫外可見或者熒光光譜指標并不能全面提供DOM的特征信息，建議兩種光譜分析方法聯(lián)用。
　　(2)溶解性有機質(zhì)(DOM)作為重要的地球化學因子，在流域水體環(huán)境

5、中扮演著重要的作用。該農(nóng)業(yè)小流域水體DOM空間差異較大，其組成和來源均存在明顯不同。有色溶解性有機質(zhì)(CDOM)在DOM中所占比例(ag*(355))大小順序為：稻田水>溝渠水>池塘水>井水>出口水，其中稻田水和溝渠水的SUVA254較井水和出口水大，芳香性更明顯。三維熒光光譜中存在2類4個熒光峰(A、C和B、T)，DOM來源都是內(nèi)部(微生物、藻類)以及外源(腐殖質(zhì))的雙重貢獻。除自生源微生物活動的影響外，外源生活污水和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的影

6、響也是導致DOM組分中類蛋白組分增多的重要原因。對比了不同種植季時相同位置水樣DOM光譜特征，類蛋白組分是控制兩個種植季水體DOM特征波動的重要因素。土地使用方式變化后水體DOC、CDOM和DOM當中的r(T/C)存在明顯差異，而FI、自生源指數(shù)(BIX)和短波處/長波處類腐殖熒光組分(r(A/C))差異不顯著。
　　(3)不同土地利用類型土壤DOC庫容量差異較大，呈現(xiàn)出不同地化特征。其中以菜地DOC庫容量最大為0.798 mg·

7、g-1，結(jié)構(gòu)較為復雜；田地最低為0.237mg·g-1。DOM中非生色組分對高DOC含量具有重要貢獻。不同提取比例的CDOM與DOC不存在顯著性相關性(P>0.05)。主成分分析結(jié)果表明DOC庫容量變化受到自生源微生物活動及外來人為因素等共同的影響。由于受到外部光降解及人為因素等的綜合影響，四種類型土壤DOC庫容量與DOM各光譜參數(shù)的相關性不盡相同，單一的光譜指標并不能準確的反映出DOC庫容量變化情況，建議紫外和熒光光譜兩種指標聯(lián)合分析

8、。吸附平衡常數(shù)Ks與溶解性有機碳庫容量[DOC]具有極顯著性正相關，吸附常數(shù)大的土壤具有較高的DOC庫容量。
　　(4)小流域全年出口水樣DOM的熒光有機物(FDOM)、CDOM分別與DOC表現(xiàn)出極顯著的相關性(P<0.05)，不同采樣時間DOC濃度大小順序為：4月>11月>7月>1月。DOC濃度全年變化范圍在1.22~165.00 mg·L-1之間，CDOM濃度[a(355)]變化范圍在0.08~24.47 m-1，F(xiàn)DOM濃度

9、[Fn(355)]變化范圍為2063.80~102811.99 m-1。不同采樣時間類蛋白物質(zhì)(Peak B和Peak T)熒光強度的順序為4月>11月>7月>1月。FI值年季變化范圍為1.55~1.75，介于陸源特征值1.40和內(nèi)源貢獻值1.90之間，DOM受內(nèi)源貢獻和外源輸入的綜合影響。兩條小流域Sub-1和Sub-2的自生源貢獻、芳香性、疏水性組分大小、分子量均存在顯著性差異。夏季農(nóng)業(yè)小流域水體DOM腐殖化程度最高，自生源特征較明

10、顯，類蛋白組分貢獻較大，生物可利用性較高；春、秋季水樣DOM腐殖化程度居中，冬季最弱。農(nóng)業(yè)小流域水體THg和表征DOM分子量大小的SR存在極顯著正相關性(P<0.05)，而與FI顯著負相關(P<0.05)。DHg與a(355)、SR也存在極顯著性正相關(P<0.05)，而與FI顯著負相關(P<0.05)。
　　(5)溶解性有機質(zhì)(DOM)是水體生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其性質(zhì)和結(jié)構(gòu)決定了其在污染物環(huán)境行為中扮演著重要角色(例如對汞的