不同生态混凝土坡岸中溶解性有机质与镉的相互作用机理研究

为研究生态混凝土坡岸中DOM(dissolved organic matter,溶解性有机质)与重金属离子的相互作用,通过FQT(fluorescence quenching titration,荧光淬灭滴定)试验配合3D-EEMs(three-dimensional fluorescence spectroscopy,三维荧光光谱)、PARAFAC(parallel factor,平行因子分析)和2D-COS(two-dimensional correlation spectroscopy,二维相关光谱)探究了AEC(applied eco-concrete,应用型生态混凝土)和IEC(improved eco-concrete,改良型生态混凝土)坡岸中DOM与Cd2+的相互作用机理.结果表明:①3D-EEMs结果显示,AEC_ow(AEC坡岸出水)类蛋白组分荧光强度降低,水体腐殖化程度升高,而IEC_ow(IEC坡岸出水) DOM各组分荧光强度均降低;Cd2+能与DOM中所有组分发生络合,且随c(Cd2+)增加,各组分的荧光强度最终趋于稳定.②PARAFAC将所有样品中DOM分离出类蛋白、类富里酸和类腐殖质3个独立组分,其中类富里酸组分随c(Cd2+)增加表现稳定的荧光淬灭效果.③通过Ryan and Weber模型计算Cd2+与DOM中各组分的络合常数(lg K)发现,所有样品中Cd2+与DOM中类富里酸组分的lg K值均大于类蛋白组分.进一步发现,不同坡岸出水lg K值大小依次为RW(原水) > AEC_ow > IEC_ow;④2D-COS分析得出,DOM中类蛋白组分对Cd2+的敏感度最大.RW中Cd2+与DOM位点的络合顺序为340 nm→273 nm→282 nm,AEC_ow中络合顺序为410 nm→330 nm.研究显示:Cd2+率先与DOM中类富里酸、腐殖质类物质络合,且络合能力强,类蛋白物质最容易受Cd2+的干扰;AEC_ow增加了下游水生态系统中Cd2+的迁移风险和生物有效性,相反IEC_ow则降低了Cd2+的迁移风险,两种坡岸均能降低DOM组分与Cd2+的络合能力,其中IEC坡岸最优.      

污水厂深度处理过程中有机物三维荧光光谱的平行因子分析研究

基于三维荧光光谱考察了污水厂深度处理过程中溶解性有机物(DOM)的荧光组分特征,结合平行因子分析(PARAFAC)解析出3个荧光组分,包括2个腐殖质类物质(C1、C3)和1个色氨酸类蛋白物质(C2).臭氧工艺对组分C1、C2、C3去除率分别为69.1%、71.5%和66.5%,表明臭氧对DOM有较好去除效果.三维荧光光谱结合PARAFAC分析能够较好反映水中DOM的去除情况,有利于污水处理效果的定性分析、定量评价,易于实时在线监测.     

鄱阳湖沉积物溶解性有机质光谱特征

目前针对鄱阳湖流域沉积物溶解性有机质(DOM)光谱特征的研究仍较少,因此基于紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术,并结合平行因子分析法(PARAFAC),对鄱阳湖沉积物中DOM的物质组成和来源特征进行了解析.结果表明,鄱阳湖沉积物DOM的腐殖化程度较高,是陆源输入和藻类、浮游生物等内源产生的混合型,且以陆源输入为主.与碟形湖区相比,通江水域沉积物DOM的有色溶解性有机质浓度更高、 DOM粒径更大且芳香性及腐殖化程度更高.通过PARAFAC共解析出3个类腐殖质组分(C1、 C2、 C4)和1个类蛋白组分(C3).与碟形湖相比,腐殖质组分均表现为通江水域更高,其中C1组分在两区域的占比均为所有组分中最高,前者为42%,后者为46%.空间分布上,4个组分荧光强度总体上呈现东高西低的趋势,高值主要分布在都昌和南矶湿地水域附近,分析主要与丰水期水位上涨、大量植物被淹死亡和人类活动有关.主成分分析结果表明,湖区不同沉积物DOM荧光组分差异较小,但以碟形湖区沉积物DOM腐殖化程度略高.     

城镇流域水体-沉积物中溶解性有机质的荧光特性及影响因素:以宁波市小浃江为例

我国快速城镇化过程对流域水体和沉积物的溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)含量和成分产生了重要影响,探究水体-沉积物中DOM的分布特性及影响因素具有重要意义.本研究选取长三角典型城镇地区宁波市北仑区小浃江流域为研究对象,利用三维荧光光谱技术,结合PARAFAC(平行因子分析)模型及相关性分析,对小浃江流域水体及沉积物DOM光谱特性进行研究,分析DOM荧光组分特征及来源.结果表明:①小浃江水体-沉积物DOM主要包括4种组分:C1、C2、C3和C4,其中C1为陆源类腐殖质,分子量较大; C2为陆源类腐殖质,由生物降解产生,分子量较小; C3为类蛋白物质,包括类色氨酸,对微环境的变化敏感; C4为陆源类腐殖质.②小浃江水体DOM受新生内源和陆源输入共同影响,腐殖化程度较弱,腐殖质含量较低.沉积物以陆源或土壤源输入为主,内源贡献较小,DOM具有一定的腐殖化特征,腐殖质的浓度水平高于水体中腐殖质含量.③冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,水体DOM各组分相关性较高的环境因子主要为农田、城镇;而沉积物DOM各组分相关性较高的环境因子为城镇、农田、湿地.其中,城镇对沉积物中类腐殖质C4和类腐殖质的浓度参数Fn(355)影响最大.     

雄安新区-白洋淀冬季冰封期水体溶解性有机物的空间分布、光谱特征及来源解析

运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC)以及紫外-可见光谱技术(UV-vis),对雄安新区-白洋淀冬季冰封期不同特征区域水体溶解性有机物(DOM)的空间分布、光谱特征以及来源进行解析.结果表明,冬季冰封期白洋淀水体DOM吸收系数无特征峰,不同特征区域的差异显著;表层水体DOM与底层水体DOM的吸收系数差异不明显;冰封期白洋淀水体的E3/E4均大于3. 5,说明DOM以低腐殖质成分为主,E2/E3为6. 35±0. 72,表明DOM中小分子量的居多,而且SR为1. 33±0. 14均大于1,显示DOM主要为生物源;三维荧光通过PARAFAC解析出3种组分,分别为类酪氨酸(C1)、类色氨酸(C2)和陆源腐殖质(C3);对3个组分进行相关性分析,结果显示C1与C2之间具有显著的相关性(P 0. 001);白洋淀各个特征区域间的DOM总荧光强度和各荧光组分荧光强度呈现显著的差异(P 0. 01); DOM的总荧光强度以及各组分的荧光强度均呈现出唐河入淀口高、烧车淀低的特征,C1+C2是DOM的主要成分;冰封期白洋淀水体的DOM生物源指数(BIX)为1. 23±0. 18,荧光指数FI为2. 30±0. 16 ( 1. 8),表明白洋淀DOM来源于生物活动并且以自生源为主,与腐殖程度指标(HIX)的结果相吻合; PCA结合Adonis分析显示,白洋淀不同区域水体DOM的光谱特征差异明显(P 0. 05),表层与底层的DOM光谱特征相近(P 0. 05);并且组分C1、C2、C3与DOM特征参数(HIX、BIX、Fn280、Fn355)以及水质参数(总氮、高锰酸盐指数、溶解性总磷)构建的多元线性回归方程显著相关性(P 0. 001).综上,通过对冬季冰封期白洋淀各个典型淀区水体DOM光谱特征进行研究,可以为分析白洋淀水体有机物污染特征和白洋淀的水质管理提供技术支持.     

基于UV-vis及EEMs解析周村水库夏秋季降雨不同相对分子质量DOM的光谱特征及来源

运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC)以及紫外-可见光谱技术,对周村水库夏秋季降雨不同相对分子质量雨水的溶解性有机物(DOM)光谱特征和来源进行分析.结果表明,夏秋季降雨不同相对分子质量DOM的紫外-可见吸收光谱并无明显特征峰,吸收系数的变异系数在75%~469%之间,表明其性质在不同季节和相对分子质量上存在差异;a254和E3/E4变化说明DOM的相对浓度和富里酸所占DOM的比例随着季节由夏入秋而增加;三维荧光通过PARAFAC解析出4种组分,分别为类腐殖质(C1、C2)、可见区富里酸(C3)和类蛋白(C4);对4个组分进行相关性分析,结果显示C1与C2、C3以及C4具有显著的相关性(P0.01),C2与C3具有显著的相关性(P0.01);夏秋季降雨DOM总荧光强度以及各组分荧光强度差异明显(P0.05),类腐殖质(C1+C2)是其主要成分、富里酸的荧光强度和所占比例随着季节由夏入秋而增加、类蛋白随着季节由夏入秋而减少;夏秋季降雨有机物来源都呈现以自生源为主的特征,夏季降雨具有自生源特征更强、类蛋白物质含量和占比更多的特点;PCA分析显示夏秋季降雨中不同相对分子质量雨水荧光特征差异明显,并且组分C1、C2和C3与DOM特征参数[HIX、Fn(355)、Fn(280)、E3/E4、a254]以及水质参数(硝氮、氨氮、总氮以及有机碳)显著相关性(P0.01).通过对夏秋季不同降雨相对分子质量的DOM光谱特征研究,可以进一步分析水库大气沉降型外源输入的有机物污染特征,并为水库水质管理提供技术支持.     

微生物降解影响下湖泊草源DOM与重金属的相互作用

通过微生物降解实验以及荧光滴定法研究草源溶解性有机质（DOM）光谱特性的不同以及铜（Cu）与草源DOM在微生物降解影响下的相互作用.三维荧光光谱结合PARAFAC分析显示,草源DOM含有3个荧光组分,新鲜的草源DOM以类蛋白质组分C2为主,微生物降解之后类腐殖质组分C1和C3成为草源DOM中的主要物质.二维相关光谱（2D-COS）,表明类蛋白物质在微生物降解过程中比类腐殖物质有着更高的敏感度和更快降解速率.并且随着Cu的增加,草源DOM中所有组分的荧光强度在微生物降解前后均发生明显猝灭.草源DOM原始样品中类腐殖质组分的络合常数大于类蛋白质组分,说明相比于类蛋白质组分,原始草源DOM中的类腐殖质组分有着更高的金属结合能力.而类蛋白质组分的络合常数在微生物降解之后的草源DOM中却高于类腐殖质组分.微生物降解对草源DOM的光谱特性以及金属结合能力有着显著影响,并对湖泊中重金属的生物有效性以及生态风险有着重要的意义.     

微生物降解影响下湖泊草源DOM与重金属的相互作用

通过微生物降解实验以及荧光滴定法研究草源溶解性有机质（DOM）光谱特性的不同以及铜（Cu）与草源DOM在微生物降解影响下的相互作用.三维荧光光谱结合PARAFAC分析显示,草源DOM含有3个荧光组分,新鲜的草源DOM以类蛋白质组分C2为主,微生物降解之后类腐殖质组分C1和C3成为草源DOM中的主要物质.二维相关光谱（2D-COS）,表明类蛋白物质在微生物降解过程中比类腐殖物质有着更高的敏感度和更快降解速率.并且随着Cu的增加,草源DOM中所有组分的荧光强度在微生物降解前后均发生明显猝灭.草源DOM原始样品中类腐殖质组分的络合常数大于类蛋白质组分,说明相比于类蛋白质组分,原始草源DOM中的类腐殖质组分有着更高的金属结合能力.而类蛋白质组分的络合常数在微生物降解之后的草源DOM中却高于类腐殖质组分.微生物降解对草源DOM的光谱特性以及金属结合能力有着显著影响,并对湖泊中重金属的生物有效性以及生态风险有着重要的意义.     

黑龙江流域典型断面水体DOM荧光特性分析

为研究黑龙江流域水环境腐殖质的组成、时空分布特征及来源特征,通过野外调查、静态浸泡试验和动态淋溶试验,利用三维荧光激发-发射矩阵结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）及荧光定量指标,分析水体DOM（dissolved organic matter,溶解性有机物）的荧光特性和来源特征.结果表明:①ρ（COD_Mn）在平水期和丰水期出现了畸高现象,平水期和丰水期水体DOM的相对含量高于冰封期.水体DOM识别出4种荧光组分[长波段类腐殖酸（C1）、短波段类腐殖酸（C2）、类富里酸（C3）和类色氨酸（C4）],其中类腐殖质总贡献率在50%以上,属于类腐殖质主导型.平水期、丰水期和冰封期水体DOM的FI（荧光指数）值分别为1.48~1.61、1.51~1.63和1.52~1.79,BIX（生物源指数）值分别为0.56~0.75、0.55~0.73和0.61~0.92,HIX（腐殖化指数）值分别为5.84~13.42、5.70~15.78和2.84~12.05,表明水体DOM是陆源和自生源贡献相结合,具有自生源特征和强腐殖质特征.②通过静态浸泡试验模拟土壤溶解,识别出5种荧光组分,除C1~C4外,还识别出类酪氨酸（C5）;通过动态淋溶试验模拟降雨过程,识别出4种荧光组分（C1~C4）.土壤DOM的荧光特性与水体DOM相似,表明水体DOM与土壤DOM具有相似的来源.③3个水期各荧光组分的荧光强度均与ρ（DOC）呈线性相关.其中,C1、C2和C3的荧光强度与ρ（DOC）均呈显著线性相关,平水期、丰水期、冰封期C1的相关系数分别为0.776 2、0.852 4和0.956 8,C2的相关系数分别为0.478 3、0.265 9和0.878 4,C3的相关系数分别为0.658 2、0.802 5和0.954 5;但C4的相关系数差别较大,分别为-0.064 4、0.021 9和0.847 4,说明类腐殖质荧光组分是DOC的主要来源.研究显示,黑龙江流域水体DOM以类腐殖质为主,水体DOM具有强腐殖质特征,源头水的背景值较高.      

水沙调控对黄河小浪底水库溶解性有机质的影响研究

为探究水沙调控对库区水体溶解性有机质（DOM）的影响,以小浪底水库为研究对象,采用紫外-可见光谱技术及三维荧光光谱-平行因子法（EEMs-PARAFAC）,分析了水沙调控前、中、后DOM的光谱参数、荧光强度及组分的差异,探讨了水体DOM的变化规律、来源及水沙调控对库区水质的影响.结果表明,水沙调控期间库区水体水温、电导率、溶解性总磷含量显著升高,调控期后逐步下降,水沙调控在一定程度上降低了水体中的氮磷比,有利于浮游植物对水体中营养盐的吸收.紫外-可见光谱特征参数显示,调控期a355浓度和E253/E203升高,E2/E3和E3/E4降低,表明水沙调控增加了库区水体DOM的浓度、相对分子质量、腐殖化程度、苯环结构取代基上极性官能团含量;小浪底库区水体DOM共解析出4种荧光组分,分别为类腐殖质组分（C1和C2）、类蛋白组分（C3和C4）,以类腐殖质为主（占总荧光强度的64.12%）.调控期间C1和C2荧光强度显著升高,表明水沙调控大幅增加了水库DOM类腐殖质组分含量.相关性分析表明,C1组分和C2组分对DOM腐殖化程度有显著影响,且两组分具有同源性;C3组分对DOM自生源的贡献有显著影响,...     

PARAFAC和FRI解析ISI中DOM分布

利用平行因子分析（PARAFAC）和荧光区域积分（FRI）的方法解析三维荧光光谱（3D-EEMs）,结合主成分分析、相关性分析、聚类分析和多元线性回归分析,研究了曝气预处理改良土壤渗滤系统（ISI）处理生活污水时溶解性有机物（DOM）的垂直分布特征.根据FRI分析,ISI中DOM可以分为5个荧光区域,包括3个类蛋白物质区域（I、Ⅱ、IV）和2个类腐殖质物质区域（Ⅲ、V）.沿着垂直方向向下,ISI中DOM有溶出的现象,导致总荧光区域积分体积（TOT）与TN、TP、NH₄⁺-N、COD、TOC等都呈现显著负相关的关系,而与EC呈现显著正相关关系,其中荧光区域V与NO₃^--N浓度呈显著正相关的关系,氮素去除与DOM组成之间关系密切.通过进一步做PARAFAC分析表明,可以从DOM中识别出四种荧光组分,分别为C1类富里酸类物质和C2、C3、C4类蛋白类物质.荧光组分浓度得分值F_max表明,ISI对物质降解由易到难依次为C2 > C4 > C1、C3,即类酪氨酸最易降解,其次为类色氨酸类物质和类富里酸类物质.根据多元线性回归分析,可以用F_max间接表征TN、TP和COD等水质指标的浓度.     

河北省夏季降雨溶解性有机物光谱特征的空间分布、来源解析及氮素响应

溶解性有机物（DOM）是大气环境有机物的重要组成部分,为了探究大气环境中DOM的演变特征,结合紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱对河北省夏季降雨雨水DOM的组分和光谱特征进行解析和研究.结果表明,该时期雨水DOM的分子量存在显著差异,北部地区要显著低于中部和南部地区（P<0.05）;平行因子法解析出2种类腐殖质组分（C1和C4）,1种类蛋白组分（C2）和1种富里酸组分（C3）,组分C2与组分C3和C4呈现显著正相关（P<0.001）,可能具有相似的来源;平行因子法中类蛋白组分（C2）占主体、其均值达到40.59%,与此同时各组分的荧光强度和相对丰度空间差异不显著（P>0.05）、城乡间差异显著（P<0.05）;荧光区域积分得到的各组分呈现出空间差异不显著（P>0.05）,城乡差异显著的特征（P<0.05）;荧光区域积分得到的DOM类蛋白物质占主体（61.59%~89.01%）,与平行因子法的结果相一致.与此同时,冗余分析（RDA）显示雨水中总氮、硝氮和氨氮是影响雨水DOM组成分布的主要水质参数;三维荧光光谱指数分布呈现出显著的城乡差异,高FI和BIX值以及低HIX显示夏季雨水呈现强自生源、低腐殖化的特征,并且乡村相比于城市自生源特征更强;基于雨水DOM组分的回归分析显示,城市地区的雨水水质参数预测精确度更高.综上可知,河北地区夏季雨水DOM空间差异不显著、城乡差异显著,整体呈现出较强自生源特征,还可以在一定程度上基于雨水DOM组分为雨水氮素预测提供技术支撑.     

溶解性有机质强化棉花修复镉污染土壤

为探究溶解性有机质(DOM)对棉花修复镉(Cd)污染土壤的影响,通过盆栽试验研究棉花秸秆溶解性有机质(CM)和农家肥溶解性有机质(FM)在3种外源Cd(mg·kg-1)添加含量为0(C0)、5(C5)和10(C10)下对土壤有效态Cd含量、棉花生物量、光合作用参数和Cd积累的影响.结果表明,CM和FM施入能提高土壤有效...     

三维荧光与平行因子研究黑臭河流DOM

利用三维荧光光谱（EEMs）与平行因子（PARAFAC）模型相结合,分析了沈阳市5条典型黑臭水体溶解性有机物（DOM）的荧光组分特征,并结合常规水质指标,利用主成分分析法（PCA）对影响黑臭水体DOM的主要因素及其贡献量进行了研究.结果表明,沈阳市典型黑臭水体DOM主要由类蛋白荧光组分C1（235,360）,类富里酸荧光组分C2（220,430）和类腐殖酸荧光组分C3（255,520）组成.C2类富里酸物质与COD_Cr、氨氮、S^2-、TP有很强的正相关性,与DO和透明度成负相关,来自于陆源;C1类色氨酸和C3类腐殖酸表现出明显的正相关,具有同源性,来自于微生物內源.陆源有机质组分对黑臭水体DOM的贡献率高达61.2%,微生物内源组分对黑臭水体DOM的贡献率为25.5%.5个黑臭水体在水质上存在差异,支流Ⅰ和支流Ⅱ为重度黑臭,支流Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ为轻度黑臭.     

南漪湖上覆水溶解性有机质的光谱特征

为考察南漪湖上覆水中溶解性有机质(DOM)的光谱特征与来源,采用紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)与三维荧光光谱(EEMs)为工具,并结合平行因子分析(PARAFAC)、荧光区域积分分析(FRI)、相关性分析、主成分分析与聚类分析对DOM进行定性与定量分析.结果显示,UV-Vis参数a(440)、E₂/E₃、E₃/E₄、S_R表明DOM具有腐殖化特征与自生源特征,且E₂/E₃、E₃/E₄与a(440)呈显著正相关关系(P<0.01,P<0.05),S_R与a(440)无显著相关关系(P>0.05),说明腐殖酸浓度越高则DOM相对分子量越大,但无法依据腐殖酸浓度大小判断DOM来源.根据a(440)计算获得溶解性有机碳(DOC)平均浓度为26.79mg/L,且该湖泊出口附近DOC浓度为10.15mg/L.荧光指数(β:α、FI、BIX、HIX、Fn (280)、Fn (355))显示该湖泊DOM具有腐殖化程度较低及强自生源特征,类蛋白组分(Fn (280))相对浓度的空间分布上由西向东逐渐增大,而腐殖酸类组分(Fn (355))相对浓度峰值出现在入湖口与出湖口.通过PARAFAC解析出3种组分,分别为类富里酸(C1)、类色氨酸(C2)和类腐殖酸(C3),且C1、C2、C3含量分别占总组分强度21.96%、13.36%、84.21%.FRI法分析显示类蛋白物质所占比例之和(区域I+II)为49.65%,该结果说明水体已受到了人为因素影响.通过相关性分析结果显示,C1、C3与β:α、BIX呈显著负相关系(P<0.001),C2与β:α、BIX、Fn (355)呈正相关系(P<0.001).通过主成分分析与聚类分析,南漪湖上覆水中DOM在16个位点间呈现不同特征,但整体上水体中DOM来源受内源输入影响较为显著,应加强该湖泊内源释放污染物控制与管理.     

崇明东滩湿地土壤溶解性有机质的光谱特征分析

为了解滨海湿地土壤中溶解性有机质（DOM）的组成、分布及来源特征,采用紫外可见光谱和三维荧光光谱技术,并结合平行因子模型（PARAFAC）对崇明东滩湿地表层土壤DOM进行研究。结果表明:东滩表层土壤DOM吸收系数a（355）的均值为（13.72±9.47）m-1,呈由高潮滩向低潮滩递减的趋势;光谱斜率S_275-295的均值为（15.22±2.07）μm-1,反映出湿地南部土壤DOM的分子量较高,受大分子有机质影响较大。PARAFAC解析出的DOM含有2类3个荧光组分,即F_C1类蛋白质、F_C2陆源类腐殖质和F_C3自生源类腐殖质,各组分对总荧光强度的贡献率分别为40.70%、23.04%和36.26%。空间分布上,3组分荧光强度的高值集中于北部互花米草（Spartina alterniflora）和芦苇（Phragmites australis）湿地,且自北向南逐渐递减。荧光指数（FI）、生物源指数（BIX）和腐殖化指数（HIX）显示东滩湿地表层土壤DOM的自生源特征显著。另外,DOM荧光组分之间呈显著正相关,且各组分与碳氮元素的迁移转化密切相关,DOM生色团和荧光团存在共源性。     

松花湖沉积物溶解性有机质荧光光谱特性

溶解性有机质(DOM)对于湖泊的主要污染指标(如COD等)有着较大的影响,而沉积物亦是湖泊污染的主要来源,因此沉积物DOM荧光光谱特性的研究对进一步揭示湖泊污染本质有重要意义.采集了松花湖20个点位的沉积物,利用激发发射矩阵光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术对沉积物中的DOM组分进行了解析,从光谱学角度明...