黄河上游洪泛区土壤中溶解性与颗粒性有机质在雨水径流中的动态淋溶机制及环境效应

　　针对洪泛区土壤有机质在雨水径流中的迁移转化机制不明问题，兰州大学团队通过模拟降雨实验，揭示了溶解性有机质（DOM）与颗粒性有机质（POM）的差异化淋溶规律：DOM以色氨酸类物质（45–55%）为主快速释放，POM则受粒径调控发生动态转化。研究结合FTIR、3D-EEM等技术，首次阐明有机质功能基团释放序列（醇类>脂肪族>羧酸>酯/酮>芳香族），为流域非点源污染防控提供理论支撑。

　　

在全球气候变化加剧极端降雨的背景下，城市洪泛区土壤成为河流污染的重要来源。随着中国城市化进程加速，不透水地表面积激增导致雨水径流污染问题日益突出，北京、上海等城市径流污染负荷占比高达50%。洪泛区作为河流生态系统的关键组成部分，其土壤中蕴藏着大量有机质，这些物质在降雨冲刷下会通过复杂物理化学过程进入水体。然而，现有研究多聚焦重金属或营养盐的迁移规律，对天然有机质（尤其是DOM与POM的交互转化机制）的系统研究仍属空白。黄河上游地区因土壤结构疏松更易受非点源污染影响，厘清该区域有机质淋溶动态对保障流域水质安全具有迫切意义。

兰州大学研究人员在《Journal of Contaminant Hydrology》发表论文，通过构建60 cm×40 cm×15.5 cm的模拟降雨装置，采集黄河兰州段中山桥附近洪泛区土壤样本，结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）、三维荧光光谱（3D-EEM）和激光粒度分析等技术，首次系统揭示了DOM与POM在径流过程中的差异化释放规律。研究团队采用二维相关光谱（2D-COS）解析功能基团释放序列，并运用结构方程模型（SEM）量化环境因子与有机质的相互作用路径。

实验材料与设置
研究选取人类活动频繁的黄河兰州段洪泛区土壤，通过复合采样法确保样本代表性。模拟降雨装置设置7 cm土壤层与1 cm溢流高度，实时监测pH、电导率（EC）及氮磷等指标变化。

径流水质随降雨时间的变化
数据显示，径流初期（0–20分钟）DOM与POM释放量达峰值，其中DOM中色氨酸类物质占比超50%，而腐殖质呈现延迟释放特征。POM的释放呈现明显粒径选择性：初期以<50 μm颗粒为主，25分钟后>100 μm颗粒占比提升64%。FTIR分析表明，POM功能基团释放遵循醇类→脂肪族→羧酸→酯/酮→芳香族的顺序，多糖和脂肪族化合物优先淋溶。

DOM与POM的转化机制
研究发现POM会向DOM动态转化，大颗粒POM（>200 μm）通过水解作用逐渐转化为溶解态，这种转化使得径流后期DOC浓度回升12.3%。SEM模型证实，粒径分布是调控POM释放的关键路径（标准化系数=0.78），而EC下降与DOM释放呈显著负相关（P<0.01）。

该研究创新性地揭示了洪泛区有机质"快速释放-动态平衡-形态转化"的三阶段淋溶模式。蛋白质类物质和小粒径POM的优先释放特性，为早期径流污染拦截提供了精准靶点。发现的POM→DOM转化现象，解释了传统水质模型中溶解态碳源被低估的原因。研究成果不仅为黄河上游生态修复提供科学依据，更推动了流域非点源污染模型的参数优化。随着全球极端降雨事件频发，这项关于有机质时空分异规律的研究，对构建气候韧性城市水文管理系统具有重要指导价值。