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泥炭沼泽源酚—铁配合物在水中的光化学行为及其意义认领

被引量： 1

作者：

汪亦柳

学位授予单位：

中国地质大学

摘要：

铁是生物不可缺少的元素,同时也是限制海洋浮游植物的营养元素之一。大量研究证实,泥炭沼泽湿地是陆地铁源向水生态系统输出的关键场所。泥炭沼泽中存在着大量天然有机质,酚类物质含量较高,与铁形成稳定的络合物可以显著提高铁的溶解能力,甚至在碱性条件下仍能确保其溶解性和稳定性。但光化学过程有可能影响酚铁配合物的稳定性,进而影响溶解性铁的有效输出。目前,对泥炭源酚铁配合物光化学稳定性的研究还较为缺乏,我们希望通过野外调查结合室内模拟实验来探究这种配合物的光化学行为。本文以位于吉林省金川镇泥炭沼泽为研究对象,采集了泥炭沼泽水样品、不同深度的表层泥炭样品,调查了泥炭水样的pH,水溶性总酚,可溶性总铁、亚铁等基本理化指标。利用固相萃取-高效液相色谱法测定了不同层位泥炭提取液中两种形态的酚酸物质组成和含量。设计并建立了光反应装置,进一步完善了可溶铁的测定方法。完成了野外调查和模拟试验。重点利用没食子酸作为代表酚酸,开展了弱碱性条件下(pH=8.0±0.1)酚酸与可溶铁(二价铁和三价铁)的光反应实验,并通过改变体系构成揭示酚铁配合物光反应特征和反应机理。通过系统研究,得出以下主要结论:1.测定了金川泥炭水样的基本理化性质,结果表明:与其它泥炭地类似,金川泥炭水样整体呈酸性,平均pH为5.47;可溶铁含量较高,平均值为10.50mg/L;可溶性总酚/可溶铁比例介于0.11-0.57之间,但二者之间并没有明显的相关性。2.利用甲醇及氢氧化钠溶液分别提取了金川泥炭样品中游离态及弱结合态酚酸,二者含量差异最高达到3个数量级。其酚酸组成包括没食子酸、原儿茶酸、龙胆酸、对-羟基苯甲酸、咖啡酸、香草酸、丁香酸、对-香豆酸以及阿魏酸,其中对-羟基苯甲酸、对-香豆酸、丁香酸以及阿魏酸等在两态中浓度较高。20cm表层泥炭不同层位酚类物质组成无显著相关性。3.没食子酸铁配合物在弱碱性条件下(pH=8.0±0.1)进行光反应实验结果表明:(1)当pH=8.0±0.1且没食子酸/铁比值降为0.1:1时,可溶铁在光照3小时后发生了沉淀,我们把此酚/铁比值下的体系称为临界酚铁体系。对没食子酸的监测结果表明,自氧化以及直接、间接光降解导致了没食子酸的降解。其中,没食子酸自氧化降解约占31.76%,直接光解约占17.65%,间接光解占33.53%,与铁共沉淀占5.76%。(2)泥炭共存酚类对临界酚铁体系的影响较大。带甲氧基官能团的酚酸(香草酸)的加入会促进活性氧基团(Reactive oxygen species,ROS)的产生来加速没食子酸的降解,而咖啡酸、对-香豆酸、对-羟基苯甲酸等则会抑制或清除体系内的氧化性物质。(3)实际泥炭提取液中可溶铁具有较强的光稳定性。光照条件下,99%以上的可溶铁得到了有效保护,说明泥炭源酚类物质等DOC的存在有利于沼泽向水生态系统有效输出陆源可溶态铁。本研究证实,泥炭源酚铁配合物的光化学稳定性较强。鉴于泥炭沼泽在全球分布面积巨大及对海洋初级生产力的显著影响,泥炭沼泽湿地在全球碳循环和铁循环中的作用更显重要,具有深远环境意义。

摘要译文

关键词：

铁; 酚酸; 光稳定性; 泥炭; 地球化学铁循环

学位年度：

2018

学位类型：

硕士

学科专业：

地质学

导师：

向武

中图分类号：

P941.78[湖泊、沼泽]

学科分类号：

070501[自然地理学];070506[景观与区域地理学];070508[全球变化与世界地理学]