[发明专利]利用固相萃取‑波谱联用技术识别火干扰对土壤DOM影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及火干扰的土壤环境行为领域，尤其涉及利用固相萃取-波谱联用技术识别火干扰对土壤溶解性有机质影响的方法。

背景技术

溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)是一类结构复杂、组成相似、分子量分布较宽的有机组分混合体，是天然环境的重要动态功能组分，广泛存在于海洋、湖泊、河流、草原、森林、农田等生态系统中。通常来看，水体DOM包括内源DOM和外源DOM两部分，其中外源DOM主要通过非水体生物的腐烂分解、土壤组分的淋溶汇入、大气沉降后的二次迁移扩散等途径得以累积。水体DOM对各类环境反应过程行为都具有较高的响应灵敏度。比如，人类的饮用水源分为地表水和地下水，其中都含有一定浓度的DOM；在自来水厂对原水消毒(氯消毒、臭氧消毒等)过程中，原水中的DOM(溶解性有机氮DON、溶解性有机碳DOC等)将扮演重要角色，或充当前驱体，或充当物理媒介，或充当电子给体或受体，直接或间接导致水体消毒过程产生大量有毒、有害的次生污染物小分子碎片。这些有机小分子碎片很难从水中彻底清除，能够降低原水消毒效果，并可能产生潜在的人体健康风险。从这个角度上看，深度剖析不同时空条件下DOM的理化属性相当重要。

火干扰是生态系统的主要干扰类型之一。近些年，大规模的陆地生态系统火灾事故频发，比如中国大兴安岭(2017年)、美国俄克拉荷马(2017年)、加拿大麦克默里堡(2016年)、西班牙帕尔玛(2013年)等。据不完全统计，全球每年的森林过火面积已达5.3×10⁸～5.5×10⁸km²。这些火灾严重破坏了生态系统的原生结构和正常功能，干扰了生态系统内部的物质循环和能量流动。当土壤表层生态系统遭受火干扰后，土壤圈将变得相对脆弱，火干扰的热作用又使得土壤孔径结构更加丰富，同时大部分植被遭到破坏形成植物残体；这些植物残体和表层土壤富含DOM组分，当发生降雨或降雪融化的情况时，其组分将释放进入土壤圈，并通过地表径流、土壤下渗、地下径流等方式完成迁移转化。当其汇入水体中后，将对原水水质产生潜在威胁和影响。

目前，关于生态系统(含土壤、水体、大气等)中DOM的提取和分离纯化方法还很不成熟。虽然不同来源DOM的提取流程略有差异，但其基本操作手段非常类似。以土壤DOM为例：即将土壤样品与水混合，通过控制操作因子(土水比、提取时间等)来获得DOM溶液，之后调控溶液离心速率、滤膜孔径(0.45μm或0.25μm)等参数，来获取符合要求的、纯化后的DOM溶液。这种方法可以称之为滤膜法，相对比较传统，技术上比较成熟，但也存在不足；尤其是在使用滤膜过滤过程中，溶液中的无机离子难以被去除，同时因为操作技巧、滤膜自身性质等方面的限制而降低了DOM纯化效率和提取效率，甚至无法真实反映土壤原始DOM的真实本质。

固相萃取技术(Solid Phase Extraction,SPE)利用目标组分在不同介质中被吸附的能力差将目标组分提纯，大大增强了目标组分特别是痕量组分的检出能力，提高了目标组分回收率。目前国内主要将SPE技术用于食品抗生素残留、农产品兽药检测、药物药代动力学分析，环境污染物监测(PAHs、PCBs)等方面，鲜见将其用于火干扰前后土壤DOM的分析比对研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用固相萃取-波谱联用技术识别火干扰对土壤DOM影响的方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

第一步，将火干扰前后采集的土壤样品进行预处理，使对应土壤样品颗粒均质化；利用超纯水由颗粒均质化土壤样品中振荡提取DOM，得到对应土壤样品的DOM水样粗产品；

第二步，将DOM水样粗产品分别离心后滤膜过滤，取6～12mL滤液，用体积分数为0.05％～0.2％的HCl超纯水溶液调节pH值为1.9～2.1，得到对应土壤样品的DOM分离样A；将每个DOM分离样A分2～4次通过固相萃取(SPE)柱后，用6～12mL体积分数为0.05％～0.2％的HCl超纯水溶液淋洗固相萃取(SPE)柱，然后用6～12mL乙醇淋洗固相萃取(SPE)柱并收集淋出液，用N₂吹脱装置(25℃，高纯氮气)将淋出液体积浓缩至1～3mL，得到对应土壤样品的DOM分离样B；

第三步，将DOM分离样B分别进行元素分析(元素分析仪)、质谱和红外光谱分析，根据分析结果对比火干扰前后土壤DOM的性质差异。

所述土壤样品类型为旱成土之壤土，土壤样品的采集方式为土钻法。