湖北鹤峰走马镇葛仙米分布区土壤正构烷烃特征研究

李 莉

(1.中国地质大学(武汉)环境学院，湖北武汉430074;2.湖北民族学院生物科学与技术学院，湖北恩施445000)

分子化石研究载体已涉及到海相沉积物、湖相沉积物、泥炭、大气气溶胶，冰芯和黄土等.目前，分子化石研究得最为广泛的是类脂物.类脂物在地质体中稳定，可以在许多载体中长期保存，虽然经历了一定的成岩、成土、压实等作用，它们仍然能够保留原始生物的碳骨架，它们所携带的生物学信息在判断一些生物面貌上能提供十分有用的信息.正构烷烃不易被微生物所降解，它更能够记录有机质的来源信息，因此它在一定程度上能够反映沉积物形成过程中周围的植被类型及其变化情况和沉积物形成的环境［1－6］.近年在国内人们开始了正构烷烃分子化石的一系列研究，在这一领域初步显示了分子化石在记录古植被和季风变化上的巨大潜力.

葛仙米，俗称“水木耳”、“田木耳”、学名拟球状念珠藻，附生于稻田、浅水池沼、湖、溪的沙石或泥土上，球形胶质状.它是一种古老的野生淡水藻类，属多细胞丝状蓝藻，与地木耳(N.commune)、发菜(N.flagelliforme)同属蓝藻门(Cyanophyta)、蓝藻纲(Cyanophyceae)，段殖藻目(Hormogonales)，念珠藻科(Nostocaceae)，念珠藻属(Nostoc).葛仙米对生长环境、气候和地理条件特殊要求，20世纪90年代后鹤峰走马镇葛仙米分布面积逐年下降，目前，也仅有零散分布.古老的葛仙米与气候作用在其分布生长繁殖区域的地质体中是否记载该生物有机质长期演化的分子化石［7－12］?本文以葛仙米生长区域的土壤或沉积物为载体试图寻找其中蕴藏的植被或古植被信息.

1 样品分析方法

在鹤峰走马地区走马镇，葛仙米分布区属于亚热带二高山地区，气候类型属于典型的亚热带大陆性季风，湿润气候［13－15］.选择该地区有代表性的土壤取样点三个，地理坐标为 29°50'59″N，110°24'51″E;29°50'46″N，110°25'0.36″E;29°51'01″N，110°25'27″E.每个点确定为一个剖面(0 ～100 cm)，样品从土壤表层连续系统的取样，自上而下每10 cm为一个样品.样品共分为三组Ⅰ、Ⅱ、和Ⅲ即Ⅰ为HL01－HL10(旱地)，Ⅱ为HL11－HL20，HL33(水田)，Ⅲ为HL21－HL30(水田).共分析测试样品30件.所有采集的样品都及时风干保存.分别将风干后的土壤样品粉碎至80目以下，用氯仿在索氏抽提器中抽提56h，将抽提液浓缩后，转移到细胞瓶中用氮气吹干衡重.然后用层析柱法分离出饱和烷烃、芳烃、非烃和沥青质.烷烃直接进行气相色谱－质谱联用仪(GC－MS)分析.GC－MS分析在中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质教育部重点实验室完成.气相色谱－质谱(GC/MS)分析采用HP6890型气相色谱与HP5973A型质谱联用仪.色谱条件:HP－5MS石英毛细管柱(30 mm×0.25 mm×0.25 mm)，起始温度70℃，升温速率 3℃ /min，终温280℃，终温恒温20 min，进样口温度300℃，进样量2μL，氦气为载气.质谱条件:电子轰击源，电离能量70eV，GC与MS接口温度280℃.

2 结果与讨论

2.1 葛仙米土壤正构烷烃特征

分子化石正构烷烃地质意义有两点［4］:第一指示沉积岩有机质的来源，如正构烷烃广泛分布于古代沉积岩、现代沉积岩中.不同碳数的正构烷烃相对丰度可以反映沉积物中有机质的来源.不同生物源的正构烷烃具有不同的分布类型、碳数范围及碳数范围主峰碳数的特征，例如藻类、菌类正构烷烃分布为C13－C21，以C17、C18或C19为主的单峰型分布，缺少高碳数大于C25的正构烷烃，无明显的奇偶优势.陆相陆相高等植物角质中的正构烷烃主要分布于高碳数部分C23－C35，以C27、C29或C31为主的单峰型特征，具有明显的奇偶优势.陆相高等植物角质中的正构烷烃主要分布于高碳数部分C23－C35，以C27、C29或C31为主的单峰型特征，具有明显的奇偶优势.若以双峰型分布的特征被认为是混合来源，其中木本植物以C27、C29主峰;草本植物以C31、C33为主峰.以(C27+C29)/(C31+C33)比值变化反映了木本和草本植物的相对变化关系.以(C15+C21)/(C22+C33)反映低等植物与高等植物的变化［7－9］.第二指示沉积物的成熟度［4］，表示奇偶碳数正构烷烃相对丰度的比值以碳优势指数CPI值(CPI=∑C23～C35(奇碳数)∑C22～C34(偶碳数)).CPI值可以反映多方面的信息.一方面是有机质演化的成熟度大小的信息.大量的事实表明古代沉积岩中的正构烷烃CPI值会随着成熟度增高而逐渐减小到1左右，既奇偶优势消失.现代沉积物一般CPI=2～5.5.另一方面陆相高等植物母质沉积形成有机质有十分高的CPI值，源于海相低等生物沉积有机质有较低CPI值(CPI＜2)的特征.

在葛仙米生长区域内，寻找类脂物，正构烷烃并分析其特征.现以土壤或沉积岩为载体研究正构烷烃分布类型、碳数范围及碳数范围主峰碳数的特征和沉积物的成熟度.做了葛仙米生长区域土壤层正克烷烃参数分析以及碳数分布规律，如图1～3和表1～2所示.从表2可知，从土壤表层向剖面深处，CPI值递减:剖面Ⅰ土壤表层、剖面Ⅱ和剖面Ⅲ在表层至30 cm范围内CPI值都很高，呈现为陆相高等植物母质沉积有机质形成土壤特征;水田在土层深度为40 cm以后，CPI值在0.24 ～5.55范围内，呈现出现代沉积物(CPI=2～5)的正构烷烃和海相低等生物沉积(CPI＜2)有机质的特征.

表1 B=(C15－C21)/(C22－C33)比值随土壤剖面深度的变化Tab.1 Ratio of B as the variable depth

2.2 葛仙米土壤与古黄土土壤正构烷烃比较［5］

泥土、冰芯和黄土是常见的类脂物载体，类脂物保存有生物学信息，以甘肃临夏塬堡古黄土剖面土壤层为例，了解古植被正构烷烃分布特征，并作参考与葛仙米生长区土壤层正克烷烃比较，如图2所示.

表2 葛仙米生长区土壤正构烷烃参数Tab.2 The n－alkanes date from the soil of nostoc sphaeoides distribution

图1 剖面Ⅰ～Ⅲ葛仙米土壤层正构烷烃的分布特征Fig.1 The carbon distribution of n－alkanes from the soilof profile Ⅰ ～ Ⅲ in the region of growing nostoc sphaeroides

由图1知，葛仙米土壤正构烷烃的碳数分布在C14～C33范围，以C17和C29或C31为主峰的双峰或以C17为主的单峰型分布.正构烷烃在C20以下无明显的奇偶优势，C22以上主峰表现出明显的奇偶优势.因此，葛仙米剖面土壤正构烷烃的碳数分布特征与临夏塬堡黄土地层S1古土壤中的正构烷烃特征基本一致.

图2 甘肃临夏塬堡黄土剖面的S古土壤层正构烷烃的分布特征Fig.2 The carbon distribytion of n－alkanes from the S paleosol of paleosol Yuanbao，Linxia

从表2可知，三个土壤剖面在土壤层深度为60～80 cm处(C15－C21)/(C22－C33)比值都出现极大值.在该处是否存在低等植物与高等植物的巨大变化与相应的气候变化有何关系，有待进一步研究.

3 结论

1)鹤峰走马镇葛仙米分布区三个剖面土壤中正构烷烃的碳数分布在C14～C33范围 ，以C17和C29或C31为主峰的双峰或以C17为主的单峰型分布.正构烷烃在C20以下无明显的奇偶优势，C22以上主峰表现出明显的奇偶优势.反映出正构烷烃的低等菌藻类生物和陆生高等植物的特征.

2)随着土壤表层向剖面深度的增加的，CPI的变化趋势的明显表现为递减，三个剖面土壤表层十分高，表现为陆相高等植物母质沉积有机质形成土壤特征，在土层深度为40cm以后，碳优势指数CPI值在0.24～5.55范围内，呈现出现代沉积物(CPI=2～5)的正构烷烃和海相低等生物沉积(CPI＜2)有机质的特征.

3)三个土壤剖面在土壤层深度为70 cm处附近(C15－C21)/(C22－C33)比值都出现极大值，(剖面Ⅱ剖面Ⅲ).是否在该处反映出低等植物与高等植物的巨大变化和对答的气候变化有待进一步考证其结果.

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