Size-Resolved荧光强调相互作用可以忽略不计的溶解有机物在保守的混合在一个大北方河流
《金瓶梅雪
乍得w .坏话
于王
默罕默德b Javed
汤米Noernberg,- 部门的可再生资源,阿尔伯塔大学,埃德蒙顿,加拿大的AB
虽然河混合广泛出现在自然界中,相应的进化的溶解有机物(DOM)成分仍然知之甚少。在这里,地表水样品收集在多个横切的阿萨巴斯卡河(政治)基流条件下。不对称流field-flow分馏(AF4)耦合到在线excitation-emission测量(eem)和平行因子分析(PARAFAC)是利用调查荧光DOM组件的大小分布在河流混合和相应的size-resolved荧光的变化。大多数荧光组件发生在0.810和1.170 kDa,反映了小尺寸的DOM与最大荧光分子。荧光规范化的载荷在254 nm(吸光度254年)最高大部分陆地humic-like组件,其次是微生物humic-like组件,和蛋白质像组件。DOM之间差异size-resolved荧光观察humic-rich守护神上游的支流和主支流输入。变化的趋势254年规范化PARAFAC载荷地面humic-like组件还说明了保守的混合aromatic-rich陆地DOM在政治分数的大小。从分子的角度来看,混合荧光DOM线性和同时发生的大小没有任何证据聚合、沉淀或荧光的变化或任何规模的分数浓度> 60公里所需的完全混合河及其支流。总的来说,这项研究提供了洞察的大小特征荧光DOM和保守的混合行为的组件在大北方河流。
1介绍
北方生态系统覆盖了地球陆地表面的11%,是全球碳循环的一个关键驱动程序(保安族和Shugart, 1989;布拉德肖和Warkentin, 2015)。河流网络发生在整个生物群落中,作为主要沿着terrestrial-aquatic连续碳运输路线(哈钦斯et al ., 2019)。然而,北方的功能网络的风险严重影响未来几十年,由于强化自然(如森林火灾)或人为干扰(例如,森林砍伐),以及气候变化(Magnani et al ., 2007;拉皮埃尔et al ., 2013;Olefeldt et al ., 2013;Gomez-Gener et al ., 2020)。例如,北方河流布朗宁的增加已观察到在过去的三十年里,很大程度上由于气候变化及其对相邻富含有机物的影响陆地生态系统(例如,泥炭地)(睡衣et al ., 2022)。这种情况下突出改善我们的理解的重要性在北方河流碳演化和运输区。
溶解有机质(DOM)是一个复杂的混合不同的有机分子发生在自然水域(无所不在地瑟曼,1985)。在水系统中,DOM拥有大量的角色,如为水生食物网提供营养和影响微量元素和有机污染物的毒性和运输(凯尔和Kirchman, 1991;门闩和麦克尼尔,2006;布拉沃et al ., 2017)。DOM在自然水域的化学的角色(例如,酸碱平衡)一般取决于其丰富,组成和反应性(Lochmueller和Saavedra 1986;Kellerman et al ., 2018)。DOM的大小特征也是一个关键的变量调节与有机和无机污染物的相互作用(例如,水藻和溶解有机物的大小影响微生物Hg吸收),因此应该在DOM评估研究(诅咒和Gueguen, 2015;Trubetskoj et al ., 2018;曼加尔et al ., 2019)。
DOM的退化是在生态系统碳循环的一个关键特性,但其控制变量在很大程度上仍未解决的(Kothawala et al ., 2021)。相似性,DOM持久性有关它的分子成分随水保留时间(Kellerman et al ., 2015)。然而,进化的大矛盾DOM沿着terrestrial-freshwater连续发生,和在不同的地理区域,这可能是由于ecosystem-specific属性。河混合被报告为一个关键水文特性,改变DOM在热带和温带的河流质量(Guinoiseau et al ., 2016),可能导致大气中二氧化碳脱气(西蒙et al ., 2019)。最近的一项研究混合现象在一个大北方河流了保守的DOM混合在不同水文情势下大融合,也就是说,DOM质量的变化主要是由于在混合稀释,与DOM丧失或退化的证据(雪et al ., 2022)。其他融合的河流没有显示延迟混合,与变量的行为解释为不同的水文和地貌条件(麦凯,1970;帕森斯et al ., 2008;诅咒et al ., 2021)。总体而言,这些对比跨纬度混合模式的相似性表明需要更好地理解DOM退化影响因素和/或持久性的相似性(Kothawala et al ., 2021)。
各种方法还利用DOM的大小属性的研究,包括凝胶渗透色谱法、凝胶排阻层析法、超滤,非对称流field-flow分馏(AF4) (格拉索et al ., 1990;Gueguen和诅咒,2011;Gueguen et al ., 2013;Romera-Castillo et al ., 2014;温斯迟et al ., 2018)。例如,DOM的分子量分布已经决定利用凝胶渗透色谱法,但是由于分析测量可能会扭曲等问题导致骨料的破坏压力的应用在吸附固定相(格拉索et al ., 1990)。相比之下,多功能AF4分离系统最近青睐由于样本量小等优点的要求,精确的大小决定,校准和健壮的大小(诅咒和Gueguen, 2012;王et al ., 2020)。更重要的是,当耦合荧光excitation-emission矩阵(eem)和健壮的最优化方法,如平行因子分析(PARAFAC),可以提供一个有效的链接DOM的荧光分子之间有不同的大小,只使用少量的样品(诅咒和Gueguen, 2012,2015年;温斯迟et al ., 2017;林和郭,2020年)。鉴于反复PARAFAC-derived荧光组件被发现在自然和工程系统,可以连接使用comPARAFAC OpenFluor, AF4-EEM-PARAFAC的组合可能会大大促进我们理解DOM在全球范围内(墨菲et al ., 2014;帕尔et al ., 2014;温斯迟et al ., 2019)。但是,DOM这样的尖端分析技术的应用在很大程度上是缺乏在水文/营养接口size-resolved荧光特征的DOM可能提供额外的洞察力DOM的命运和运输(诅咒和Gueguen, 2015;林和郭,2020年)。
size-resolved DOM的进化分析成分混合在河是一个有用的方法来阐明DOM的命运和运输的阿萨巴斯卡河(政治)和其他大型北方河流,和提高我们理解其在全球碳循环中的作用(麦凯,1970;雪et al ., 2022)。本研究的目标是:1)确定分子质量之间的关系(0.800∼-4.000 kDa)和荧光的DOM在大北方河流,和2)来评估这些size-resolved DOM交互的程度和转换在混合来自不同来源的分数。
2材料和方法
2.1研究区
阿萨巴斯卡河(AR)开始在哥伦比亚冰原的冰川在贾斯珀国家公园,和旅行∼1200公里在卸货之前阿萨巴斯卡湖。从那时起,其水域进入马更些河,最终到北冰洋。沿着河,溶解有机碳(DOC)的浓度增加了9倍从1.0毫克C L−1阿萨巴斯卡冰川融水(流率:≤14米3C L / s) 9.4毫克−1水域收集下游河段的基于“增大化现实”技术(即。守护神;流量:∼450 - 700米3/秒)(Staniszewska et al ., 2021;雪et al ., 2022)。在基流条件下,这样的医生在很大程度上是由纵向增加主要支流(诅咒et al ., 2019)。丰富的泥炭地在周围生态系统的守护神是DOM升高的可能的原因在这些支流,在深水域交付和明显的相对的主(诅咒et al ., 2021)。延迟混合之间的DOM主支气管及其主要支流守护神一直在进行融合,类似于其他大型北方河流(如马更些河)(麦凯,1970;雪et al ., 2022)。
2.2样本集合
现场活动是在2018年秋天进行的守护神在基流条件下(雪et al ., 2022)。代表地表水样品收集在深度0.3米,在四个主横断面沿守护神(T1-T4) (图1)。在每个样,样品从东(T1E-T4E,n= 4)和西国(T1W-T4Wn= 4)。收集的样本也出口的三大支流:马河(人力资源),清水河(CL)、Steepbank河(某人)(n= 3)。抽样坐标和水文参数中列出表1。
图1。采样点较低的阿萨巴斯卡河(政治),阿尔伯塔省北部。
表1。抽样坐标,pH、电导率、批量DOM属性,在政治和混合状态。95%可信区间代表一个95%置信区间。单位:电导率(µs厘米−1),医生(mg C L−1),米p(kDa)和苏瓦254年(L毫克−1C m−1)。
专门的方法被用来确保DOM在准备样品,采样的质量(斯宾塞和平底渔船,2014)。短暂,DOM的收集样本,琥珀玻璃小瓶(40毫升)与Teflon-lined帽前后在ASTM I型水冲洗浸泡在5%的盐酸≥24 h。瓶满是铝箔,燃烧在450°C≥5 h。Acid-cleaned聚丙烯管材、瓶、注射器和蠕动泵是利用样本采集。样本立即过滤到琥珀玻璃小瓶使用0.22µm聚四氟乙烯过滤器。样本被转移到冷却器采用冰敷在运输储存在冰箱4°C。尺寸和光学性质进行了分析后变暖水样到室温。
2.3大部分溶解有机物特性
溶解有机碳测定使用燃烧技术紧随其后的分析二氧化碳(日本岛津公司toc - 5000 a,京都,日本)。离线测量荧光EEM进行批量(0.22µm过滤)DOM示例(n= 11)比(S / R)模式使用安捷伦G1321B荧光检测器(安捷伦科技,圣克拉拉,美国)。激发/发射单色器的带宽通常是固定20纳米荧光检测器。然而,对光谱采集,步长可以设置从1到20海里。因此为激发/发射光谱波长范围设定在220 - 450/280 - 550 1和5 nm间隔,分别。波长校准之后manufacturer-recommended程序。背景噪音和散射减少减去一个EEM Milli-Q水每天。吸光度光谱也决定在200 - 640纳米波长范围使用二极管阵列检测器(安捷伦G4212B,安捷伦科技,圣克拉拉,美国)。inner-filtering效应是纠正使用吸光度光谱(220 - 550 nm) (Kothawala et al ., 2013)。HIX腐殖化指数()、生物指数(BIX)和特定的紫外吸光度在254 nm(苏瓦254年DOM)计算批量样品使用方法详细的其他地方(Zsolnay et al ., 1999;Weishaar et al ., 2003;Huguet et al ., 2009)。
2.4确定使用AF4 Size-Resolved DOM属性
2.4.1 AF4系统的一般设置
一个爆后新星AF2000多流的FFF分馏系统(爆后新星分析,盐湖城,犹他州,美国)配备了300 Da polyethersulfone膜耦合在线二极管阵列和荧光探测器(G4212爸爸和G1321B盛名,安捷伦科技,圣克拉拉,加利福尼亚,美国)(Gueguen和诅咒,2011)。EC和携带液的pH值调整模拟原位条件的守护神(大约300μS厘米−1和pH值8),使用一个缓冲由99.999%不含金属的(NH4)2有限公司3(Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州,美国)。记忆效应是最小化和清洁条件是确保冲洗系统和分析一个完整的载体流体之间的空白每个样本(诅咒et al ., 2017)。波长254 nm(吸光度254年)被选为监测DOM的粒度分布(Gueguen和诅咒,2011)。用于分析的步骤,尺寸校准,计算最大峰值(M的分子质量p批量样品可以找到其他地方)(雪et al ., 2022)。AF4仪表的详细信息(例如,流程程序),分析条件,报告的质量控制和优化步骤诅咒et al ., 2017。
2.4.2程序在线Size-Resolved EEM测量
完成size-resolved EEM光谱测量在四个分子质量:0.810±0.006 kDa, 1.170±0.008 kDa, 2.310±0.01 kDa, 4.130±0.02 kDa。这些群众选择跨越的宽度大小分布和相应的保留时间(tR)的样本,同时确保足够的距离无重点的材料无效(各自的峰值tR≈8.30,8.65,9.50和10.50分钟)(图2)。分子质量测定的平均±95%可信区间(CI)对应于两个校正曲线,将每组样本。保留时间调整后,首先每天校准,以确保测量额按可比群众对所有样本。尺寸校准的尺寸范围0.69 - -20.7 kDa执行使用溴酚蓝的混合物(Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州,美国)和polystyrene-sulfonate钠盐标准(马萨诸塞州阿默斯特Service-USA PSS-Polymer标准,Inc .)。吸附损失降到最低,确保一致的分离条件下,有机质膜使用萨旺尼河流域自然条件(SRNOM)之前第一个校准曲线在每个样本集。
图2。DOM的fractogram样本收集的东区T1横断面(T1E),显示四个停止点(tR≈8.30,8.65,9.50,和10.50分钟)在线size-resolved EEM测量在这个研究。
Size-resolved似乎被停止测量系统流的保留时间对应于所需的分子质量。承运人流首次停止测量似乎在一个特定的大小,之后样品分离和承运人流又停止了测量额在接下来的大小,等等。紫外/可见二极管矩阵检测器(爸爸)允许测量整个洗脱样品紫外/可见光谱的影响,而不是一个固定的波长(探测器可以在网上multi-Ex或multi-Em模式,或在EEM模式在流停止时)。我们能够测量DOM样品的激发和发射光谱耦合AF4分子量分布的爸爸(G4212)和荧光检测器(G1321B) (Gueguen和诅咒,2011)。目前的分离方法的分辨能力已经演示了使用两河的DOM和叶渗滤液(诅咒和Gueguen, 2012,2015年)。的荧光检测器设置size-resolved额是相同的用于大块样品看起来在离线模式。
2.5 PARAFAC造型
对地区级的核PARAFAC分析是进行使用664额,包括大部分样本额和44 size-resolved额在本研究报告(Matlab R2017b MathWorks)。PARAFAC模型被开发使用DOMFluor和drEEM工具箱后光谱校正(Stedmon兄弟,2008年;墨菲et al ., 2013)。详细的程序用于开发和验证模型在相应的研究报告(雪et al ., 2022)。似乎显示在相应的组件图3。
图3。在这项研究中使用的八PARAFAC组件。在特定的、C1-C4和C6分为陆地humic-like组件,和C5作为微生物humic-like组件。此外,C7被指定为一个tryptophan-like组件,和C8通常是蛋白质像组件。PARAFAC模型进行验证与其他已发表的研究和反复核对,没有过度拟合。荧光强度归一化到拉曼单位(r.u)。详细的信息可以在找到雪et al ., 2022。
在这项研究中,PARAFAC组件载荷(即。,Fmax值)被规范化254年(即。,Fmax/A254年;称为规范化PARAFAC载荷)有两个原因。首先,一个254年DOC浓度成正比的停止点fractogram (within-sample差异)size-resolved额测量。一个254年也是整个DOC浓度成正比,fractogram(点之间的差异)(一个吗254年将按比例更高fractogram如果一个样本有一个DOC浓度)。DOM的理解在一个特定的大小在不同样本可能有一个医生和一个一致的关系254年,它被认为254年规范化PARAFAC载荷可以用来占within-sample和点之间的差异。
3的结果
3.1浓度、尺寸和光学性质的DOM
医生在T1的浓度为6.3±0.2毫克C L−1(表1)。下游T1, T2的医生先增加然后减少T4在东区(10.6、9.5和8.3毫克C L−1)。更高的DOC浓度被发现在支流(11.8 - -33.3毫克C L−1)。分子质量的最大峰值的DOM T1E (1.065±0.06 kDa)类似于人力资源等主要支流和某人(1.081±0.005,1.090±0.005 kDa,分别)。此外,DOM在支流的普遍特点是HIX升高和苏瓦254年,并降低BIX值相对于主。
3.2荧光PARAFAC组件的不同大小的DOM
的一个254年规范化PARAFAC载荷在0.810或1.170 kDa(最高图4)。规范化PARAFAC载荷地面humic-like组件C1-C4高于微生物humic-like组件的装载C5在大多数样本,而最低的载荷通常在蛋白质像C7、C8组件。
图4。一个254年规范化PARAFAC组件载荷(r.u·米)在体积分数。标记数量(s)在一个特定的组件面板显示(s),只有部分的整个样本集(例如,n总计= 11)是发现,特定的组件在一个给定的大小(例如,n= 10个样本为C5 1.170 kDa)。同样,没有表明他们数量的组件存在于所有样品在给定的大小。
陆地humic-like组件C1-C4和C6测量在各种规模的DOM,所有样品(n= 11,图4)。蛋白质像组件C7也以所有分数对于大多数样品(≤8日n≤10)。相比之下,tryptophan-like组件C8主要是测量1170 Da (n= 8样本)。微生物humic-like组件C5发生只在最小的体积分数(即对于大多数样本。、0.810和1.170 kDa;10≤n≤11)。
3.3 Size-Resolved DOM守护神及其支流
荧光的强度普遍较高size-resolved EEM光谱DOM分数与小尺寸(如0.810和1.170 kDa)比其他尺寸在每个样本(n= 11)(图5)。的size-resolved额DOM样本收集T1从支流也差异很大。此外,形状和强度的差异size-resolved额也明显的支流之一。
图5。Size-resolved额的主网站(T1东)支流输入和主要支流(即自由。、马河、清水河、Steepbank河)的守护神。荧光强度归一化到拉曼单位(r.u)。
3.4 Size-Resolved DOM沿着河边的进化
size-resolved变化似乎在主网站收集的样本中,明显在东区的守护神(图5,6)。一般来说,急剧增加,荧光强度发生在T1和T2样本之间的所有分数大小网站,输入后从人力资源和CL DOM。其次是逐步从网站T2 T4荧光强度下降。这种模式在很大程度上模仿那些观察到大部分DOM和相关质量指标如苏瓦254年HIX和(表1)。
图6。进化size-resolved额沿着东边的守护神。T2-T4站点位置确定图5。荧光强度归一化到拉曼单位(r.u)。
成分变化规范化PARAFAC载荷humic-like组件C1-C4和C6相对一致的采集到四个主横断面样本大小(图7)。相比之下,微生物的分布humic-like和蛋白质像组件C5, C7、C8相对大小之间的异构分数。此外,规范化humic-like组件的装载C1是线性相关载荷C2-C4和C6在体积分数和样品(图8)。C5之间,C7、C8和C1,没有发现这种线性关系,分别为(图9)。
图7。一个254年规范化PARAFAC组件载荷(r.u·米)在体积分数为陆地humic-like组件(C1-C4和C6)和蛋白质像组件(C5、C7、C8)发现在这项研究中。样品也在收集四主截面包括东(T1E-T4E)和西国(T1W-T4W)沿着守护神。
图8。的比率254年规范化PARAFAC组件载荷(C1 r.u·米)为其他陆地humic-like组件(C2-C4和C6)发现在这项研究中。TR表示支流。之前、期间和之后混合是指混合状态的主。
图9。的比率254年规范化PARAFAC组件载荷(C1 r.u·米)为蛋白质像组件(C5、C7、C8)发现在这项研究中。TR表示支流。之前、期间和之后混合是指混合状态的主。
4讨论
4.1尺寸PARAFAC组件的属性
以下4.4.1 PARAFAC组件的强度大小
相似的行为规范化PARAFAC载荷对一些PARAFAC组件在大小分数显示,DOM相关的比例可能是半个均匀地分布在各个大小(例如,humic-like C1-C4和C6) (图4)。相比之下,其它DOM的比例可能升高半个特定大小分数(例如,微生物humic-like C5和蛋白质像C7、C8vs。humic-like C1-C4和C6)。规范化PARAFAC载荷在humic-like高架C1-C4与他人相比,表明更高的浓度或荧光效率为这些组件。
我们的结果在高架规范化PARAFAC载荷在0.810或1.170 kDa同意尺寸排阻色谱法结果最高的荧光信号在180年和2000年之间Da淡水样品从佛罗里达大沼泽地(Romera-Castillo et al ., 2014)。的患病率humic-like组件相对于微生物humic-like组件之前观察到颗粒组内∼1304 - 1597 Da使用尺寸排阻色谱法,表明高浓度的humic-like组件的相似性(Romera-Castillo et al ., 2014)。
4.1.2 PARAFAC组件分布大小
大多数组件(即的存在。,C1–C4, C6 and C7) across sizes supports the hypothesis of a supramolecular structure of DOM widely observed in natural waters (短笛,2001;Romera-Castillo et al ., 2014;诅咒和Gueguen, 2015;温斯迟et al ., 2018)。
报道的荧光组件的大小分布相对不一致。例如,在这项研究中,tryptophan-like C8主要发生在1.170 kDa大小分数,不像其他的大小分布广泛蛋白质像组件C7 (图4)。相比之下,以前的研究报告一个更小的分子大小(0.496 kDa)和更大的规模4.300 kDa tryptophan-like组件,分别是(诅咒和Gueguen, 2012;温斯迟et al ., 2018)。另一项研究发现,蛋白质像组件更丰富的在这两个小型和大型大小分数(Romera-Castillo et al ., 2014与广泛的粒度分布),通常在协议的蛋白质像C7检查研究。此外,我们的研究结果与其他研究人员同意表明,峰值有关荧光团(例/ Em = 350/450 nm)(例如,C3在我们的例子中)存在主要在1 - 3 kDa的大小范围,而峰值T-associated荧光团(例/ Em = 275/340 nm;C7在我们的例子中)也有1 - 3 kDa的峰值大小分数(林和郭,2020年)。
微生物humic-like C5才发现在0.810和1.170 kDa大小分数。之前,一项研究表明,微生物与陆地humic-like组件都使用AF4中间发现大小分数(即。1.600 kDa) (诅咒和Gueguen, 2012)。相比之下,两个微生物humic-like组件出现在小尺寸范围(例如,0.180 - -0.998 kDa)基于结果尺寸排阻色谱法在不同pH条件(Romera-Castillo et al ., 2014),在很大程度上同意目前的发现。
各种分离技术的应用测量荧光的大小分布组件可能导致单个组件(这些提到的不同结果温斯迟et al ., 2018)。另外,不同来源的DOM可能有不同的大小分布相似的荧光组件(例如,蛋白质像组件),如落叶渗滤液和soil-derived生物聚合物(诅咒和Gueguen, 2012;Romera-Castillo et al ., 2014;徐和郭,2017)。因此,还需要进一步的研究来更好的确定的来源不一致的大小特征荧光DOM组件。
4.2尺度依赖的DOM荧光:支流vs。的守护神
比较荧光DOM签名从自然水域是有用的跟踪源和阐明其命运和行为(费尔曼et al ., 2010;Stubbins et al ., 2014)。size-resolved DOM荧光的背景下,关键观察可以获得作为DOM的大小和形状以及它的荧光化学通常被认为是影响解决方案(例如,离子强度和pH值)(Lochmueller和Saavedra 1986;速度et al ., 2012;Romera-Castillo et al ., 2014;徐et al ., 2018)。等大型北方河流的守护神,主要支流的特点是DOC浓度升高,铁,和其他微量元素相对于主,很大程度上是由于氧化还原过程、地下水和丰富的泥炭地的排水流域(诅咒et al ., 2019;雪et al ., 2022)。这项研究展示了DOM的尺度依赖的荧光显著差异小于4.130 kDa支流和主网站之间(例如,清水河vs。T1E) (图5)。因此需要研究这些来源的范围尺度依赖的DOM属性在北方系统。例如,阳离子(例如,Ca2 +)可以极大地影响DOM的分散和聚集行为在自然水域由于桥接(徐et al ., 2018)。
4.3保守的混合模式揭示了Size-Resolved DOM
急剧增加的size-resolved载荷C1-C4和C6 T1和T2之间的巨大贡献从人力资源和CL DOM (图5,6)。下降趋势T2和T4之间东建议逐渐稀释的DOM在混合过程中,就像逐渐增加西边遵循混合过河(雪et al ., 2022)。T1E之间的区别和T2E由于输入来自人力资源和CL,这样的程度改变组件的不同而变化。
DOM在混合质量的保守行为定性证明趋势的变化(例如,之前和之后的支流DOM T1E和T2E)之间的一个254年规范化PARAFAC载荷的size-resolved humic-like组件沿混合样条(图7)。这种混合模式尤为明显在所有大小humic-like组件的分数。例如,一个254年规范化的C1载荷0.810 kDa被发现增加T1E-T2E(例如,从主要支流的DOM,人力资源和CL)和减少T2E-T4E(例如,逐渐混合或稀释)。在西边,他们从T1W-T3W保持相对稳定(网站之前混合;表1在混合状态分类),从T3W-T4W急剧增加。此外,图8还显示大多数广场(在混合)和恒星之间的三角形(混合)(支流)和圆(混合前)之间的线性相关性254年规范化为每一个粒级载荷地面humic-like组件。Size-resolved DOM样本也分类根据他们的混合状态(图8)。应该提到的混合状态的分类具有重要意义,我们直接发现没有效果的混合size-resolved荧光的分布在自然界中,在浓度往往是不同的。
应该注意,保守政治混合在定量显示了选择散装DOM质量测量包括DOC浓度在我们先前的研究(雪et al ., 2022)。在这里,完全相信,进行了物料平衡计算254年规范化PARAFAC载荷大小分数以类似的方式。因此,发现计算254年归一化载荷的混合区(例如,T4E)很大程度上匹配,我们观察到的东西。例如,从0.810到4.130 kDa, C3的载荷计算是0.0026,0.0024,0.0012,和0.0004 r.u。·m(例如,混合比的T1E:人力资源:CL≈15:1:10 C3 0.810 kDa),而测量值是0.0027,0.0025,0.0013,和0.0005 r.u。分别·m。其他陆地humic-like组件的计算载荷(即。,C1, C2, C4, and C6) were also found to be closely matched to the measured results, owing to the similar trend of variations in A254年规范化PARAFAC载荷(图7)。
从分子的角度来看,DOM发生均匀的混合在大小两个水体之间,也没有优惠混合观察(图7,8)。也没有迹象显示荧光猝灭的交互或吸附到矿物表面和损失由于微生物或光化学降解aromatic-rich DOM在一个特定的大小(图7)。保守的混合在大小可能是潜在的一个重要因素一大级DOM从北方系统在全球范围内,出口不考虑损失和退化的DOM在河汇合。DOM的释放也可能被夸大了通过加强火灾(琼斯等人。,2020年),和气候变化(例如,永久冻土退化)(福凯et al ., 2020),诱导显著增加贡献世界的海洋(Mantoura和伍德沃德,1983)。
4.4影响陆地DOM在北方河流的持久性
非保守DOM被报道为主要过程的运输在温带和热带河流(沃德et al ., 2013;西蒙et al ., 2019),伴随着大气中二氧化碳的重要脱气(克伦et al ., 2002;马约加et al ., 2005;Butman雷蒙德,2011)。河流的混合是一个普遍存在的现象。如果DOM的搅拌和运输在北方区发生不同,显示在这项研究中,这些河流生态系统和需要更多的关注,尤其是考虑到他们对气候变化的敏感性增加(Nijssen et al ., 2001)。这里演示的实例保守混合在一个大北方河流,尽管这样的持久性的DOM可能是不同的生态系统。例如,在北方湖泊,建议降解主要是去除芳香和氧化的化合物,它是与我们的研究结果相反,表明DOM的复杂性行为在北方生物群落(Kellerman et al ., 2015)。这一事实也放大了呼吁更多的研究更好地理解整个生态系统(有机物降解机制Kothawala et al ., 2021)。此外,基流条件之间的混合模式,在冰盖,融雪期间预计将不同的水文和地貌差异(Elhadi et al ., 1984;诅咒et al ., 2021;雪et al ., 2022)。一般来说,大部分河流北方区成为冬天冰雪覆盖,极大地改变了混合行为(Elhadi et al ., 1984)。保守的混合模式在不同大小的DOM可能改变由于吸附特定官能团的增加与无机和有机的互动所产生的粒子在春季洪水,当气流升高。例如,人力资源完全混合所需的距离和CL∼60 - 80公里在2018年的秋天,相比> 100公里在2017年的秋天,和∼40公里在2018年的春天诅咒et al ., 2021;雪et al ., 2022)。总的来说,不同的混合行为和相应的持久性DOM大小分数是有价值的对于理解底层机制,管理这种行为。它也有助于提高我们的能力来预测DOM以各种水生环境变化的反应系统和生物群落。
5的结论
在线AF4-EEM-PARAFAC是一个有用的方法来解决的大小分数河边的DOM。它还提供了潜力巨大的跟踪源的贡献和他们的进化沿着河流连续体,特别是在关键的位置,可能会影响其属性和持久性,如大型河流汇合。Size-resolved DOM荧光显著不同的上游支流和混合之前守护神。在一个变化254年humic-like组件的标准化PARAFAC载荷相对一致的守护神,表明DOM发生均匀的混合分数大小,没有优惠的混合或损失与散装材料或特定的体积分数。aromatic-rich的持久性,陆地DOM的政治贡献对保守的混合。DOM在不同季节的对比混合和持久性和生物群落强调需要更多的研究来预测环境变化对碳排放的影响交通、封存和损失在河流系统。
数据可用性声明
最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。
作者的贡献
CC和乔丹收集样品的协助下在2018年秋季(9月25-Oct TN。03)。JX、CC和WS设计研究。JX进行正式的分析,组织数据库,并进行可视化/数据演示工作。JX、CC和WS进行解释工作,起草YW和RP的手稿。
资金
这项工作是支持的资金从加拿大自然科学和工程研究理事会(NSERC格兰特CRDPJ 510512 - 17),加拿大的油砂创新联盟(COSIA格兰特2083)和阿尔伯塔省创新。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
确认
我们感激加拿大创新基金会,阿尔伯塔省的政府,和阿尔伯塔大学的教师农业、生活和环境科学资助沼泽实验室设施。特别感谢特雷西Gartner提供行政支持。
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关键词:溶解有机物、河流混合、非对称流field-flow分馏,荧光excitation-emission矩阵,平行因子分析,北方河流
引用:王薛j],诅咒CW, Y, Javed MB, Noernberg T, Pelletier R和Shotyk W (2022) Size-Resolved荧光强调相互作用可以忽略不计的溶解有机物在保守的混合在一个大北方河流。前面。环绕。化学。3:937721。doi: 10.3389 / fenvc.2022.937721
收到:2022年5月06;接受:2022年6月22日;
发表:2022年7月22日。
编辑:
Yingxun杜、南京地理与湖泊研究所(CAS),中国版权©2022雪,诅咒,王、Javed Noernberg Pelletier和Shotyk。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
*通信:威廉•Shotykshotyk@ualberta.ca
__现在地址:《金瓶梅雪,德保罗大学et des de l 'Adour e2 UPPA, CNRS, IPREM, des科学研究所Analytiques et de Physico-chimie倒l 'Environnement les materiaux,加索尔,FranceChad w .坏话,科学与环境学院Grenfell校园,纽芬兰纪念大学的小溪,问,CanadaMuhammad Javed,哈特菲尔德顾问,Fort McMurray AB,加拿大