辽河口湿地土壤有机碳来源及分子结构特征对汞甲基化的影响

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影响汞甲基化的众多因素中,溶解性有机质DOM(Dissolved organic matter,DOM)被认为在汞(Hg)的固定和迁移转化中扮演着至关重要的作用。其具有较多的活性位点,可用作重金属的载体,直接与土壤、水体中的Hg2+结合发生一系列的反应,使更多的汞被储存在上覆水中或被表层土壤吸附。但是关于DOM来源、组成及分子结构特征对汞甲基化的影响机理尚不清楚。本文系统地研究了辽河口湿地Hg、MeHg含量在不同深度、不同盐度区域及不同植被类型土壤中的分布规律,并通过磷脂脂肪酸(PLFA)方法研究土壤微生物种群的生物量及群落结构变化。采用紫外-可见光谱结合三维荧光光谱分析技术对DOM来源、组成和结构特征进行探索,并通过多元统计分析方法揭示了土壤中DOM、环境因子与汞甲基化的关系。主要结论如下:(1)盐度和植被类型对汞的存在形态有显著影响,土壤汞和DOC含量在10-20 cm深度最高。有植被覆盖和0-10 cm深度土壤是甲基汞和土壤微生物积累的关键,高盐环境不利于甲基汞和微生物在土壤中积累。10-20 cm深度土壤PLFAs含量较低,土壤盐分过高会明显降低其种类数量。(2)在盐度梯度上DOM由腐殖化向非腐殖化过程转化,分子缩合度有降低趋势,DOM的蛋白质组分和腐殖酸组分有减小趋势,而富里酸含量有增加趋势。在垂直分布上,DOM的腐殖化程度升高、分子缩合度减小、组分间的差异不明显。植物活动会使土壤中DOM疏水组分比例增大,也会降低DOM分子缩合度,芦苇土中类蛋白组分含量明显高于光滩土。(3)通过荧光光谱结合平行因子分析(EEMs-PARAFAC)辽河口湿地不同深度土壤,得到DOM主要有5类组分,包括类富里酸、类腐殖酸、类蛋白;根据Fmax%发现,DOM中类蛋白含量最高、类富里酸次之、类腐殖酸含量最少。光谱指数分析表明DOM主要以自生源为主,微生物可利用性强,腐殖化程度较弱。(4)盐度的增加利于汞从土壤向上覆水的释放。在盐度梯度上腐殖化程度、疏水性组分呈增加趋势,DOM的蛋白质和腐殖酸组分有减小趋势,富里酸含量呈增加趋势。类蛋白组分的荧光强度占比最高,微生物代谢活动会产生丰富的类蛋白物质使有机质不易被腐殖化。(5)DOM的腐殖化程度越高越利于汞甲基化的发生,无机汞输入是辽河口湿地表层土壤甲基汞污染的一个重要来源。汞甲基化的发生受富里酸组分影响较大,来源于河口、近海岸的外源输入对甲基化有抑制作用。不同有机质组分对汞的迁移转化作用不同,小分子量的DOM如类蛋白组分具有较多的与汞结合位点。厌氧菌、真菌和革兰氏阴性菌与汞等作用较强,盐分、p H和有机碳含量对光谱指标具有十分重要的影响。
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