近日，中国海洋大学海洋化学教育部重点实验室于志刚教授课题组与德国不莱梅大学Kai-Uwe Hinrichs教授、美国佛罗里达大学Thomas S. Bianchi教授、中国科学院广州地球化学研究所于志强研究员等团队合作，在环境领域TOP期刊《Science of the Total Environment》（中科院一区，2022年影响因子9.8）发表了题为“Size-fractionated distribution of glycerol dialkyl glycerol tetraether core lipids in surface sediments of a large-river delta-front estuary”的研究成果，揭示了大河河口沉积物中四醚膜脂分布的粒径效应及对其指标应用的影响。
甘油二烷基甘油四醚膜脂（Glycerol dialkyl glycerol tetraether, GDGT）是微生物细胞膜脂的重要组成部分，广泛分布于陆地和海洋环境中。基于分子结构差异，GDGTs分为两类，一类是类异戊二烯GDGTs（isoGDGTs），主要来自海洋古菌；另一类是支链GDGTs（brGDGTs），主要来自土壤细菌。基于brGDGTs与isoGDGTs相对组成构建的BIT指标，常用于指示河口及近海环境中河流输送的土壤有机碳的相对贡献。然而，很多研究发现从河口到远岸，代表土壤来源的brGDGTs和BIT迅速降低，这与通常认为的土壤有机碳富集在小粒级颗粒物且能被输运到远岸相矛盾。在河口系统中，颗粒物粒径是如何影响GDGTs分布和BIT指标应用的，目前了解还很少。
Figure 1. Distributions of parameters in bulk sediments and size fractions from the Changjiang Estuary, the Hangzhou Bay and the off-estuary
围绕这一问题，该研究在长江口-东海内陆架采集了表层沉积物，利用湿筛分级的手段，将沉积物分为< 20 μm， 20-32 μm，32-63 μm，63-125 μm和>125 μm共5个粒级，分析了不同粒级中GDGTs、有机碳及其稳定同位素和木质素等参数，研究了GDGTs的粒级和空间分布规律以及颗粒物粒径对GDGTs指标（BIT）的影响（Figure 1）。结果表明，isoGDGTs含量在最小粒级中最高，且离岸较高；而brGDGTs在最小粒级和大粒级（<32 μm）均较高，在近岸和远岸没有显著差异。
Figure 2. Scatter plots of (a) contents of brGDGT IIa versus brGDGT Ia (ng/g dry sed.), (b) content of brGDGT IIIa versus brGDGT Ia (ng/g dry sed.), (c) BIT versus brGDGT IIIa/brGDGT IIa, and (d) brGDGT IIIa+IIa+IIa versus crenarchaeol in all grain-size fractions and bulk sediments from the Changjiang Estuary and adjacent shelf in this study. Scatter plots of BIT versus brGDGT IIIa/brGDGT IIa of the Changjiang river basin soils and river sediments are also shown in (c) (Yang et al., 2014; Li et al., 2015; Xiao et al., 2016).
Figure 3. Comparison of brGDGT compositions in global soils, shelf and estuarine sediments. a) Scatter plots of the average number of cyclopentane moieties for tetramethylated brGDGTs versus those for pentamethylated brGDGTs. b) Ternary diagram showing the fractional abundances of tetra-(Ia-c), penta- (IIa-c), and hexamethylated (IIIa-c) brGDGTs.
不同站位各粒级之间brGDGTs具有显著相关性，表明brGDGTs具有相同的来源。同时，在各粒级中，不同甲基brGDGTs的相对含量和环化指标（如#ringstetra brGDGT和#ringspenta brGDGT）和brGDGTIIIa/IIa比值等均指示brGDGTs主要来自于陆源，原位生产的贡献很小（Figures 2 and 3）。由于isoGDGTs和brGDGTs在不同粒级上的选择性富集，使得BIT指标随粒径的增大而增大。在空间分布上，赋存了GDGTs信号的不同粒级在河口发生水动力分选，较粗粒级优先沉积，使得BIT从河口（~0.52）到内陆架（~0.16）迅速降低，这与粗颗粒中赋存的木质素等陆源维管植物生物标志物的行为是一致的（Figure 1）。
Figure 4. OC contributions of soil, terrestrial vascular plant and marine end member based on the Monte-Carlo simulation in different size fractions and bulk sediments from the Changjiang Estuary and adjacent shelf.
Figure 5. Scatter plots of OCBIT versus a) OCplant, b) OCsoil, c) contributions of terrestrial OC (1 - OCmarine), and (d) contributions of marine OC (OCmar) among size fractions and bulk sediments in the Changjiang Estuary and adjacent shelf. The solid lines are the regression lines, and the dotted lines are the 1:1 lines.
此外，通过对比基于BIT的二端元模型与基于δ13C和木质素含量（Λ8）的三端元模型的结果（Figure 4），发现BIT所代表的有机碳组分与陆源有机碳贡献之间具有更好的关系，推断BIT可能指示一个比土壤有机碳更广泛的陆源有机碳库（Figure 5）。
该研究系首次将分级手段应用于大河河口沉积物GDGTs的研究，证实了粒径效应对GDGTs分布及其指标应用具有显著的影响，对更好地认识GDGTs及其指标在海洋环境研究中的应用有重要意义。
生态环境部华南环境科学研究所王金鹏博士是第一作者，中国海洋大学姚鹏教授为通讯作者。研究受到国家自然科学基金（42076034; 42006041）等资助。
文章信息
Jinpeng Wang，Bin Zhao, Peng Yao*, Thomas S. Bianchi, Julius Lipp,Marcus Elvert, Zhiqiang Yu, Zhigang Yu, Kai-Uwe Hinrichs. Size-fractionated distribution of glycerol dialkyl glycerol tetraether core lipids in surface sediments of a large-river delta-front estuary. Science of the Total Environment, 2024, 169626. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.169626.
