利用控制燃烧和化学计量学识别澳大利亚硬木、软木和草类的独特生物质燃烧标记指纹

《Atmospheric Environment》：Identifying Unique Biomass Burning Marker Fingerprints for Australian Hardwoods, Softwoods, and Grasses Using Controlled Combustion and Chemometrics

　　

研究人员指出，气溶胶生物质燃烧标记（aerosol biomass-burning markers, BB markers）提供了对火灾强度、范围和燃料类型的洞察，但其完整的判别潜力仍未得到充分利用。尽管硬木、软木和草类之间已确定的成分差异，但化学计量学技术如偏最小二乘判别分析（partial least-squares discriminant analysis, PLS-DA）尚未被系统地应用于气溶胶生物质燃烧标记数据集以区分生物质类型。在这项研究中，研究人员证明，PLS-DA能够可靠地根据从塔斯马尼亚和澳大利亚常见植被控制燃烧中获得的气溶胶生物质燃烧标记比例对生物质类型进行分类，在15个物种中实现了91.7%的准确率。研究人员使用亲水相互作用液相色谱-串联质谱（hydrophilic interaction liquid chromatography-tandem mass spectrometry, HILIC-MS/MS）定量了八种标记物，即左旋葡聚糖（levoglucosan, LEV）、甘露聚糖（mannosan, MAN）、1,6-脱水-β-D-呋喃葡萄糖（1,6-anhydro-β-D-glucofuranose, AGF）、香草酸（vanillic acid, VA）、丁香酸（syringic acid, SYA）、对羟基苯甲酸（p-hydroxybenzoic acid, pHBA）、原儿茶酸（protocatechuic acid, PROT）和对香豆酸（p-coumaric acid, pCOUM）。这些结果表明，与传统生物质燃烧标记比率（在不同生物质类型间常出现重叠范围）相比，化学计量学指纹提供了更高的分辨能力。尽管该初始数据库仅限于澳大利亚植被，但它为扩展到更多物种提供了框架。这种方法为使用生物质燃烧分子标记进行气溶胶源解析提供了一种新的化学计量学工具。它也为将生物质燃烧分子指纹应用于环境档案（如沉积物和冰芯）奠定了基础。

生物质燃烧是影响全球植被、气候和人类生活的关键过程，通过生物质燃烧标记物（如左旋葡聚糖及其异构体、木质素衍生物）可追溯火灾信息。然而，传统标记比率（如LEV/MAN、VA/SYA）在硬木、软木和草类间存在显著重叠，且澳大利亚物种在文献中代表性不足，限制了分类准确性。为此，研究人员在《Atmospheric Environment》发表研究，旨在通过多变量方法提升生物质类型判别能力。

研究人员选用15种常见澳大利亚植物（包括硬木、软木和草类，样本采集自塔斯马尼亚大学校园及周边地点，如Lake Pedder、Bruny Island等），在控制燃烧条件下生成PM₁₀气溶胶，使用HILIC-MS/MS定量8种生物质燃烧标记物（LEV、MAN、AGF、VA、SYA、pHBA、PROT、pCOUM），并应用PLS-DA进行多变量分类。主要技术方法包括：控制燃烧实验（收集PM₁₀气溶胶于酸洗纤维素滤膜）、HILIC-MS/MS分析（采用两台串联Penta-HILIC色谱柱和负离子模式SRM检测）、PLS-DA建模（通过留一物种交叉验证评估模型性能，并采用行归一化处理消除浓度差异）。

研究结果分为以下三个部分：

**3.3.1. 重复滤膜和重复燃烧事件之间的变异性**：通过对比平行滤膜样品，发现大多数分析物组成一致，但儿茶酚变异较大。Bray-Curtis相异度分析表明，重复滤膜间相似性高（0.01–0.15