松花湖(又称丰满水库)自1943年建成使用以来,已接受数十年的沉积作用,累积的湖泊沉积物在水环境监测和生态风险评估方面有重要研究意义。然而,对于松花湖沉积物中正构烷烃这一系列抗降解性强、来源特征显著的烃类有机物,却缺乏相关的研究。
针对这一问题,吉林大学地球探测科学与技术学院陆继龙教授团队中的尹业长博士系统研究了松花湖沉积物(图1)中正构烷烃的含量和分布、地球化学指标和物质来源,得出以下认识:
图1.吉林省松花湖形貌简图及采样点
(1)松花湖沉积物中正构烷烃的含量变化范围为20.39-168.35 μg/g,高于世界范围内其他典型浅水湖泊,指示松花湖可能存在一定的生态风险。按照沉积深度及正构烷烃含量将整条沉积柱划分为四个部分,分别研究了每部分的含量分布特征(图2)。在高分子量正构烷烃(>C25)中可见明显的奇数碳优势,表明生物源输入占主导;在第二阶段和第三阶段,中低分子量的正构烷烃(C17–C20)含量超过3%,明显高于第一阶段和第四阶段,表明第二阶段和第三阶段人为活动输入相对较高。
(2)分析计算出松花湖沉积物中正构烷烃的相关地球化学参数(图3),主峰碳数(MH)包括C27、C29和C31,指示正构烷烃总体来源以高等植物源为主;短链长链比值(LMW/ HMW)显示在部分深度处(例如39 cm、43 cm和51 cm等深度),石油及藻类来源占据主导;碳优势指数(CPI)显示沉积物中的烷烃主要来自现代高等植物以及一定的石油烃贡献;平均碳链长度(ACL)和沉水植物输入比例(Paq)结果显示,正构烷烃主要来源于陆生维管植物和挺水植物,且陆生高等植物的贡献大于水生植物。
图2.松花湖沉积物中正构烷烃含量分布图
图3. 正构烷烃地球化学指标图
(3)采用对应溯源分析研究样品与正构烷烃之间的关系(图4),结合先前的沉积速率研究,可推断在沉积早期(1943-1964年),C15、C17和C18这些藻类和低等水生植物来源的短链正构烷烃具有一定优势,这可能是蓄水后相对封闭、稳定的湖盆促进了藻类和低等水生植物的生长和繁殖引起;从1964年至2006年,陆生植物的输入逐渐升高,这可能是水土流失形成的泥沙向湖中输送大量的沉积有机质导致。
图4. 正构烷烃对应溯源分析图
该项研究由吉林大学地球探测科学与技术学院尹业长博士、陆继龙教授(通讯作者)和郝立波教授,上海地矿工程勘察有限公司谷雪以及吉林省地质调查院潘志恒高级工程师合作完成。相关工作得到了国家重点研发项目(2016YFC0600600)和中国地质调查局农业地质项目(12120105111208)共同资助。研究成果发表在国际期刊Environmental Geochemistry and Health上,论文信息如下:
Yin, Y.C., Hao, L.B., Gu, X., Lu, J.L. and Pan, Z.H. 2019. Source tracing of n-alkanes in Songhua Lake, based on correspondence analysis and geochemical index,全文链接:https://doi.org/10.1007/s10653-019-00421-4