中國(guó)典型淡水湖泊沉積物中生物標(biāo)志物組成特征及源解析*

房吉敦 熊永強(qiáng) 吳豐昌 王書(shū)平 楊紅軍 謝文軍 謝 彥

(1.濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濱州 256600；2.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012)

中國(guó)典型淡水湖泊沉積物中生物標(biāo)志物組成特征及源解析*

房吉敦1熊永強(qiáng)2#吳豐昌3王書(shū)平1楊紅軍1謝文軍1謝 彥1

(1.濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濱州 256600；2.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012)

分別采集鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物樣品，對(duì)沉積物樣品的總有機(jī)碳(TOC)、TN、總有機(jī)碳同位素(δ13Corg)和總氮同位素(δ15Ntotal)等參數(shù)以及脂肪烴、脂肪醇、脂肪酸等主要生物標(biāo)志物進(jìn)行了分析研究。研究表明，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物有機(jī)質(zhì)均呈現(xiàn)出陸源、內(nèi)源有機(jī)質(zhì)混合來(lái)源特征；鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物中的脂肪烴主要來(lái)自藻類(lèi)源和細(xì)菌源，太湖和巢湖沉積物脂肪烴組成受人類(lèi)活動(dòng)石油烴影響明顯。藻類(lèi)源是鄱陽(yáng)湖沉積物中游離態(tài)、結(jié)合態(tài)脂肪醇和巢湖沉積物中游離態(tài)脂肪醇的主要來(lái)源，太湖沉積物中游離態(tài)、結(jié)合態(tài)脂肪醇和巢湖沉積物中結(jié)合態(tài)脂肪醇主要來(lái)自細(xì)菌源。脂肪酸是鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物樣品可溶性有機(jī)質(zhì)的主要組分，主要以結(jié)合態(tài)脂肪酸形式存在，細(xì)菌源是結(jié)合態(tài)脂肪酸的主要來(lái)源。

沉積物TOC脂肪烴 脂肪醇 脂肪酸 源解析

Abstract: In this paper，sediment samples were collected in Lake Poyang,Lake Tai and Lake Chao. TOC,TN,organic carbon isotope (δ13Corg),TN isotope (δ15Ntotal),aliphatic hydrocarbons,alkanols and fatty acids were determined to investigate the composition and sources of biomarkerd in these surface sediments. The results indicated that organic matter in sediment samples came from mixed sources of terrigenous and endogenous sources. The alga and bacteria were the main sources of alphatic hydrocarbons in the sediment from Lake Poyang,Lake Tai and Lake Chao. There was a significant influence of petroleum hydrocarbon from anthropogenic activity to the sediments from Lake Tai and Lake Chao. Alga was the main source of free and bound alkanols in the sediment from Lake Poyang and free alkanols in the sediment from Lake Chao,bound alkanols in the sediments from Lake Tai and Lake Chao were mainly from bacteria. Fatty acids were the main components of soluble organic matter in the sediments from Lake Poyang,Lake Tai and Lake Chao,and fatty acids from bacterial sources were the major components of fatty acids.

Keywords: sediment; TOC; aliphatic hydrocarbons; alcohols; fatty acids; sources identification

湖泊沉積物有機(jī)質(zhì)在區(qū)域性生態(tài)環(huán)境重建中具有不可替代的作用。與海洋環(huán)境相比，湖泊具有更高的沉積速率和生產(chǎn)率，湖泊及周?chē)饔蚨唐诘臍夂蚝铜h(huán)境變化都會(huì)記錄在沉積物有機(jī)質(zhì)的含量及組成中[1]261。湖泊沉積物有機(jī)質(zhì)主要來(lái)自湖泊內(nèi)生物源、周?chē)饔蚝腿牒春恿鲾y帶的陸源有機(jī)質(zhì)[2]。脂類(lèi)生物標(biāo)志物是沉積物有機(jī)質(zhì)的重要組成部分，從中可獲得豐富的有機(jī)質(zhì)來(lái)源、湖泊生產(chǎn)率、周?chē)饔蛉祟?lèi)活動(dòng)和有機(jī)質(zhì)成巖過(guò)程等信息。湖泊古環(huán)境重建中，不同生物標(biāo)志物可以提供不同方面的信息，某些生物標(biāo)志物對(duì)成巖變化有較好的抵抗作用，古環(huán)境重建中能提供更可靠的數(shù)據(jù)，而易發(fā)生成巖變化的生物標(biāo)志物可作為有機(jī)質(zhì)成巖蝕變的指標(biāo)[3]，如脂肪烴可作為可靠的沉積物有機(jī)質(zhì)來(lái)源指標(biāo)，而脂肪酸可用作沉積物有機(jī)質(zhì)發(fā)生成巖變化的指標(biāo)[4]。盡管如此，記錄古環(huán)境變化信息的生物標(biāo)志物在不同環(huán)境背景下也會(huì)有所改變，脂肪烴一般用作湖泊古環(huán)境重建指標(biāo)，但沉積物中脂肪烴的含量及組成會(huì)受人類(lèi)活動(dòng)石油烴的影響[5]。脂肪酸和脂肪醇對(duì)成巖變化有不同的敏感性，導(dǎo)致它們?cè)诓煌h(huán)境中發(fā)生成巖蝕變的程度也不同，研究發(fā)現(xiàn)缺氧條件下的脂肪酸成巖蝕變程度小于脂肪醇，而有氧條件下脂肪酸發(fā)生成巖蝕變的程度大于脂肪醇[6]。

沉積物有機(jī)質(zhì)用于重建古環(huán)境的指標(biāo)包含在有機(jī)質(zhì)的含量和組成中，有機(jī)質(zhì)在沉積過(guò)程中，來(lái)自各生物源的有機(jī)質(zhì)超過(guò)90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))會(huì)發(fā)生成巖變化[7]。因成巖變化的難易不同，來(lái)自各生物源的有機(jī)質(zhì)在沉積過(guò)程的初期階段雖會(huì)發(fā)生組成改變，但有機(jī)質(zhì)還是保留了其來(lái)源、運(yùn)輸及沉積過(guò)程等方面的信息。湖泊水體、沉積物和流域土壤中的微生物是有機(jī)質(zhì)成巖變化的制造者，這些微生物再造或降解水體和陸源有機(jī)質(zhì)，減少有機(jī)質(zhì)數(shù)量的同時(shí)生成新的有機(jī)質(zhì)混入沉積物有機(jī)質(zhì)組成中[8]413。水體源有機(jī)質(zhì)比陸源有機(jī)質(zhì)更容易發(fā)生微生物再造或降解，湖泊沉積物含有相對(duì)更多的陸源有機(jī)質(zhì)組分[9]。脂肪烴廣泛存在于湖泊沉積物中，相比其他生物標(biāo)志物，脂肪烴穩(wěn)定性更好，降解速率約為沉積物總有機(jī)質(zhì)降解速率的1/4，脂肪烴的含量及組成能較準(zhǔn)確地反映沉積物中有機(jī)質(zhì)的來(lái)源[10]。湖泊沉積物脂肪酸來(lái)源較多，短鏈脂肪酸主要來(lái)自水體藻類(lèi)和細(xì)菌，長(zhǎng)鏈脂肪酸是陸源植物有機(jī)質(zhì)的主要組分，常被用作沉積物中陸源有機(jī)質(zhì)的生物標(biāo)志物[11]。湖泊古環(huán)境重建中，脂肪醇的應(yīng)用雖不及脂肪烴和脂肪酸廣泛，但脂肪醇也包含大量有機(jī)質(zhì)來(lái)源信息，陸源植物的角質(zhì)蠟質(zhì)中含有大量C22～C30的偶數(shù)碳脂肪醇，藻類(lèi)和細(xì)菌源脂肪醇的碳數(shù)為C16～C22[12]。

鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖是我國(guó)淡水型湖泊的典型代表，同屬于我國(guó)五大淡水湖的范疇。鄱陽(yáng)湖地處江西省北部，長(zhǎng)江中下游南岸，湖泊面積3 583 km2，是我國(guó)第一大淡水湖。太湖地處長(zhǎng)江三角洲的南緣，湖泊面積2 428 km2，是我國(guó)第三大淡水湖。巢湖地處安徽省中部，湖泊面積775 km2，是我國(guó)第五大淡水湖。本研究通過(guò)對(duì)比鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物中主要生物標(biāo)志物的含量及組成特征，探尋淡水型湖泊沉積物中主要生物標(biāo)志物的來(lái)源，探討人類(lèi)活動(dòng)對(duì)湖泊水體環(huán)境的影響，揭示湖泊周?chē)饔蛏鷳B(tài)環(huán)境特點(diǎn)。

1 試驗(yàn)與方法

1.1 樣品采集和預(yù)處理

2014年9月份，用重力采樣器分別在鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖的湖心位置采集沉積物柱狀樣各4根，按1 cm間隔對(duì)柱狀樣進(jìn)行分割，將樣品裝入100 mL離心管后用封口膜密封，帶回實(shí)驗(yàn)室于-4 ℃保存至分析。沉積物樣品經(jīng)冷凍干燥后，在瑪瑙研缽中磨細(xì)，過(guò)100目篩，為增加表層樣品對(duì)湖泊環(huán)境的代表性，對(duì)4個(gè)柱狀樣的表層樣品等量均勻混合后備用。

1.2 樣品前處理

分別取5.0 g混合后的沉積物表層樣品進(jìn)行可溶性有機(jī)質(zhì)測(cè)定。用二氯甲烷和甲醇(體積比9∶1)混合溶劑100 mL對(duì)沉積物表層樣品進(jìn)行索氏抽提72 h，底瓶加銅片脫硫，抽提液濃縮至恒質(zhì)量，得游離態(tài)有機(jī)質(zhì)。抽提后的殘?jiān)儆?00 mL 1 mol/L的KOH甲醇溶液在80 ℃下皂化12 h后過(guò)濾，用正己烷和乙醚(體積比9∶1，下同)混合溶液萃取濾液中的中性組分，剩余水相用鹽酸酸化至pH=1，再用正己烷和乙醚混合溶液萃取產(chǎn)物中的酸性組分。游離態(tài)有機(jī)質(zhì)采用長(zhǎng)30 cm硅膠色譜柱(填充2/3)進(jìn)行分離，分別用60 mL正己烷、正己烷和乙酸乙酯的混合溶液(體積比4∶1)、甲醇洗脫其中的飽和烴、中性組分和脂肪酸組分。提取的各組分分別用乙酸酐和甲醇進(jìn)行酯化處理，用氘代正二十烷作內(nèi)標(biāo)對(duì)正構(gòu)烷烴、脂肪醇和脂肪酸進(jìn)行定量分析。

1.3 儀器分析

1.3.1 脂肪烴、脂肪醇和脂肪酸的分析

色譜分析采用Finnigan trace GC 2000氣相色譜(GC)儀(美國(guó)菲尼根公司)，色譜柱為DB-1MS硅熔融毛細(xì)管柱(60 m×0.32 mm×0.25 m)。柱溫采用程序升溫：初溫80 ℃，保持5 min后，以3 ℃/min速度升至290 ℃，恒溫20 min，載氣為高純氦氣，流速為1.0 mL/min。氣質(zhì)聯(lián)用色譜(GC—MS)分析條件為：HP6890Ⅱ型氣相色譜與PlatformⅡ型質(zhì)譜聯(lián)用儀，離子源為電子轟擊源(70 eV)，色譜柱為DB-5硅熔融毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。無(wú)分流進(jìn)樣1 μm，進(jìn)樣口溫度為290 ℃，升溫程序?yàn)椋撼鯗?0 ℃，保留2 min，4 ℃/min 升至290 ℃，290 ℃恒溫保持20 min。載氣為高純氦氣，流速為1.0 mL/min。

1.3.2 總有機(jī)質(zhì)參數(shù)的測(cè)定

分別取混合后的沉積物表層樣品2.0 g放入小燒杯中，加入過(guò)量6 mol/L的HC1溶液，充分反應(yīng)24 h去除其中碳酸鹽，然后用去離子水清洗3次。將清洗后的樣品置于烘箱內(nèi)烘干(60 ℃)，并放于干燥器中冷卻平衡至恒質(zhì)量。取少量樣品用錫紙包裹稱(chēng)重后，用CHNS Vario E1Ⅲ型元素分析儀(德國(guó)Elementar公司)測(cè)定沉積物樣品的總有機(jī)碳(TOC)和TN，采用Delta Plus XL型同位素比值質(zhì)譜儀(美國(guó)菲尼根公司)對(duì)沉積物樣品的總有機(jī)碳同位素(δ13Corg)和總氮同位素(δ15Ntotal)進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果和討論

2.1 沉積物有機(jī)質(zhì)總參數(shù)

鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖水體及沉積物有機(jī)質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

湖泊沉積物TOC是描述沉積物有機(jī)質(zhì)含量的最基本參數(shù)。由表1可見(jiàn)，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物中TOC分別為0.4%、1.1%、1.8%，太湖和巢湖表層沉積物中有機(jī)質(zhì)含量明顯高于鄱陽(yáng)湖表層沉積物中的有機(jī)質(zhì)含量。研究表明，藻類(lèi)富含蛋白質(zhì)，纖維素含量較低，有機(jī)質(zhì)的C/N在4～10；陸源植物富含纖維素，蛋白質(zhì)含量低，有機(jī)質(zhì)的C/N一般高于20[13]。鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物有機(jī)質(zhì)的C/N分別為6.2、9.4、15.1，說(shuō)明巢湖表層沉積物比鄱陽(yáng)湖和太湖表層沉積物有更高比例的陸源有機(jī)質(zhì)。陸源C4植物有機(jī)質(zhì)的δ13Corg值為-20.0‰～-18.0‰，C3植物有機(jī)質(zhì)的δ13Corg值為-34.0‰～-27.0‰，湖泊內(nèi)源有機(jī)質(zhì)的δ13Corg值為-22.0‰～-19.0‰[14]，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物有機(jī)質(zhì)的δ13Corg值分別為-25.5‰、-25.7‰和-24.5‰。藻類(lèi)源有機(jī)質(zhì)的δ15Ntotal平均值約為8.5‰，而陸源高等植物有機(jī)質(zhì)的δ15Ntotal平均值約為3.0‰[15]，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物的δ15Ntotal分別為2.2‰、7.3‰、6.8‰。綜上可知，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖等淡水湖泊表層沉積物中有機(jī)質(zhì)均呈現(xiàn)出陸源、內(nèi)源混合源特征。

2.2 沉積物生物標(biāo)志物

2.2.1 脂肪烴

關(guān)于沉積物中烴類(lèi)有機(jī)質(zhì)的研究主要集中在多環(huán)芳烴上，關(guān)于脂肪烴的研究相對(duì)較少。相比其他生物標(biāo)志物，脂肪烴降解速率更慢，脂肪烴的含量和組成能更準(zhǔn)確地反映沉積物有機(jī)質(zhì)來(lái)源。脂肪烴廣泛存在于湖泊沉積物中，主要來(lái)自藻類(lèi)、細(xì)菌、湖泊內(nèi)的維管植物和陸源植物源。藻類(lèi)和光合菌源的脂肪烴以C17為主，C17脂肪烴在沉積物中的含量可反映出湖泊的古生產(chǎn)率。C21、C23、C25等脂肪烴在挺水和沉水/漂浮等大型水體植物中含量較高，而陸源植物的表皮蠟質(zhì)中含有較多的C27、C29、C31等脂肪烴。鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物有機(jī)質(zhì)中脂肪烴分布情況見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物中脂肪烴的碳數(shù)分布在C15～C31，分布特征具有一定相似性，藻類(lèi)、細(xì)菌源脂肪烴(碳數(shù)≤C20)含量明顯高于挺水植物、陸源植物源脂肪烴(碳數(shù)≥C21)含量。沉積物脂肪烴的TARHC=(C27+C29+C31)/(C15+C17+C19)和CPI25-31=(C25+C27+C29+C31)/(C26+2C28+C30)可用于研究有機(jī)質(zhì)的來(lái)源。TARHC值越高表示沉積物中陸源有機(jī)質(zhì)的含量越高，反之則沉積物中內(nèi)源有機(jī)質(zhì)含量高[16]。陸源高等植物源脂肪烴奇偶優(yōu)勢(shì)明顯，CPI25-31介于5～10，而水體浮游生物源脂肪烴或石油烴CPI25-31約為1[8]413。經(jīng)計(jì)算，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物脂肪烴的TARHC分別為1.3、1.0、1.1，CPI25-31分別為2.5、1.6、2.7，可見(jiàn)鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物脂肪烴均以水體藻類(lèi)、細(xì)菌源為主要來(lái)源。沉積物中C27、C29可以用來(lái)指示陸源木本植物源脂肪烴的輸入量，而C31用來(lái)指示陸源草本植物源脂肪烴的輸入量，沉積物中脂肪烴的(C27+C29)/2C31可用來(lái)指示陸源木本植物和草本植物源脂肪烴的相對(duì)輸入比[17]，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物脂肪烴的(C27+C29)/2C31分別為0.8、1.0、0.8，可見(jiàn)草本植物和木本植物源脂肪烴均無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)來(lái)源。采用總脂肪烴與C16的比值(C16ratio)表征湖泊沉積物被人類(lèi)活動(dòng)石油烴污染的程度，當(dāng)C16ratio小于15時(shí)表明湖泊沉積物被人類(lèi)活動(dòng)石油烴污染明顯，而當(dāng)C16ratio>50時(shí)，可推斷該湖泊沉積物受人類(lèi)活動(dòng)石油烴的污染較小[18]。經(jīng)計(jì)算，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物脂肪烴的C16ratio分別為138.0、18.8、15.7，表明鄱陽(yáng)湖來(lái)自人類(lèi)活動(dòng)石油烴的影響最小，太湖和巢湖受到了一定程度人類(lèi)活動(dòng)石油烴的影響。水體浮游動(dòng)物能把攝取的植醇轉(zhuǎn)變成姥鮫烷(Pr)[19]，甲烷細(xì)菌是沉積物中植烷(Ph)的主要來(lái)源，太湖和巢湖表層沉積物中姥鮫烷和植烷含量均較高，而鄱陽(yáng)湖表層沉積物中有明顯突出的植烷含量，預(yù)示了鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖水體中都存在高濃度的浮游生物活動(dòng)。

表1 鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖水體及沉積物有機(jī)質(zhì)總參數(shù)

注：1)以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)；2)指摩爾比。

圖1 鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物有機(jī)質(zhì)中脂肪烴分布Fig.1 Distributions of alkanes in surface sediments from Lake Poyang,Lake Tai and Lake Chao

圖2 鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物有機(jī)質(zhì)中脂肪醇分布Fig.2 The distributions of alkanols in the surface sediments from Lake Poyang,Lake Tai and Lake Chao

2.2.2 脂肪醇

在湖泊古環(huán)境重建中，脂肪醇的使用雖不及脂肪烴和脂肪酸廣泛，但脂肪醇中也包含大量的有機(jī)質(zhì)來(lái)源信息，陸源植物的角質(zhì)蠟質(zhì)中含有大量C22～C30的偶數(shù)碳脂肪醇，常以C26、C28脂肪醇為主峰碳，而C22、C24脂肪醇也可來(lái)自大型挺水、沉水/漂浮植物，生物體微生物降解可形成一個(gè)C22為主峰的脂肪醇分布，藻類(lèi)和細(xì)菌源脂肪醇的碳數(shù)范圍為C16～C22，藻類(lèi)來(lái)源的脂肪醇多以C16、C18為主峰碳，C18脂肪醇也可來(lái)源于水體浮游動(dòng)物。鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物有機(jī)質(zhì)中，游離態(tài)和結(jié)合態(tài)脂肪醇均表現(xiàn)出C18脂肪醇為主峰的偶數(shù)碳優(yōu)勢(shì)分布(見(jiàn)圖2)，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物游離態(tài)CPI16-28=(C16+2C18+2C20+2C22+2C24+2C26+C28)/2(C17+C19+C21+C23+C25+C27)分別為136.9、4.1、19.1，結(jié)合態(tài)脂肪醇的CPI16-28分別為44.9、1.1、1.3，可見(jiàn)鄱陽(yáng)湖沉積物游離、結(jié)合態(tài)脂肪醇具有非常明顯的偶數(shù)碳優(yōu)勢(shì)，表明鄱陽(yáng)湖沉積物游離態(tài)、結(jié)合態(tài)脂肪醇和巢湖沉積物游離態(tài)脂肪醇有更多的藻類(lèi)源組分，而太湖沉積物游離態(tài)、結(jié)合態(tài)脂肪醇和巢湖沉積物結(jié)合態(tài)脂肪醇均無(wú)明顯的偶數(shù)碳優(yōu)勢(shì)，細(xì)菌源脂肪醇含量較高。巢湖沉積物中游離態(tài)脂肪醇C18為主峰碳，同時(shí)巢湖沉積物姥鮫烷含量也較高，可推測(cè)巢湖水體存在豐富的浮游動(dòng)物。碳數(shù)>C22的脂肪醇主要來(lái)源于高等植物表皮蠟質(zhì)，具有強(qiáng)的偶碳數(shù)優(yōu)勢(shì)，脂肪醇的C26/C16和TARAK=(C24+C26+C28)/(C14+C16+C18)可用來(lái)評(píng)估沉積物中陸源和內(nèi)源脂肪醇的相對(duì)貢獻(xiàn)，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物游離態(tài)脂肪醇C26/C16分別為0.6、0.7、0.5，TARAK分別為0.3、0.6、0.2；結(jié)合態(tài)脂肪醇C26/C16分別為0、0.1、0，TARAK分別為0、0.1、0，兩指標(biāo)值均較低，說(shuō)明鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物脂肪醇主要來(lái)自?xún)?nèi)源生物源。

2.2.3 脂肪酸

脂肪酸是生物體類(lèi)脂物的重要組成部分，脂肪酸單體化合物有其特定的生物源，可用來(lái)示蹤沉積物有機(jī)質(zhì)的來(lái)源及成巖變化過(guò)程。脂肪酸分別占鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物可溶性有機(jī)質(zhì)總量的81.4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)、79.9%、79.9%，是沉積物有機(jī)質(zhì)的主要組分。鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物有機(jī)質(zhì)中游離態(tài)脂肪酸分別為0.2、0.1、0.1 mg/g，結(jié)合態(tài)脂肪酸分別為4.3、3.9、3.1 mg/g，結(jié)合態(tài)脂肪酸是沉積物脂肪酸的主要組分。湖泊沉積物脂肪酸來(lái)源較多，脂肪酸C16∶0、C18∶0普遍存在于生物體中，脂肪酸C18∶1W9主要來(lái)自浮游植物，而異構(gòu)(i-)C15∶0、反異構(gòu)(a-)C15∶0、i-C17∶0、a-C17∶0和C18∶1W7等都是細(xì)菌源脂肪酸的典型標(biāo)志物[1]267。湖泊水體沉積物中碳數(shù)為C16、C18的不飽和脂肪酸在沉積過(guò)程中很快被細(xì)菌再造或降解，細(xì)菌貢獻(xiàn)具有自身特點(diǎn)的i-C15∶0、a-C15∶0脂肪酸進(jìn)入沉積物[1]267。

鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物中脂肪酸含量情況見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物游離態(tài)和結(jié)合態(tài)脂肪酸的偶數(shù)碳優(yōu)勢(shì)明顯，結(jié)合態(tài)脂肪酸含有大量的不飽和脂肪酸及支鏈脂肪酸(BRFA)組分。藻類(lèi)和浮游動(dòng)物源脂肪酸的碳數(shù)一般在C14～C20，脂肪酸C16∶0為主峰碳[20]，且BRFA和不飽和脂肪酸含量高，陸源高等植物含有豐富的碳數(shù)在C24～C30的飽和脂肪酸(SSFA)[1]267。脂肪酸的TARFA=(C24∶0+C26∶0+C28∶0)/(C14∶0+C16∶0+C18∶0)可以用來(lái)評(píng)估沉積物中陸源和湖泊內(nèi)源脂肪酸的相對(duì)貢獻(xiàn)，TARFA越高反映陸源脂肪酸輸入越多，相反TARFA越低則指示湖泊內(nèi)源脂肪酸輸入越多[8]418。鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物的長(zhǎng)鏈脂肪酸含量多數(shù)在檢測(cè)線(xiàn)以下，因此TARFA多為0，表明鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物中的游離態(tài)和結(jié)合態(tài)脂肪酸都主要來(lái)自湖泊內(nèi)源生物。脂肪酸的(i-C15∶0+a-C15∶0)/C15∶0能夠反映沉積物中細(xì)菌的數(shù)量及活動(dòng)情況[21]，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物中游離態(tài)脂肪酸(i-C15∶0+a-C15∶0)/C15∶0分別為0、2.8、3.4，結(jié)合態(tài)脂肪酸該指標(biāo)分別為6.6、6.8、8.5，說(shuō)明沉積物結(jié)合態(tài)脂肪酸均以細(xì)菌源為主要來(lái)源。RAJENDRAN等[22]研究發(fā)現(xiàn)，單不飽和脂肪酸(MUFA)是好氧細(xì)菌有機(jī)酸的主要組分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占60.5%)，而B(niǎo)RFA是厭氧細(xì)菌、硫酸鹽還原菌和革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌脂肪酸的主要組分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占74.0%)。好氧菌的MUFA/BRFA、MUFA/SSFA、BRFA/SSFA的比值分別為9.3、1.8、0.2，而厭氧菌、硫酸鹽還原菌和革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌中MUFA/BRFA、MUFA/SSFA、BRFA/SSFA分別為0.2、1.4、6.8[23]。本研究采集的沉積物樣品中，游離態(tài)脂肪酸中僅檢測(cè)到BRFA和SSFA，MUFA含量低于檢測(cè)線(xiàn)，而結(jié)合態(tài)脂肪酸中MUFA、BRFA、SSFA均有檢出。鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物中游離態(tài)脂肪酸的BRFA/SSFA分別為0.1、0.2、0.2，結(jié)合態(tài)脂肪酸的MUFA/BRFA分別為1.9、0.6、0.4，結(jié)合態(tài)脂肪酸的MUFA/SSFA分別為0.8、0.2、0.2，結(jié)合態(tài)脂肪酸的BRFA/SSFA分別為0.4、0.4、0.6，表明鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物中游離態(tài)脂肪酸主要來(lái)自水體藻類(lèi)，而結(jié)合態(tài)脂肪酸表現(xiàn)為好氧菌和厭氧菌源脂肪酸的混合源特征。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)比分析鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物有機(jī)質(zhì)總參數(shù)和脂肪烴、脂肪酸、脂肪醇等主要生物標(biāo)志物，可得到如下主要結(jié)論：

(1) 鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物中的脂肪烴主要來(lái)自湖泊水體的藻類(lèi)源和細(xì)菌源,陸源植物源貢獻(xiàn)的長(zhǎng)鏈脂肪烴含量較低。鄱陽(yáng)湖沉積物受人類(lèi)活動(dòng)石油烴的影響最輕，太湖和巢湖沉積物明顯受到了人類(lèi)活動(dòng)石油烴的影響。

(2) 鄱陽(yáng)湖沉積物游離態(tài)、結(jié)合態(tài)脂肪醇和巢湖沉積物游離態(tài)脂肪醇中藻類(lèi)源組分含量較高，而太湖沉積物游離態(tài)、結(jié)合態(tài)脂肪醇和巢湖沉積物結(jié)合態(tài)脂肪醇細(xì)菌源脂肪醇含量較高。

(3) 結(jié)合態(tài)脂肪酸為鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物脂肪酸的主要組分，鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖沉積物中游離態(tài)脂肪酸主要來(lái)自水體藻類(lèi)，而結(jié)合態(tài)脂肪酸表現(xiàn)為好氧菌和厭氧菌源脂肪酸的混合源特征。

表2 鄱陽(yáng)湖、太湖和巢湖表層沉積物有機(jī)質(zhì)中脂肪酸分布1)

注：1)“ND”表示低于檢出限。

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CompositionandsourceidentificationofbiomarkersinsurfacesedimentsfromtypicalfreshwaterlakesinChina

FANGJidun1,XIONGYongqiang2,WUFengchang3,WANGShuping1，YANGHongjun1，XIEWenjun1,XIEYan1.

(1.ShandongKeyLaboratoryofEco-EnvironmentalScienceforYellowRiverDelta,BinzhouUniversity,BinzhouShandong256600；2.StateKeyLaboratoryofOrganicGeochemistry,GuangzhouInstituteofGeochemistry,ChineseAcademyofSciences,GuangzhouGuangdong510640；3.StateKeyLaboratoryofEnvironmentalCriteriaandRiskAssessment,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012)

2017-01-10)

房吉敦，男，1971年生，博士，講師，主要從事湖泊污染過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及污染控制技術(shù)管理等方面的研究。#

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*山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.ZR2014DM002)；山東省高校科技計(jì)劃項(xiàng)目(No.J14LD03)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.08.003