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達古冰川不同季節(jié)雪冰中溶解性有機質(zhì)光譜特征變化研究

2024-01-18 10:26:42馬興剛徐建中翟立翔王世金黃仕海
冰川凍土 2023年6期
關(guān)鍵詞:新雪冰川表層

馮 琳, 馬興剛, 徐建中, 翟立翔,4, 王世金, 黃仕海, 張 伏

(1. 阿壩師范學院,四川 汶川 623002; 2. 中國科學院 西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 玉龍雪山冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展野外科學觀測研究站,甘肅 蘭州 730000; 3. 中國科學院 西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 冰凍圈科學國家重點實驗室,甘肅 蘭州 730000;4. 中國科學院大學,北京 100049; 5. 達古冰川風景名勝區(qū)管理局,四川 黑水 624000)

0 引言

溶解性有機質(zhì)(dissolved organic matter,DOM)廣泛存在于生物圈、大氣圈、水圈、巖石圈以及冰凍圈中,在天然有機質(zhì)中的占比高達97.1%[1]。由于DOM 化學性質(zhì)極其活躍,其在自然界各個圈層的物質(zhì)、能量交換循環(huán)過程中發(fā)揮著十分重要的作用。冰川中的DOM 化學組成豐富(包含有碳、氮、硫和磷等營養(yǎng)元素),是冰川表面物質(zhì)與能量循環(huán)的重要組成部分,與冰川生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)水平、化學特征以及生態(tài)結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)[2]。

冰川DOM 的含量、組成及光學性質(zhì)存在顯著的時空差異,以及在不同的雪冰介質(zhì)中的行為差異,主要受冰川表面環(huán)境、不同的陸源輸入以及微生物群落組成的影響。研究發(fā)現(xiàn)老虎溝12 號冰川夏季雪坑樣品DOM 含量略高于冬季雪坑樣品,而相比于夏季雪坑樣品,冬季雪坑樣品DOM 含有較多的類蛋白類熒光組分,較低的類腐殖質(zhì)類熒光組分,表明DOM 的含量和組成具有明顯的季節(jié)差異[3];老虎溝12 號冰川新雪DOM 濃度顯著高于小冬克瑪?shù)妆ㄐ卵〥OM濃度[3-4],說明DOM的空間差異性受不同的陸源輸入影響較大;小冬克瑪?shù)妆ū砻娌煌愋脱┍ㄐ卵⒘Q┖捅ū〥OM濃度及熒光組分的含量均存在顯著差異,表明雪冰消融過程可以顯著改變DOM 在不同雪冰介質(zhì)中的含量和組成[4];冰川消融區(qū)表面普遍存在的球狀聚合體冰塵,是冰川表面微生物的主要聚集區(qū),含有豐富DOM,冰塵DOM 通過活躍的“光-生物”演化過程,其氧化程度和不飽和程度明顯增加,影響冰川表面的輻射強迫[5-6],即光化學過程和微生物活動可以顯著影響冰川表面DOM 的組成及光學性質(zhì)。隨著全球氣候持續(xù)變暖,冰川消融加劇,冰川DOM會隨著冰川融水進入高山湖泊和下游河流,這對區(qū)域生物地球化學循環(huán)至關(guān)重要。

達古冰川位于青藏高原東部邊緣,在全球變暖背景下,該地區(qū)的冰川普遍呈現(xiàn)消融加劇[7-8]、冰川表面運動活躍[9]等特征,嚴重影響該區(qū)域的水資源利用與水安全、生態(tài)安全問題。因此,有必要開展達古冰川DOM 的相關(guān)研究,為評估達古冰川消融對區(qū)域環(huán)境的影響提供科學依據(jù)。

鑒于此,本研究以達古冰川海拔4 860 m 附近不同季節(jié)的雪冰樣品為研究對象,通過總有機碳分析、紫外可見光光譜和三維熒光光譜(3D-EEMs)等技術(shù):(1)對不同季節(jié)雪冰中溶解性有機碳(DOC)濃度進行定量分析;(2)對不同季節(jié)雪冰中DOM 的光譜特征進行分析;(3)通過平行因子分析方法,結(jié)合特征光譜參數(shù)初步分析不同季節(jié)達古冰川雪冰DOM 的組成和來源?;诓煌竟?jié)達古冰川表層雪冰中DOM 濃度和光譜特征的分析,認識達古冰川表層雪冰DOM 的組成、來源以及其季節(jié)性演化特征,為系統(tǒng)分析冰川DOM 演化特征及其生物地球化學效應提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

達古冰川(32°12′33.37″ N, 102°45′30.99″ E)位于青藏高原東緣[圖1(a)],屬于青藏高原與四川盆地過渡帶的橫斷山系,地處川西北高原岷山與邛崍山交會處,岷江上游。地貌特點為多高山和峽谷,地勢西北部高,東南部低。氣候以北亞熱帶山地氣候為主,1月平均氣溫-5.3 ℃,7月平均氣溫12.8 ℃,年降水量699.5 mm。區(qū)內(nèi)平均降雪期為38 d,海拔5 000 m 以上常年積雪。2001 年張文敬等[10]針對該地區(qū)開展了現(xiàn)代冰川科學考察,證實達古冰川發(fā)育有現(xiàn)代冰川13 條,冰川面積4.56 km2,冰儲量約0.13 km3,隨著全球氣候持續(xù)變暖,達古冰川也經(jīng)歷著快速的消融退縮,2019 年,冰川面積僅1.75 km2,其退縮趨勢與中國西南地區(qū)季風性海洋冰川變化一致,近45年,達古冰川面積縮減了近75%[11]。

圖1 達古冰川示意圖:達古冰川地理位置(a),采樣點位置(b)Fig. 1 The diagram of the Dagu Glacier: geographical location (a), the sampling site of Dagu Glacier (b)

1.2 樣品采集與預處理

本研究采樣點位于達古冰川海拔4 860 m 附近[圖1(b)],分別于冬季(2020 年11 月)、春季(2021年3 月)、夏季(2021 年7 月)和秋季(2021 年10 月)雪后開展新雪和粒雪/表層冰樣品的采樣工作,由于采樣區(qū)域位于冰川末端消融區(qū),夏季和秋季消融劇烈,故夏季和秋季采集樣品為新雪和表層冰。采集樣品時嚴格按照雪冰采樣程序進行,用預先清潔的不銹鋼勺(500 ℃燒6 h 除去有機物)采集雪冰樣品,每次采集新雪樣品15~20 個,粒雪或表層冰樣15~20 個。采集的固體雪冰樣品裝在干凈的聚乙烯瓶中(10% HCl 浸泡24 h,超純水浸泡24 h,超純水沖洗晾干后使用),放入低溫冰箱,于當天運送至阿壩師范學院資源與環(huán)境學院實驗室,于-25 ℃保存直至分析測試。

將不同季節(jié)采集的雪冰樣品用孔徑為0.45 μm的聚四氟乙烯濾頭(Pall Life Sciences,AnnArbor,MI,USA)過濾,過濾后的濾液直接用于測定DOC濃度、紫外可見光譜和三維熒光光譜分析。

1.3 實驗室分析

1.3.1 DOC分析測定

取濾液10 mL,用總有機碳分析儀(Elementar,Hanau, Germany)測試雪冰樣品DOC濃度。具體如下:酸化后的樣品(每10 mL溶液中加入100 μL 10%的鹽酸)通過自動進樣器引入儀器,燃燒管高溫(850 ℃)催化(Pt)氧化后將C 完全轉(zhuǎn)化為CO2,用非色散紅外分析儀檢測CO2峰值,然后積分轉(zhuǎn)化為DOC 濃度[12]。DOC 濃度分析采用鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液對系統(tǒng)進行校準。儀器最低檢測線是2 μg C·L-1,精確度為±5%,C的相對標準偏差<1%。

1.3.2 紫外光譜分析測定

雪冰樣品的紫外-可見吸收光譜采用UV-2700分光光度計(UV-2700;Shimadzu,Kyoto,Japan)進行測定,測定的波長設(shè)置在200~900 nm 范圍內(nèi),波長間隔1 nm。測試結(jié)束后,通過減去每個吸光度譜690~700 nm 波長之間的平均吸光度值來校正基線,并用式(1)計算相應的吸收系數(shù)。

式中:A(λ)為波長λ時DOM 的吸光值;L為光路長度(針對目前的比色皿直徑是0.01 m)。

254 nm 處的特征參數(shù)SUVA254是研究天然有機質(zhì)性質(zhì)或組成的重要特征參數(shù),其值的大小可表征DOM 的芳香性程度,SUVA254是由波長254 nm 處吸光值的均值除以樣品DOM 的平均濃度得到的,單位為L·mg C-1·m-1[13]。

1.3.3 三維熒光光譜分析測定

所有雪冰樣品的三維激發(fā)發(fā)射矩陣(EEMs)均使用內(nèi)部裝有700 V氙燈的日立F-7000熒光分光光度計(Hitachi High-Technologies, Tokyo, Japan)檢測,檢測方法詳見文獻[14],激發(fā)波長Ex 的范圍是200~450 nm,波長間隔5 nm,發(fā)射波長Em 的范圍是250~600 nm,波長間隔1 nm。激發(fā)波長Ex 和發(fā)射波長Em 的狹縫寬度均為5 nm,掃描速度為2 400nm·min-1。測定樣品的三維熒光光譜之前測定Milli-Q水(18.2 MΩ·cm-1)的熒光光譜,并將其作為空白,用于后期消除水的拉曼散射對樣品熒光光譜的影響。然后將瑞利散射影響的區(qū)域數(shù)據(jù)置零。熒光強度以Raman 單位(RU)表示,以激發(fā)波長為350 nm時水的拉曼峰積分強度換算。

平行因子分析(PARAFAC)是可以將EEMs 分解為單獨的熒光組分,該分析在MATLAB 12b 中利用DOMFluor 和drEEM 工具箱完成,通過殘差分析得出組分數(shù)并用折半分析對分離出的組分進行驗證。同時,通過計算熒光指數(shù)(FI),新鮮度指數(shù)(BIX)和腐殖質(zhì)指數(shù)(HIX),對樣品中DOM 的組成和性質(zhì)進行分析。FI是激發(fā)波長370 nm,發(fā)射波長470 nm 和520 nm 處熒光強度的比值[15],F(xiàn)I<1.4 說明樣品中的DOM 的來源是陸源性的,F(xiàn)I≥1.9 說明DOM是微生物活動引起的自生來源[16];新鮮度指數(shù)BIX是激發(fā)波長310 nm,發(fā)射波長380 nm 和430 nm處熒光強度的比值[17],BIX>1.0說明DOM 是生物或者微生物新鮮產(chǎn)生的,BIX的值低于0.6說明內(nèi)源性的有機物含量較少[16];HIX在激發(fā)波長254 nm 處,用發(fā)射波長435~480 nm 的區(qū)域積分值除以發(fā)射波長300~345 nm 的區(qū)域積分值,HIX值的大小可以衡量DOM 的腐殖化程度,HIX<4 說明DOM 腐質(zhì)化程度較弱,HIX>10說明DOM有腐殖化程度很高,穩(wěn)定性越好,在環(huán)境中存在的時間相對較長[16]。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同季節(jié)雪冰中DOC濃度變化

冰川中的DOC具有很高的生物可利用性,會驅(qū)動下游生態(tài)系統(tǒng)中陸源性DOC 的代謝[18-19],促進下游生態(tài)系統(tǒng)的異養(yǎng)代謝,增加水體二氧化碳的排放[20]。當冰川中的DOC進入下游水生態(tài)系統(tǒng)時,其生態(tài)系統(tǒng)層面的意義取決于來自冰川的DOC 的量以及DOC 釋放到水生態(tài)系統(tǒng)后的行為。達古冰川不同季節(jié)新雪樣品DOC 濃度范圍為0.11~0.38 mg·L-1[圖2(a)],與唐古拉小冬克瑪?shù)妆ㄐ卵〥OC 濃度(0.18~0.34 mg·L-1)相當[4],低于老虎溝12 號冰川和木斯島冰川新雪DOC 濃度(2.00~2.61 mg·L-1[3],1.12 mg·L-1[21]),與南極冰蓋、南極洲麥克默多干谷地區(qū)冰川以及格陵蘭冰蓋表層雪DOC濃度相比,沒有顯著差異(表1)。新雪樣品DOC濃度變化表現(xiàn)出顯著的季節(jié)性差異(P<0.05),春夏秋冬的對應值分別為0.28 mg·L-1、0.11 mg·L-1、0.24 mg·L-1和0.38 mg·L-1。不同季節(jié)粒雪/表層冰DOC濃度范圍為0.70~1.08 mg·L-1[圖2(b)],高于藏東南地區(qū)冰川粒雪/表層冰DOC 濃度(0.16~0.18 mg·L-1)[22](表1),無顯著的季節(jié)性差異(P>0.05),春夏秋冬的對應值分別為0.70 mg·L-1、1.08 mg·L-1、0.71 mg·L-1和1.08 mg·L-1。比較同一季節(jié)不同類型的雪冰樣品DOC 濃度發(fā)現(xiàn),新雪DOC 濃度均顯著低于同季節(jié)粒雪/表層冰DOC 濃度(P<0.05),可能是由于新雪降落在冰川表面后,冰川表面的微生物活動會顯著增加粒雪和表層冰中DOC 的濃度[23-25],另一方面,光化學過程可以將水不溶性有機碳轉(zhuǎn)化為DOC,從而增加表層粒雪/表層冰中的DOC濃度[26]。

表1 達古冰川與其他地區(qū)冰川雪冰中DOC濃度、類蛋白類熒光組分和類腐殖質(zhì)類熒光組分的相對豐度的比較分析Table 1 The comparison analysis of DOC concentration, the relative abundance of ptotain-like and humic-like fluorescent component in Dagu Glacier in this study and other glaciers from other studies

圖2 不同季節(jié)(春、夏、秋、冬)新雪樣品(a)和粒雪/表層冰樣品(b)中DOC濃度的變化Fig. 2 DOC concentration in fresh snow samples (a) and in firn/ice samples (b) in different seasons(spring, summer, autumn and winter)

2.2 不同季節(jié)雪冰DOM 的紫外可見吸收光譜變化分析

紫外-可見吸收光譜結(jié)合特征光譜參數(shù)SUVA254分析了達古冰川不同季節(jié)雪冰DOM 的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。達古冰川不同季節(jié)新雪樣品中DOM 在紫外-可見光波段的吸光系數(shù)均隨波長增加而逐漸降低[圖3(a)],并且各季節(jié)新雪DOM 的吸收曲線均無明顯吸收峰出現(xiàn),這與其他冰川新雪樣品中DOM 的吸收曲線較為相似[4,26];不同季節(jié)粒雪/表層冰樣品中DOM 在紫外-可見光波段的吸光系數(shù)也均隨波長增加而逐漸降低[圖3(b)],夏季和秋季的表層冰樣品均在250~300 nm 處有明顯的吸收峰出現(xiàn),可能是由微生物的代謝產(chǎn)物類菌胞素氨基酸引起的[31],而且夏季樣品在250~300 nm 處的吸收峰明顯高于秋季樣品,說明夏季表層冰樣品中類菌胞素氨基酸的含量較高,即微生物活動也更為活躍。

圖3 不同季節(jié)(春、夏、秋、冬)新雪樣品(a)和粒雪/表層冰樣品(b)DOM的紫外可見吸收光譜圖Fig. 3 UV-Vis absorbance spectra of DOM in fresh snow samples (a) and in firn/surface ice (b) sample from different seasons (spring, summer, autumn and winter)

比較不同季節(jié)新雪樣品DOM 的紫外特征參數(shù)SUVA254(表2),其具有顯著的季節(jié)性差異(P<0.05),春夏秋冬的對應值分別為4.56 L·mg C-1·m-1,5.24 L·mg C-1·m-1,2.73 L·mg C-1·m-1和1.68 L·mg C-1·m-1。因此,夏季新雪DOM的芳香化程度最高,冬季新雪芳香化程度最低。不同季節(jié)粒雪/表層冰樣品DOM 的SUVA254也存在顯著的季節(jié)性差異(P<0.05)(表2),春季粒雪、夏季表層冰、秋季表層冰和冬季粒雪樣品DOM 的SUVA254依次為2.41 L·mg C-1·m-1,7.17 L·mg C-1·m-1,2.60 L·mg C-1·m-1和1.29 L·mg C-1·m-1,夏季表層冰樣品的DOM 芳香化程度最高,冬季粒雪DOM 芳香化程度最低,表明夏季強烈的光化學過程顯著改變了新雪和表層冰樣品中DOM的組成[32]。

表2 不同季節(jié)新雪和粒雪/表層冰DOM 的SUVA254變化分析Table 2 The SUVA254 for DOM in fresh snow and firn/surface ice in different season

2.3 不同季節(jié)雪冰DOM的三維熒光光譜變化分析

本研究利用三維熒光光譜結(jié)合平行因子分析探討達古冰川雪冰DOM 的特征和來源。所有雪冰樣品共解析出4 個熒光組分(圖4),包括3 個類蛋白質(zhì)類熒光組分(C1、C2 和C3)和一個類腐殖質(zhì)熒光組分(C4)。組分C1 和類色氨酸熒光組分類似,最大激發(fā)波長220 nm,最大發(fā)射波長341 nm,是DOM中被生物體高度降解了的一類氨基酸類DOM[17,33]。組分C2和類酪氨酸熒光組分特征類似,最大激發(fā)波長220 nm,最大發(fā)射波長304 nm,代表一類降解程度比較高的內(nèi)源性的DOM[17]。組分C3和類苯丙氨酸熒光組分特征類似,最大激發(fā)波長220 nm,最大發(fā)射波長289 nm,與Jrgensen 等[34]在海水樣品中得到的一類內(nèi)源性熒光組分特征類似。組分C4 最大激發(fā)波長230 nm,最大發(fā)射波長431 nm,是一類低分子量的腐殖質(zhì)類物質(zhì),廣泛存在于和微生物活動密切相關(guān)的環(huán)境中[17,33]。

圖4 平行因子解析出的4種熒光組分(C1~C4)的3D-EEM圖譜(a)及載荷圖(b)Fig. 4 EEM-PARAFAC results of four main components (a) and their excitation and emission loadings (b)

雪冰中DOM 的熒光組分的相對豐度(圖5)表明在達古冰川表層雪冰中,三個蛋白類的熒光組分(C1、C2 和C3)占總熒光強度的80%以上(81.75%~97.13%),說明達古冰川表面DOM表現(xiàn)為顯著的微生物來源。這一研究結(jié)果與老虎溝12號冰川、小冬克瑪?shù)妆ā⒅煳鞅ㄒ约澳蠘O洲麥克默多干谷地區(qū)冰川DOM 熒光分析結(jié)果相一致,即冰川DOM 含有較多的類蛋白類熒光組分,較少的類腐殖質(zhì)類熒光組分,主要源于自生的微生物[3-4,27-30](表1)。

圖5 不同季節(jié)(春、夏、秋、冬)新雪樣品(a)和粒雪/表層冰樣品(b)中4個熒光組分的相對豐度Fig. 5 The relative abundance of each fluorescent component in fresh snow (a) and firn/surface ice samples (b)from different season (spring, summer, autumn and winter)

比較不同季節(jié)新雪樣品中各熒光組分的相對豐度,春夏秋冬新雪DOM 的類蛋白類熒光組分(C1、C2 和C3)相對豐度依次為88.25%、93.38%、95.64%和93.86%,蛋白類熒光組分C1,C2和C3的相對豐度在新雪DOM 中均表現(xiàn)出顯著的季節(jié)差異(P<0.05)。如圖5所示,色氨酸類熒光組分C1與苯丙氨酸類熒光組分C3 的相對豐度在夏季新雪中最高,分別為25.57%和54.37%,而酪氨酸類熒光組分C2的相對豐度在冬季新雪中最高(38.50%)。春季新雪DOM 中類腐殖質(zhì)類熒光組分C4(11.75%)顯著高于其他季節(jié)新雪(P<0.05)。因此,達古冰川不同季節(jié)新雪DOM 以類蛋白組分為主,在夏季、秋季和冬季新雪中相對豐度更高,而類腐殖質(zhì)組分在春季新雪中更高。

比較不同季節(jié)粒雪/表層冰樣品中各熒光組分的相對豐度(圖5),春夏秋冬粒雪/表層冰DOM的類蛋白類熒光組分(C1、C2 和C3)相對豐度依次為89.38%、81.58%、97.08%和91.95%。色氨酸類熒光組分C1 的相對豐度在夏季表層冰中(40.27%)最高,酪氨酸類熒光組分C2的相對豐度在秋季表層冰中最高(44.49%),苯丙氨酸類熒光組分C3 的相對豐度在冬季粒雪中最高(38.94%),并且C1、C2 和C3 的相對豐度在粒雪/表層冰DOM 中均表現(xiàn)出顯著的季節(jié)差異(P<0.05),說明冰川表面的雪冰消融過程會顯著影響表層雪冰中的微生物活動[24-25]。類腐殖質(zhì)組分C4 在夏季表層冰中相對豐度(18.42%)顯著高于其他季節(jié)粒雪/表層冰(P<0.05)。以上結(jié)果表明,達古冰川不同季節(jié)粒雪/表層冰DOM 的主要組分是蛋白類組分,在春季、秋季和冬季粒雪/表層冰中相對豐度更高,類腐殖質(zhì)組分在夏季表層冰中更高。

熒光指數(shù)FI、新鮮度指數(shù)BIX和腐殖質(zhì)指數(shù)HIX三類熒光參數(shù)的大小可以衡量DOM 來源、自生源貢獻和腐殖化程度[15-17]。達古冰川春季新雪熒光指數(shù)FI=1.84,其他樣品熒光指數(shù)FI均≥1.9,說明達古冰川雪冰中的DOM 是微生物活動引起的自生來源[16]。春季新雪樣品BIX=0.66,介于0.6 和0.7 之間,說明春季新雪樣品中的DOM 陸源性輸入影響較大;其他所有樣品新鮮度指數(shù)BIX的值均>0.8,說明微生物自身來源的DOM 對雪冰樣品中DOM 貢獻較大[16];所有樣品HIX的值均<4,說明達古冰川雪冰中DOM腐殖化程度較弱[16]。

比較不同季節(jié)新雪樣品三類熒光參數(shù)的大?。ū?),春夏秋冬新雪樣品DOM 的FI值依次為1.84、2.47、2.02 和2.13,季節(jié)性差異不顯著(P>0.05);BIX的值依次為0.66、0.83、1.20 和0.81,季節(jié)性差異顯著(P<0.05);HIX的值依次為0.29、0.42、0.11 和0.08,季節(jié)性差異顯著(P<0.05)。春季新雪DOM 具有較低的FI值和BIX值,較高的HIX值,說明春季新雪DOM 來源較豐富,包括微生物來源和陸源性輸入,而且腐質(zhì)化程度較秋冬季新雪高;夏季新雪DOM 具有較高的FI值、BIX值和HIX值,說明其主要源自于微生物活動,相比于其他季節(jié)新雪,其腐殖化程度也較高,可能是受夏季較強的光化學作用的影響[35]。秋冬季新雪DOM 具有較高的FI值、BIX值,具有較低的HIX值,說明秋冬季新雪DOM 來源主要源自于自源性的微生物活動,腐質(zhì)化程度很低。

表3 不同季節(jié)新雪和粒雪/表層冰中DOM的熒光指數(shù)(FI)、腐殖質(zhì)指數(shù)(HIX)和新鮮度指數(shù)(BIX)Table 3 Fluorescence index (FI), humification indices(HIX) and biological indices (BIX) for DOM in fresh snow and firn/surface ice from different seasons

比較不同季節(jié)粒雪/表層冰樣品三類熒光參數(shù)的大小(表3),春季粒雪、夏季表層冰、秋季表層冰和冬季粒雪樣品DOM 的FI值分別為2.24、3.82、2.32 和2.13,BIX值依次為0.85、1.14、1.44 和1.65,HIX值依次為0.22、1.72、0.31 和0.32,不同季節(jié)粒雪/表層冰DOM 的FI、BIX和HIX均表現(xiàn)出顯著的季節(jié)性差異(P<0.05)。夏季表層冰DOM 的FI值和HIX均最高,說明夏季表層冰DOM 中微生物來源的DOM 貢獻更大,但腐殖化程度相對其他季節(jié)較高,相關(guān)研究證實紫外輻射會增加DOM 分子類腐殖質(zhì)熒光組分的強度[36];秋季表層冰和冬季粒雪樣品DOM 的BIX均較高,說明其DOM 新鮮程度更高。

3 結(jié)論

本文通過對達古冰川不同季節(jié)雪冰樣品中DOC 濃度、DOM 的紫外可見吸收光譜以及三維熒光光譜分析,得出達古冰川不同季節(jié)新雪樣品DOC濃度介于0.11~ 0.38 mg·L-1之間,春夏秋冬的對應值分別為0.28 mg·L-1、0.11 mg·L-1、0.24 mg·L-1和0.38 mg·L-1,表現(xiàn)出顯著的季節(jié)性差異;不同季節(jié)的粒雪/表層冰中DOC 濃度介于0.70~1.08 mg·L-1之間,春夏秋冬的對應值分別為0.70 mg·L-1、1.08 mg·L-1、0.71 mg·L-1和1.08 mg·L-1,季節(jié)性差異不顯著;受冰川消融和冰川表面微生物活動的影響,各季節(jié)粒雪/表層冰中DOC 濃度均顯著高于同季節(jié)新雪中DOC濃度。

不同季節(jié)新雪樣品DOM 的紫外可見吸收光譜沒有顯著差異,其中夏季和秋季的表層冰樣品在250~300 nm 處均有明顯的吸收峰,此吸收峰是類菌胞素氨基酸類物質(zhì)的典型吸收峰。夏季表層冰在250~300 nm 處的吸收峰值明顯高于秋季表層冰樣品,說明夏季冰川表面微生物活動異?;钴S,對表層雪冰中DOM 的組成影響較大。夏季新雪和表層冰樣品的SUVA254均高于其他季節(jié)雪冰樣品,說明夏季表層冰樣品中DOM芳香化程度也較高。

達古冰川雪冰樣品DOM 以類蛋白類熒光組分(C1、C2 和C3)為主,其來源主要是微生物源,具有新鮮度高、腐殖化程度低的特點。三類蛋白組分C1、C2 和C3 的相對豐度在新雪和粒雪/表層冰樣品DOM 中均表現(xiàn)出顯著的季節(jié)差異,春季新雪和夏季表層冰樣品DOM 的類腐殖質(zhì)組分C4 的相對豐度顯著高于其他季節(jié)。新雪樣品DOM 的FI值沒有季節(jié)性差異,而BIX和HIX值季節(jié)性差異顯著,粒雪/表層冰樣品DOM 的FI、BIX和HIX值均表現(xiàn)出顯著的季節(jié)性差異。達古冰川春季新雪樣品DOM來源較其他季節(jié)的新雪和粒雪/表層冰豐富,為陸源輸入與內(nèi)源產(chǎn)生兩種方式混合,其他季節(jié)雪冰樣品DOM 均源自內(nèi)源性微生物。新雪樣品DOM 的腐殖化程度為春夏季高于秋冬季;受夏季光化學過程和微生物活動的影響,夏季表層冰DOM 腐質(zhì)化程度顯著高于其他季節(jié)粒雪/表層冰,秋冬季粒雪/表層冰樣品DOM 的新鮮程度顯著高于春夏季粒雪/表層冰樣品。以上研究結(jié)果表明,達古冰川表層雪冰中DOM 的來源和組成表現(xiàn)出顯著的內(nèi)源性和季節(jié)性差異。

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