李 莉

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北武漢430074;2.湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北恩施445000)

分子化石研究載體已涉及到海相沉積物、湖相沉積物、泥炭、大氣氣溶膠，冰芯和黃土等.目前，分子化石研究得最為廣泛的是類脂物.類脂物在地質(zhì)體中穩(wěn)定，可以在許多載體中長(zhǎng)期保存，雖然經(jīng)歷了一定的成巖、成土、壓實(shí)等作用，它們?nèi)匀荒軌虮Ａ粼忌锏奶脊羌?，它們所攜帶的生物學(xué)信息在判斷一些生物面貌上能提供十分有用的信息.正構(gòu)烷烴不易被微生物所降解，它更能夠記錄有機(jī)質(zhì)的來(lái)源信息，因此它在一定程度上能夠反映沉積物形成過(guò)程中周圍的植被類型及其變化情況和沉積物形成的環(huán)境［1－6］.近年在國(guó)內(nèi)人們開(kāi)始了正構(gòu)烷烴分子化石的一系列研究，在這一領(lǐng)域初步顯示了分子化石在記錄古植被和季風(fēng)變化上的巨大潛力.

葛仙米，俗稱“水木耳”、“田木耳”、學(xué)名擬球狀念珠藻，附生于稻田、淺水池沼、湖、溪的沙石或泥土上，球形膠質(zhì)狀.它是一種古老的野生淡水藻類，屬多細(xì)胞絲狀藍(lán)藻，與地木耳(N.commune)、發(fā)菜(N.flagelliforme)同屬藍(lán)藻門(Cyanophyta)、藍(lán)藻綱(Cyanophyceae)，段殖藻目(Hormogonales)，念珠藻科(Nostocaceae)，念珠藻屬(Nostoc).葛仙米對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境、氣候和地理?xiàng)l件特殊要求，20世紀(jì)90年代后鶴峰走馬鎮(zhèn)葛仙米分布面積逐年下降，目前，也僅有零散分布.古老的葛仙米與氣候作用在其分布生長(zhǎng)繁殖區(qū)域的地質(zhì)體中是否記載該生物有機(jī)質(zhì)長(zhǎng)期演化的分子化石［7－12］?本文以葛仙米生長(zhǎng)區(qū)域的土壤或沉積物為載體試圖尋找其中蘊(yùn)藏的植被或古植被信息.

1 樣品分析方法

在鶴峰走馬地區(qū)走馬鎮(zhèn)，葛仙米分布區(qū)屬于亞熱帶二高山地區(qū)，氣候類型屬于典型的亞熱帶大陸性季風(fēng)，濕潤(rùn)氣候［13－15］.選擇該地區(qū)有代表性的土壤取樣點(diǎn)三個(gè)，地理坐標(biāo)為 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.每個(gè)點(diǎn)確定為一個(gè)剖面(0 ～100 cm)，樣品從土壤表層連續(xù)系統(tǒng)的取樣，自上而下每10 cm為一個(gè)樣品.樣品共分為三組Ⅰ、Ⅱ、和Ⅲ即Ⅰ為HL01－HL10(旱地)，Ⅱ?yàn)镠L11－HL20，HL33(水田)，Ⅲ為HL21－HL30(水田).共分析測(cè)試樣品30件.所有采集的樣品都及時(shí)風(fēng)干保存.分別將風(fēng)干后的土壤樣品粉碎至80目以下，用氯仿在索氏抽提器中抽提56h，將抽提液濃縮后，轉(zhuǎn)移到細(xì)胞瓶中用氮?dú)獯蹈珊庵?然后用層析柱法分離出飽和烷烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì).烷烴直接進(jìn)行氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC－MS)分析.GC－MS分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.氣相色譜－質(zhì)譜(GC/MS)分析采用HP6890型氣相色譜與HP5973A型質(zhì)譜聯(lián)用儀.色譜條件:HP－5MS石英毛細(xì)管柱(30 mm×0.25 mm×0.25 mm)，起始溫度70℃，升溫速率 3℃ /min，終溫280℃，終溫恒溫20 min，進(jìn)樣口溫度300℃，進(jìn)樣量2μL，氦氣為載氣.質(zhì)譜條件:電子轟擊源，電離能量70eV，GC與MS接口溫度280℃.

2 結(jié)果與討論

2.1 葛仙米土壤正構(gòu)烷烴特征

分子化石正構(gòu)烷烴地質(zhì)意義有兩點(diǎn)［4］:第一指示沉積巖有機(jī)質(zhì)的來(lái)源，如正構(gòu)烷烴廣泛分布于古代沉積巖、現(xiàn)代沉積巖中.不同碳數(shù)的正構(gòu)烷烴相對(duì)豐度可以反映沉積物中有機(jī)質(zhì)的來(lái)源.不同生物源的正構(gòu)烷烴具有不同的分布類型、碳數(shù)范圍及碳數(shù)范圍主峰碳數(shù)的特征，例如藻類、菌類正構(gòu)烷烴分布為C13－C21，以C17、C18或C19為主的單峰型分布，缺少高碳數(shù)大于C25的正構(gòu)烷烴，無(wú)明顯的奇偶優(yōu)勢(shì).陸相陸相高等植物角質(zhì)中的正構(gòu)烷烴主要分布于高碳數(shù)部分C23－C35，以C27、C29或C31為主的單峰型特征，具有明顯的奇偶優(yōu)勢(shì).陸相高等植物角質(zhì)中的正構(gòu)烷烴主要分布于高碳數(shù)部分C23－C35，以C27、C29或C31為主的單峰型特征，具有明顯的奇偶優(yōu)勢(shì).若以雙峰型分布的特征被認(rèn)為是混合來(lái)源，其中木本植物以C27、C29主峰;草本植物以C31、C33為主峰.以(C27+C29)/(C31+C33)比值變化反映了木本和草本植物的相對(duì)變化關(guān)系.以(C15+C21)/(C22+C33)反映低等植物與高等植物的變化［7－9］.第二指示沉積物的成熟度［4］，表示奇偶碳數(shù)正構(gòu)烷烴相對(duì)豐度的比值以碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)CPI值(CPI=∑C23～C35(奇碳數(shù))∑C22～C34(偶碳數(shù))).CPI值可以反映多方面的信息.一方面是有機(jī)質(zhì)演化的成熟度大小的信息.大量的事實(shí)表明古代沉積巖中的正構(gòu)烷烴CPI值會(huì)隨著成熟度增高而逐漸減小到1左右，既奇偶優(yōu)勢(shì)消失.現(xiàn)代沉積物一般CPI=2～5.5.另一方面陸相高等植物母質(zhì)沉積形成有機(jī)質(zhì)有十分高的CPI值，源于海相低等生物沉積有機(jī)質(zhì)有較低CPI值(CPI＜2)的特征.

在葛仙米生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，尋找類脂物，正構(gòu)烷烴并分析其特征.現(xiàn)以土壤或沉積巖為載體研究正構(gòu)烷烴分布類型、碳數(shù)范圍及碳數(shù)范圍主峰碳數(shù)的特征和沉積物的成熟度.做了葛仙米生長(zhǎng)區(qū)域土壤層正克烷烴參數(shù)分析以及碳數(shù)分布規(guī)律，如圖1～3和表1～2所示.從表2可知，從土壤表層向剖面深處，CPI值遞減:剖面Ⅰ土壤表層、剖面Ⅱ和剖面Ⅲ在表層至30 cm范圍內(nèi)CPI值都很高，呈現(xiàn)為陸相高等植物母質(zhì)沉積有機(jī)質(zhì)形成土壤特征;水田在土層深度為40 cm以后，CPI值在0.24 ～5.55范圍內(nèi)，呈現(xiàn)出現(xiàn)代沉積物(CPI=2～5)的正構(gòu)烷烴和海相低等生物沉積(CPI＜2)有機(jī)質(zhì)的特征.

表1 B=(C15－C21)/(C22－C33)比值隨土壤剖面深度的變化Tab.1 Ratio of B as the variable depth

2.2 葛仙米土壤與古黃土土壤正構(gòu)烷烴比較［5］

泥土、冰芯和黃土是常見(jiàn)的類脂物載體，類脂物保存有生物學(xué)信息，以甘肅臨夏塬堡古黃土剖面土壤層為例，了解古植被正構(gòu)烷烴分布特征，并作參考與葛仙米生長(zhǎng)區(qū)土壤層正克烷烴比較，如圖2所示.

表2 葛仙米生長(zhǎng)區(qū)土壤正構(gòu)烷烴參數(shù)Tab.2 The n－alkanes date from the soil of nostoc sphaeoides distribution

圖1 剖面Ⅰ～Ⅲ葛仙米土壤層正構(gòu)烷烴的分布特征Fig.1 The carbon distribution of n－alkanes from the soilof profile Ⅰ ～ Ⅲ in the region of growing nostoc sphaeroides

由圖1知，葛仙米土壤正構(gòu)烷烴的碳數(shù)分布在C14～C33范圍，以C17和C29或C31為主峰的雙峰或以C17為主的單峰型分布.正構(gòu)烷烴在C20以下無(wú)明顯的奇偶優(yōu)勢(shì)，C22以上主峰表現(xiàn)出明顯的奇偶優(yōu)勢(shì).因此，葛仙米剖面土壤正構(gòu)烷烴的碳數(shù)分布特征與臨夏塬堡黃土地層S1古土壤中的正構(gòu)烷烴特征基本一致.

圖2 甘肅臨夏塬堡黃土剖面的S古土壤層正構(gòu)烷烴的分布特征Fig.2 The carbon distribytion of n－alkanes from the S paleosol of paleosol Yuanbao，Linxia

從表2可知，三個(gè)土壤剖面在土壤層深度為60～80 cm處(C15－C21)/(C22－C33)比值都出現(xiàn)極大值.在該處是否存在低等植物與高等植物的巨大變化與相應(yīng)的氣候變化有何關(guān)系，有待進(jìn)一步研究.

3 結(jié)論

1)鶴峰走馬鎮(zhèn)葛仙米分布區(qū)三個(gè)剖面土壤中正構(gòu)烷烴的碳數(shù)分布在C14～C33范圍 ，以C17和C29或C31為主峰的雙峰或以C17為主的單峰型分布.正構(gòu)烷烴在C20以下無(wú)明顯的奇偶優(yōu)勢(shì)，C22以上主峰表現(xiàn)出明顯的奇偶優(yōu)勢(shì).反映出正構(gòu)烷烴的低等菌藻類生物和陸生高等植物的特征.

2)隨著土壤表層向剖面深度的增加的，CPI的變化趨勢(shì)的明顯表現(xiàn)為遞減，三個(gè)剖面土壤表層十分高，表現(xiàn)為陸相高等植物母質(zhì)沉積有機(jī)質(zhì)形成土壤特征，在土層深度為40cm以后，碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)CPI值在0.24～5.55范圍內(nèi)，呈現(xiàn)出現(xiàn)代沉積物(CPI=2～5)的正構(gòu)烷烴和海相低等生物沉積(CPI＜2)有機(jī)質(zhì)的特征.

3)三個(gè)土壤剖面在土壤層深度為70 cm處附近(C15－C21)/(C22－C33)比值都出現(xiàn)極大值，(剖面Ⅱ剖面Ⅲ).是否在該處反映出低等植物與高等植物的巨大變化和對(duì)答的氣候變化有待進(jìn)一步考證其結(jié)果.

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