地球科学进展

地球科学进展 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (4): 413 -423. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.025

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天山北坡短叶羊茅的烷烃和烯烃地球化学特征与环境响应
韦枫1,4(), 吴保祥1,3(), 谢文欣2   
  1. 1.干旱区生态安全与可持续发展重点实验室，中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃 兰州 730000
    2.甘肃省地质矿产勘查局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730020
    3.自然资源部黄河上游战略性 矿产资源重点实验室，甘肃 兰州 730000
    4.中国科学院大学，北京 100049
  • 收稿日期:2025-01-15 修回日期:2025-03-17 出版日期:2025-04-10
  • 通讯作者: 吴保祥 E-mail:1354969978@qq.com;bxwu@foxmail.com
  • 基金资助:
    第三次新疆综合科学考察项目(2021xjkk1104)

Geochemical Characteristics of Alkanes and Olefins of Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f. and Environmental Responses, Northern Tianshan Mountain

Feng WEI1,4(), Baoxiang WU1,3(), Wenxin XIE2   

  1. 1.Key Laboratory of Ecological Security and Sustainable Development in Arid Areas, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
    2.The Second Geological and Mineral Exploration Institute of Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Lanzhou 730020, China
    3.Key Laboratory of Strategic Mineral Resources in the Upper Yellow River, Ministry of Natural Resources, Lanzhou 730000, China
    4.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2025-01-15 Revised:2025-03-17 Online:2025-04-10 Published:2025-06-03
  • Contact: Baoxiang WU E-mail:1354969978@qq.com;bxwu@foxmail.com
  • About author:WEI Feng, research area includes geochemistry. E-mail: 1354969978@qq.com
  • Supported by:
    the Third Comprehensive Scientific Investigation to Xinjiang Program(2021xjkk1104)
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草本植物烃类化合物对评估高海拔寒冷干旱地区生态及环境变化具有重要意义。通过有机地球化学方法，对天山高寒旱地区草本植物短叶羊茅（Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f.）中烷烃和烯烃进行了分析。结果表明，高寒旱区短叶羊茅中烷烃分布范围为C16~C29，平均碳链长度为17.91~24.49，主峰碳主要为C16、C18和C29。烯烃分布范围为C16~C31，多数以C18或C20为主峰碳，平均碳链长度为22.19~26.23，呈双峰型分布。烷烃和烯烃同时展现出整体低碳数组分（烷烃碳数≤23；烯烃碳数<27）相对含量高，在低碳数组分中偶碳优势和在高碳数组分中奇碳优势明显的特征。通过对比湿热和干旱等环境发现，天山高寒旱区短叶羊茅具有低碳数烷烃和烯烃组分含量高、平均碳链长度值小、奇偶优势在高低碳数烷烃和烯烃组分中分化的独特地球化学特征。同时，烯烃的平均碳链长度受到水源补给条件影响，水源条件好的短叶羊茅中烯烃值较大；短叶羊茅中烷烃与烯烃的平均碳链长度具有较为密切的正相关性。研究结果可为理解高寒旱区草本植物的生态适应机制，以及评估环境变化对生态系统影响提供重要参考。

关键词: 天山, 高寒旱区, 短叶羊茅, 烷烃和烯烃, 环境响应

Hydrocarbon compounds in herbaceous plants play an important role in assessing ecological and environmental changes in cold, arid, high altitude regions. The alkanes and olefins in Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f. From high-altitude, cold and arid region of the Tianshan Mountain was analyzed using organic geochemical methods to determine their geochemical characteristics and environmental responses. The results showed that, for alkanes, the carbon numbers ranged from C16 to C29. The Average carbon Chain Length (ACLAlk) ranged from 17.91 to 24.49, with C16, C18 and C29 as the main peak carbon numbers. For olefins, the carbon number ranged from C16 to C31, the Average carbon Chain Length (ACLOle) ranged from 22.19 to 26.23 and the main peak carbon numbers were C16 and C20. Overall, alkanes and olefins in the herbaceous plants showed relatively higher contents of low carbon number components (≤23 for alkanes and <27 for olefins), with an even-to-odd predominance among lower carbon numbers and a significant odd-to-even predominance at higher carbon numbers. Comparative analysis with hot, humid, and drought-prone environments revealed that Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f. from the high-altitude, cold, and arid Tianshan Mountains exhibits unique geochemical characteristics, including higher contents of low-carbon alkanes and olefins, lower Average carbon Chain Length (ACL) values, and notable differences in the Odd-Even Predominance (OEP) index between lower- and higher-carbon hydrocarbons. The Average carbon Chain Length of the Olefin (ACLOle) in herbaceous plants with sufficient water supply was relatively long. A strong positive correlation was observed between the Average carbon Chain Lengths of alkanes (ACLAlk) and Olefins (ACLOle) in Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f. These results provide insights into the ecological adaptation mechanisms of herbaceous plants in high-altitude, cold, and arid environments and help evaluate the ecological impacts of environmental changes.

Key words: Tianshan Mountain, High altitude cold and arid area, Festuca brachyphylla Schult. &, Schult. f., Alkanes and olefins, Environment response

中图分类号: 

图1 新疆维吾尔自治区托克逊县天山北坡地区地理与研究样品特征图
（a）样品地理分布；（b）海拔垂直地理分带；（c）短叶羊茅标本
Fig. 1 Geographical and sample characteristics map of the northern slope of Tianshan Mountains， Toksun County， Xinjiang Uygur Autonomous Region
（a） Geographic location of the study area and distribution of sampling points；（b） Altitude range of the sample collected； （c） Specimen images of Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f.
图2 短叶羊茅地表生长状态（a）、样方统计（b）和样品采集（c）
Fig. 2 Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f. land surface growth state（a），square sample statistics（b），and sample collection（c）
表1 新疆维吾尔自治区托克逊县天山北坡地区短叶羊茅样品基本信息表
Table 1 Geographic data of Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f. samples from the northern slope of Tianshan Mountains， Toksun County， Xinjiang Uygur Autonomous Region
样品编号坐标海拔/m地理地貌与水源补给植株高度/cm土壤类型采样时间
经度/E纬度/N
H0187°32′26.5″43°9′17.5″2 642.5冲积扇区沟谷山坡；降水8~15砂土2023年9月
H0287°33′9″43°9′21″2 525.4冲积扇区沟谷；靠近河流8~15砂土
H0387°33′50″43°9′31″2 498.4冲积扇区沟谷；靠近河流8~15黏土
H0487°34′18″43°9′33″2 473.1冲积扇区沟谷山坡；降水>15黏土
H0687°36′50″43°12′23″2 344.9冲积扇平原；降水0~5粉土
H0787°37′0″43°12′10″2 349.3冲积扇平原；降水0~5粉土
H0887°37′29″43°11′47″2 331.4冲积扇平原低洼积水；降水0~5粉土
H0987°38′7″43°11′26″2 303.9冲积扇平原；靠近河流8~15黏土
H1087°39′7″43°11′52″2 269.1冲积扇平原；靠近河流8~15黏土
H1187°38′36″43°12′23″2 282.6冲积扇平原；干涸河道0~5黏土
H1287°37′49″43°12′59″2 313.6冲积扇平原；降水0~5粉土
H1387°30′31″43°15′0″2 541.1丘陵；靠近河流0~5粉土
H1487°35′43″43°14′54″2 378.2丘陵；降水0~5粉土
H1587°38′19.5″43°14′23.5″2 286.1冲积扇平原；降水0~5粉土
H1687°35′23″43°11′25.5″2 503.9丘陵；靠近溪流0~5黏土
H1787°31′37″43°11′3″2 589.6丘陵；降水0~5黏土
H1887°31′20″43°9′40″2 637.5丘陵；靠近溪流0~5黏土
H1987°39′3.5″43°13′19″2 255.5冲积扇平原；靠近溪流8~15砂土
H2087°40′42″43°12′45.5″2 206.3冲积扇平原；降水0~5砂土
H2187°40′20.5″43°14′46.5″2 216.1冲积扇平原；降水0~5粉土
H2287°44′10.5″43°14′42″2 082.9冲积扇平原；干涸河道0~5砂土
图3 短叶羊茅样品前处理流程图
Fig. 3 Pre-processing flow diagrams of Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f. samples
表2 天山高寒山区短叶羊茅样品烷烃地球化学数据表
Table 2 Geochemical data of n-alkanes in Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f. from high altitude cold and arid area， Tianshan Mountain
样品编号碳数范围主峰碳ACLAlkOEPAlkOEPAlk-LCOEPAlk-HCC16+C18+C20C29+C27+C25∑C16~C23∑C24~C29
H01C16~C27C16、C23和C2720.350.560.098.983.384.21
H02C16~C29C18、C23和C2924.312.86—25.470.380.85
H03C16~C29C16、C23和C2924.422.080.1015.840.420.67
H04C16~C22C1617.91—————
H06C16~C29C18、C23和C2920.99—0.09—0.841.36
H07C16~C29C16和C2921.611.79—8.971.811.99
H08C16~C29C18和C2923.880.570.09—0.670.85
H09C16~C29C18和C2922.941.350.08—1.031.32
H10C16~C29C16和C2923.911.04——0.660.73
H11C16~C29C18和C2923.051.370.09—1.171.56
H12C16~C29C16、C23和C2920.950.960.1115.802.322.80
H13C16~C29C18和C2921.020.580.10—2.473.42
H14C16~C29C16、C23和C2922.070.600.1314.391.522.10
H15C16~C29C16、C18和C2920.710.870.2112.362.663.64
H16C16~C29C16、C23和C2921.540.64—11.401.932.38
H17C16~C29C18、C23和C2920.120.570.096.275.135.39
H18C16~C29C18和C2924.490.36—17.030.570.69
H19C16~C29C16、C21和C2923.761.560.1411.400.330.92
H20C16~C29C18和C2921.821.450.21—1.932.70
H21C16~C29C18、C23和C2922.440.92—6.951.381.50
H22C16~C29C18、C23和C2923.050.72—16.990.961.38
图4 天山高寒旱区短叶羊茅叶片蜡质中正构烷烃和烯烃相对含量分布图
Fig. 4 Distribution of relative amounts of n-alkanes and olefins in cuticular waxes of Festuca brachyphyllaSchult. & Schult. f. from high altitude cold and arid area， Tianshan Mountain
表3 天山高寒旱区短叶羊茅样品烯烃地球化学数据表
Table 3 Geochemical data of olefins in Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f. from high altitude cold and arid area， Tianshan Mountain
样品编号碳数范围主峰碳ACLOleOEPOle∑C16~C26∑C27~C31烯/烷值
H01C16~C31C18和C2923.530.611.615.76
H02C16~C31C20和C3125.580.881.063.01
H03C16~C31C20和C3126.2210.000.874.86
H04C16~C31C18和C2022.190.024.819.68
H06C16~C31C20和C3124.030.491.984.46
H07C16~C31C20和C3124.560.581.506.07
H08C16~C31C20和C3125.790.870.955.72
H09C16~C31C20和C3125.810.870.947.10
H10C16~C31C20和C3125.550.771.036.08
H11C16~C31C18和C3124.710.601.497.59
H12C16~C31C18和C3123.700.521.875.40
H13C16~C31C18和C3125.360.831.098.70
H14C16~C31C18和C3124.850.781.356.08
H15C16~C31C18和C3122.440.233.614.56
H16C16~C31C18和C3125.250.841.056.91
H17C16~C31C20和C3123.170.372.546.45
H18C16~C31C20和C3125.500.841.066.64
H19C16~C31C20和C3126.231.200.815.44
H20C16~C31C20和C3123.790.422.869.70
H21C16~C31C18和C3124.960.681.227.29
H22C16~C31C20和C3125.080.681.306.73
图5 不同植物和现代沉积物中烷烃（a）和烯烃（b）碳数分布对比图
Fig. 5 Comparison on carbon number distributionsof n-alkanes（a） and olefins（b） in different herbaceous plant cuticular waxes and modern sediments
图6 天山高寒旱区草本植物短叶羊茅烷烃和烯烃平均碳链长度（ACLAlkvs. ACLOle ）相关性分析图
Fig. 6 Correlation diagram of average carbon chain length of alkanes vs. olefins （ACLAlkvs. ACLOle ） in cuticular waxes of Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f. from high altitude cold and arid area， Tianshan Mountain
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