DOC 的螢光激發－發射矩陣光譜(EEMs)與分子量的關係

有機物，特別是溶解性有機碳中的腐植物質：黃腐酸(fulvic acid，FA)及腐植酸 (humic acid，HA)的結構及成分。若 A、C 峰愈明顯，則顯示該 DOC 較偏向外源 性(allochthonous)、植物性(plant-derived)之來源，可能富含分子量較大、聚合程 度較高、較疏水性之腐植物質。此外，一般認為HA 的 DOC 聚合程度較高、較 疏水性、分子量較大，其EEMs 圖譜之螢光發射峰的 Ex/Em 波長都較 FA 來得更 高(較偏 EEMs 圖譜的右上方)。而與之相對的，若 B、T 峰愈明顯，則顯示該 DOC

較偏向內源性(autochthonous)、微生物性(microbial-derived)之來源，可能富含分

也較易持續分解出tyrosine、tryptophan 等含苯環、較小分子之有機物，且後者之 量可能多於前者(圖 3-25)。對照組(雨水及去離子水)的淋洗液中也有些微之 B、T 峰，可能為外界環境中的細菌、真菌或藻類等微生物，在淋洗液中生長而貢獻的 小分子苯環胺基酸等有機物。

當凋落物設置較久，其淋洗液之DOC 皆無 B、T 峰，而偏向單一之 C 峰，

且杜鵑和蘚淋洗液之C 峰的 Ex/Em 位置都往較長波長處移動，接近 FA 與 HA 之 發色團位置的交界(圖 3-26~3-28)。此呼應了前人的研究：Ex/Em 位置之紅位移(峰 值位置往較長波長之 Ex/Em 處移動)，表示 DOC 之分子量變大、較偏疏水性等 性質(Sierra et al., 2005)。對照本研究之分子量分析，也證實對杜鵑、蘚之淋洗所 產生的DOC 從分子量較小、較親水性，隨著設置時間愈久而逐漸淋出分子量較

鴦湖的湖周森林所做的扁柏枯落物分解實驗顯示：扁柏凋落物在分解初期所產生 的DOC 較能被微生物分解而較快被礦化(mineralized)；凋落愈久所淋出的 DOC，

其生物可利用性(bioavailability)愈低(Rees et al., 2006)。

4.2.2 表土之 HS 萃取液

本研究從表土中萃出之黃腐酸(FA)，其 EEMs 圖譜與鴛鴦湖湖心表水相似，

有明顯的 A、C 峰；從表土中萃出之腐植酸(HA)，其 EEMs 圖譜只有 C 峰及更 長波長Ex/Em 位置之峰，顯示湖心表水 DOC 的性質較接近分子量較小、較親水

性的腐植物質──黃腐酸。此外，本研究測量鴛鴦湖湖水的 DOC，其分子量

(1100~1300 Da)介於本研究從土中萃出的腐植物質(700~2000 Da)之間。對照先前 的研究：鴛鴦湖集水區深厚的有機質層下方為不易滲水的黏土礦物層(Chen and Chiu, 2000)，因此本研究推論在此集水區的水流路徑大部分經過表土有機質層而 逕流入湖中，而此正可呼應土壤有機質層中含量豐富、較接近湖水分子量的黃腐 酸，可能為湖水DOC 的重要來源。

4.2.3 湖水

無論各入水口之表水是否有較明顯之B、T 峰訊號，在湖心、出水口所採之 水樣皆含有明顯的A、C 峰。對照 Coble (1996)的研究顯示，深層富養份的海水 及富含陸源性有機質的河水，其EEMs 圖之 A、C 峰明顯、含有較多的苯環結構，

故本研究所採的鴛鴦湖湖水之DOC 主要應為外源性、陸源之有機物所貢獻；其 可能含有較多的苯環結構，也符合本研究所測得湖水之高SUVA254值。而在此二 水樣點幾乎看不到有明顯之B、T 峰值，可能表示內源性的 DOC 很少；或即使 有，在湖水中可能很快就被分解利用。在2009 年 12 月、2010 年 1、3、5 月，

湖心表水的EEMs 圖譜皆出現較明顯之 B、T 峰訊號，對照雨量資料都是在雨量 較少的時期(如圖 3-38)。此可能表示在雨量較少時，外源性之 DOC 變少，而內 源之 DOC，如分子量較小之苯環胺基酸含量可能相對變得較多。再比較鴛鴦湖

與翠峰湖的湖心表水，前者DOC 的分子量明顯大於後者(ANOVA, p < 0.001)，在 各別組內則無顯著差異。此顯示在2010/6~9 期間，兩湖各自之 DOC 分子量大小 變動不大，而翠峰湖之DOC 分子量較小，且其 EEMs 圖有較明顯之 B、T 峰，

顯示可能其內源性、微生物來源之DOC 比例較高。此可由對照實際的情況來解 釋：翠峰湖雖然湖周之優勢植被與鴛鴦湖同為檜木林，但前者沒有出水口，湖水 無法置換、更新，且其無機營養鹽濃度、湖水之初級生產力也都較鴛鴦湖高。在 微生物如藻類等之量較豐的情況下，確實翠峰湖DOC 之分子量較小且 EEMs 之 B、T 峰較明顯。

此外，鴛鴦湖之水樣點皆未出現比C 峰更偏長波長 Ex/Em 位置之 Em 發射 峰值(即 Sierra et al. (2005)所標記的類 HA 之螢光發色團)：其 DOC 具有分子聚合 程度較高、較偏疏水性、高度苯環化等性質。湖水之DOC 皆無此類螢光發色團，

可能與湖水的流動、置換速度較快有關；雖其DOC 大部分為陸相、植物性之來 源，但表層水樣的DOC 在短時間之內未見其聚合成分子量較大、較疏水性的 HA 分子，而大部分仍以較低分子量、較親水性的FA 存在。另有研究指出，可能分 子量較大之DOC 較易聚合而沉積於水層底部(Schulten and Leineweber, 2000)，據 此，底層湖水及湖中沉積物之DOC 性質值得進一步探討。

4.2.4 培養之藻液

各種藻的0 D 組及 4 D 組之藻液在第 0 天培養時，A、C 峰位置之螢光強度 即明顯高於原培養液，且峰值都隨培養天數而增加，顯示養藻之過程中，藻類本 身也會產生很多類似HS (主要為 FA-like peak)之 DOC (圖 3-39~3-42)。但若原培 養液未含DOC，在其中培養之藻液則仍以 T 峰增加最多，顯示藻液本身仍以內 源性之DOC 為主。雖然在 A、C 峰上無法區分湖水之 DOC 與藻本身或其分泌 之DOC，但可看出 4 D 組及 10 D 組之 A、C 峰之螢光強度，在培養 3 天中的增 加速度及第3 天之值都明顯高於 0 D 組，表示藻類可能會利用鴛鴦湖中的 DOC，

或鴛鴦湖中的DOC 能促使藻類生長，進而使其產生更多類似 HS 之 DOC。三種

實驗藻種之控制組皆明顯有類微生物來源之T 峰，且其螢光強度都明顯高於 4 D 及10 D 組。故雖然藻液皆含 A、C、T 峰，但在初始含 DOC 之培養液之 4 D 及 10 D 組，其螢光發射之最高峰主要落在 A 或 C 峰的位置；而在初始不含 DOC 之培養液之控制組，其最高峰會落在T 峰的位置，據此可作為區別之依據。只 有在雨量少時其內源性、微生物性來源之B、T 峰才較明顯。三種藻皆在培養中 出現T 峰，但只有 O. limnetica 的 0 D、4 D 及 10 D 組在培養三天後分子量明顯 變小。對照各藻之0 D、4 D 及 10 D 組(表 3-3)，其 T 峰之發射螢光值在培養的 第0 與第 3 天所增加之倍率以 O. limnetica 最多，C. vulgaris 次之，T. wisconsinensis 最少。此可能因為 O. limnetica 之分子量變小最明顯，故其 T 峰之增加幅度也最 明顯。

4.2.5 萃取液與原水

經稀釋後的表土HA 萃取液，其螢光發射峰值高於稀釋前的樣本(圖 3-31 vs.

32)，推論可能為溶液中的其他溶質吸收激發光或發射出的螢光，產生內濾效應 (inner-filter effect)，造成測得的螢光強度偏低(Senesi, 1990)，且溶液中過高的離 子濃度還可能使 EEMs 峰值往較長波長位置之 Ex/Em 方向偏移(Gueguen et al., 2005)。在實驗操作上，為了使原水樣能快速測量，因此僅能對過高濃度的水樣 進行稀釋，以減低內濾效應對光譜所造成的影響；但對於過高的離子濃度，除非 利用分子篩去除過多鹽分，否則難以排除高離子強度對光譜特徵的影響(劉，

2007)。

本研究所採集之淋洗液、土壤以及湖心表水以IHSS 建議之標準萃取方法來 萃取腐植物質(HS)，結果證實與先前的研究相同：DOC 大部分為腐植物質。在 本研究中，淋洗液中約有75%的 DOC 為腐植物質。而本研究分離 HS 中的黃腐 酸(FA)及腐植酸(HA)，由 HPLC 之分析顯示：杜鵑、扁柏、鴛鴦湖湖水的 FA 之 分子量皆大於HA；對照 IHSS 所提供的腐植物質標準品資料：同一 DOC 所萃得 的 FA，其分子量皆小於 HA。推測本實驗可能因絕大部分的淋洗液及湖水所萃

得的HA 皆很少，故可能參雜 FA，甚至即為少量的 FA。在過去許多的研究中顯 示：HA 的分子量稍大於 FA，但兩者的分布範圍有所重疊(Steinberg, 2003)。故 若其中一方的含量很低，則的確可能會被另一方的測值蓋過。而在本研究所萃得 含較濃、明顯呈現淡褐色HA 萃取液的蘚及土壤，其 HA 之分子量測值大於 FA，

顯示在HA 含量較多的蘚及土壤萃取液才較能看出其 HA 與 FA 不同的性質(如分 子量較大、EEMs 峰偏右上方等)。