淹水条件下三峡库区典型消落带土壤释放DOM的光谱特征:紫外-可见吸收光谱

消落带土壤在淹水发生时释放溶解性有机质(DOM),是上覆水体DOM的重要来源.但同时对淹水释放DOM进行定量定性分析的报道并不多见.本文以三峡库区典型消落带为研究对象,通过模拟实验,利用紫外-可见吸收光谱,研究了厌氧淹水和正常淹水条件下,淹水土壤释放DOM的光谱特征.结果表明,消落带4个区域土壤淹水均呈"快速释放-下降-动态平衡"释放规律;释放速率和通量计算表明,DOM释放呈现出"源-汇动态交换"特征.对比两种淹水处理,尽管溶解性有机碳(DOC)和有色溶解性有机质(CDOM)无显著差异,但厌氧淹水DOM芳香性(SUVA280)高于正常淹水,而光谱斜率比值(SR)对不同淹水条件不敏感.同时,厌氧淹水时,DOC和CDOM的相关性也明显高于正常淹水.另外,各区域土壤淹水释放DOM存在差异,以忠县石宝寨土壤释放强度最高,尽管土壤有机质含量是影响各区域土壤淹水释放DOM差异的重要原因之一,但其他地化因素仍需考虑.因此,仅仅关注DOC浓度变化并不足以完全描述DOM的释放特征.     

三峡库区消落带土壤中溶解性有机质(DOM)吸收及荧光光谱特征

利用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术,结合荧光区域积分法,分析了三峡库区消落带土壤DOM的地化特征.结果表明,各区县消落带土壤CDOM平均浓度大小顺序为:忠县丰都涪陵万州巫山云阳奉节开县,其中,忠县、丰都和涪陵土壤CDOM浓度[a(355)]、芳香性(SUVA254)和疏水组分(SUVA260)明显高于其它区县,而其腐殖化程度(HIX)均低于其它区县.三峡库区消落带土壤DOM中含有类腐殖质荧光团A、C、M和类色氨酸荧光团T,其中紫外区类腐殖质荧光团A的荧光区域积分比例最大.另外,类色氨酸荧光团T与a(355)呈极显著相关(r=0.674,P0.01),影响CDOM浓度变化的主要因素是类蛋白荧光峰T.3D-EEM总荧光强度(TOT)可作为表征三峡库区消落带土壤CDOM荧光团浓度的指标.消落带土壤DOM腐殖化程度较低,生物可利用性较高.另外,消落带干湿交替作用对不同高程土壤DOM地化特征影响的差异较小,这可能与当地农业活动、沿岸植物生长以及DOM矿化过程有关.     

三峡库区典型农业小流域水体中溶解性有机质的光谱特征

溶解性有机质(DOM)作为重要的地球化学因子,在流域水体环境中扮演着重要的作用.本研究以三峡库区消落带典型农业小流域——重庆涪陵区王家沟为研究对象,结合该流域内不同土地利用类型,通过紫外-可见光吸收和荧光光谱,对小流域内水体DOM的光谱特征进行了表征和分析.结果表明,该农业小流域水体DOM空间差异较大,其组成和来源均存在明显不同.CDOM在DOM中所占比例[a*_g(355)]大小顺序为:稻田水沟渠水池塘水井水出口水,其中稻田水和沟渠水的SUVA_(254)较井水和出口水大,芳香性更明显.三维荧光光谱中2类4个荧光峰(A、C和B、T),DOM来源都是内部(微生物、藻类)以及外源(腐殖质)的双重贡献.除自生源微生物活动的影响外,外源生活污水和农业生产用水的影响也是导致DOM组分中类蛋白组分增多的重要原因.对比了不同种植季时相同位置水样DOM光谱特征,类蛋白组分是控制两个种植季水体DOM特征波动的重要因素.土地使用方式变化后水体DOC、CDOM和DOM当中的类蛋白/类腐殖荧光组分[r_(T/C)]比例存在明显差异,而FI、BIX和r_(A/C)差异不显著.     

两个水库型湖泊中溶解性有机质三维荧光特征差异

应用三维荧光光谱技术(3D-EEM),研究了两个典型水库型湖泊(长寿湖和大洪海)水体中溶解性有机质(DOM)的荧光光谱特征,结合沿岸生态系统差异,讨论其对两个湖泊中DOM性质及来源的影响.结果表明,沿岸生态系统的差异性(尤其是人为干扰)是导致两个水体DOM地球化学特征存在明显差异的重要原因.两湖水体中DOM均存在4个荧光峰,且长寿湖样本中类蛋白物质含量更高;而大洪海水体中腐殖化程度较高的组分(C峰)含量较高.相关性分析表明,两湖DOM样本中类蛋白和类腐殖组分来源不同,而A、C峰代表的类腐殖组分存在共源性.通过荧光参数分析显示,沿岸以森林系统为主的大洪海水体DOM陆源性更强,腐殖化程度高;而长寿湖受两岸农田、果园的输入以及人为排放影响,其水体DOM具有明显的自生源特征,新生DOM含量较高,其荧光特征也反映了该区域水体受人为干扰较大.与其他不同湖泊对比,进一步表明沿岸生态系统类型及人为土地利用是决定水体DOM来源和特性的关键因素.     

环境条件对三峡库区消落带土壤中邻苯二甲酸二丁酯向上覆水静态迁移释放的影响

为了解消落带土壤有机污染物邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的环境行为,采用静态淹水法研究了三峡库区消落带土壤向上覆水迁移释放规律以及上覆水温度、光照、含氧量等外界环境条件对其影响.结果表明,消落带土壤中DBP在淹水前期由土壤向上覆水中迁移释放,该过程分为短暂但是释放速率较快的快速释放阶段和释放时间较长但释放速率较慢的慢速释放阶段,其中慢释放是主要控速步骤,此过程可以很好地用二室一级动力模型拟合.在淹水中期释放达到最大值,继续淹水后,释放到水体中的DBP转而由水体向土壤中迁移,最终在淹水后期上覆水DBP含量达到平衡状态.随着温度的升高,DBP向上覆水释放的强度增大,同时增加了DBP快速释放的速率,降低了慢速释放速率.不同光源照射下,DBP向水体释放浓度不同,采用自然光照的处理中上覆水DBP的浓度高于采用UVB、UVA光源处理;DBP在上覆水达到最大浓度后,UVB、UVA处理中上覆水DBP含量减少比较快速,而自然光处理相对要缓慢.上覆水中的含氧量对DBP的最大释放量与达到最大释放的时间有影响,总体上来看,上覆水中含氧量越高,上覆水DBP含量越高;上覆水高氧处理和低氧气处理,上覆水中DBP最大浓度提前至淹水第8d出现,自然状态下DBP在淹水第12 d达到最大值.土壤中共存的邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯(DEHP)对DBP的释放有明显影响:在淹水第4~12 d,添加DEHP组分试验的DBP释放量要明显大于单一组分的DBP释放量,而且快、慢释放速率均要比单一DBP组分处理的大.微生物活性对消落带土壤淹水过程中邻苯二甲酸二丁酯迁移释放存在一定的影响但效果并不明显,添加微生物活性抑制剂处理后DBP的迁移量要略小于对照组.     

改良剂调控下水稻镉累积和土壤溶解性有机质光谱特征的响应

研究土壤中溶解性有机质(DOM)的化学组成和特征差异对理解改良剂对Cd的稳定机制具有重要意义.土壤改良剂被广泛应用于受污染农田以缓解重金属在农作物中的累积,但改良剂调控下土壤DOM的光谱特征却鲜见报道.采集南方典型Cd污染水稻土为研究对象,通过投加三大类改良剂(有机类、无机类和石灰类,共11种)进行水稻种植盆栽试验,研究了不同改良剂对土壤DOM的影响.利用紫外-可见光谱、三维荧光光谱和平行因子分析法(PARAFAC)对比分析了不同改良剂调控下根际土壤DOM的光谱特征.结果表明,石灰类改良剂提高土壤pH,促进土壤固相中有机质的溶解,从而显著提高了土壤DOM的质量分数.与对照相比,有机类改良剂提高了土壤DOM的相对分子量和新生自生源贡献率,无机类改良剂提高了土壤DOM的芳香性和疏水性组分,石灰类改良剂提高了土壤DOM的显色组分和腐殖化程度.通过PARAFAC分析和OpenFluor数据库验证,解析出了4个荧光组分C1(255/465)、 C2(325/400)、 C3(275/390)和C4(240/460),均为类腐殖质.两种光谱相互印证,表明土壤DOM来源以陆源输入的类腐殖质为主.相关...     

三峡库区消落带甲基汞变化特征的模拟

为探寻三峡水库消落带在干湿交替条件下甲基汞的变化规律,以库区典型消落带土壤为研究对象,采用模拟试验,研究了干湿交替条件下消落带土壤和水体甲基汞含量和动态变化趋势及其影响因素.结果表明:淹水过程会促进土壤无机汞向有机汞转化,土壤甲基汞含量在淹水和落干过程均呈现先增加后减少的趋势;随着干湿交替周期的增加,土壤甲基汞含量增加,第二次淹水后土壤甲基汞平均含量比第一次淹水增加了22.13%,第二次落干后土壤甲基汞平均含量比第一次落干增加了58.17%.第二次淹水过程土壤甲基汞占总汞的比例明显高于第一次淹水,土壤中汞的甲基化主要与干湿交替循环有关.土壤淹水后会迅速向水体释放甲基汞,水体中甲基汞含量明显增加,两次淹水过程增幅分别为119.42%和334.72%,水体甲基汞和土壤甲基汞之间无显著相关.干湿交替环境土壤甲基汞含量主要受pH值、有机质含量、Eh和土壤含水量等因素的影响;水体中甲基汞含量的影响因素则主要有水体pH值、DO、DOM、水温等.     

三峡库区消落带甲基汞变化特征的模拟

为探寻三峡水库消落带在干湿交替条件下甲基汞的变化规律,以库区典型消落带土壤为研究对象,采用模拟试验,研究了干湿交替条件下消落带土壤和水体甲基汞含量和动态变化趋势及其影响因素.结果表明:淹水过程会促进土壤无机汞向有机汞转化,土壤甲基汞含量在淹水和落干过程均呈现先增加后减少的趋势;随着干湿交替周期的增加,土壤甲基汞含量增加,第二次淹水后土壤甲基汞平均含量比第一次淹水增加了22.13%,第二次落干后土壤甲基汞平均含量比第一次落干增加了58.17%.第二次淹水过程土壤甲基汞占总汞的比例明显高于第一次淹水,土壤中汞的甲基化主要与干湿交替循环有关.土壤淹水后会迅速向水体释放甲基汞,水体中甲基汞含量明显增加,两次淹水过程增幅分别为119.42%和334.72%,水体甲基汞和土壤甲基汞之间无显著相关.干湿交替环境土壤甲基汞含量主要受pH值、有机质含量、Eh和土壤含水量等因素的影响;水体中甲基汞含量的影响因素则主要有水体pH值、DO、DOM、水温等.     

河流底泥中溶解性有机物的释放途径及影响因素研究

以沈阳市新开河底泥为研究对象,考察了河流底泥中溶解性有机物（DOM）的释放途径,并分析了时间、温度、pH值、底泥粒径、盐度和上覆水体中溶解性有机碳（DOC）浓度对河流底泥DOM释放的影响.此外,还研究了底泥释放对上覆水体中DOM的光谱学特性的影响.结果表明,对底泥DOM释放影响程度最高的是间隙水的混合作用,其次是底泥表层静态释放,而悬浮颗粒释放对底泥DOM释放的影响程度较小.底泥DOM的释放量随温度,pH值,底泥粒径,盐度的增大而增大.上覆水体DOC浓度较高时,DOM由上覆水体向底泥迁移.扰动作用能够影响底泥DOM的迁移.类富里酸荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质是底泥DOM中的主要荧光物质.河流底泥DOM向上覆水体释放的主要是激发波长分别为280~300nm和320~380nm的荧光物质.并且,扰动作用促进了荧光物质由底泥向上覆水体的释放.     

两江交汇处水体溶解性有机质的吸收和荧光光谱特征:以渠江-嘉陵江、涪江-嘉陵江为例

利用三维荧光和紫外-可见吸收光谱手段,分析了渠江、涪江和嘉陵江交汇处水体DOM特征变化.结果表明,干支流各采样点水体DOM的FI值1.4,HIX值0.8,表现出明显陆源输入特征,整个研究区域水体混合模式为非保守混合,对交汇处水体DOM地化特征变化有一定贡献,但并非主导因素.河流沿岸不同土地利用类型对交汇处水体DOM特征改变有明显影响,聚类分析发现,所有采样点可分为两大类,一类为沿岸以森林和农田生态系统为主(渠江-嘉陵江交汇处),另一类为沿岸以城市用地为主(涪江-嘉陵江交汇处),前者向干流水体中输入芳香化程度和腐殖化程度较高的DOM,后者以浓度较高而结构相对较简单的DOM输入为主.此外,涪江-嘉陵江交汇处类蛋白质荧光组分信号增强,出现荧光T峰,表明人为活动对水体质量的影响明显.     

派河水体中DOM的光谱分析及其来源解析

派河是环巢湖流域重要入湖河流,为加强该流域环境综合治理,改善水环境质量,采集派河入河口水样,通过三维荧光光谱和紫外-可见吸收光谱,结合平行因子分析模型及相关性分析,进行DOM（dissolred organic matter,溶解性有机物）光谱学特性研究,分析派河水体DOM荧光组分来源及特征.结果表明:①水体中DOM含2类4种荧光组分,其中,类蛋白物质荧光组分（类色氨酸和类酪氨酸）占总组分荧光强度的68.1%,类富里酸物质（紫外类富里酸和可见类富里酸）占总组分荧光强度的31.9%;②采样点FI（荧光指数）大于1.9,BIX（生物源指数）大于1.0,派河上游HIX（腐殖化指数）小于1.5,下游HIX范围为1.5~3,表明派河DOM具有明显的生物源特征,水体腐殖化程度较低,上覆水体浮游动植物和生物细菌分布均匀且对水体环境有明显影响;③紫外-可见光吸收系数〔a（280）和a（355）〕可很好地表征派河水体中DOM相对含量,紫外-可见吸收光谱测定结果显示,水体中含大量性质相对稳定的有机物;④紫外类富里酸和类酪氨酸的荧光强度均与a（280）、a（355）呈显著正相关,表明水体DOM中紫外类富里酸和类酪氨酸组分的产生及来源具有一致性或相伴发生.研究显示,光谱分析法可有效表征派河水体中DOM兼具陆源和生物来源的双重特性.      

三峡水库典型消落带土壤DOM组分特征及其对有效态镉释放影响

重金属镉（Cd）是三峡水库蓄水后消落带土壤中主要的重金属污染物之一.为研究三峡水库反季节调蓄条件下溶解性有机质（DOM）对有效态Cd在土壤固-液相间释放行为及其再补给过程的影响,以三峡水库香溪河消落带为研究对象,分别于2019年10月和2020年10月采集土壤样品,利用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱技术和荧光区域积分法分析土壤DOM光谱特性,同时结合梯度扩散薄膜技术（DGT）和土壤扩散通量模型（DIFS）综合探究土壤有效态Cd及其释放动力学过程.此外,测定了消落带土壤基本理化特性以及土壤中Cd含量和赋存形态.结果表明,研究区土壤DOM以富里酸为主,腐殖质特征较弱,具有陆源为主和内源较弱的混合特征,与2019年相比,2020年土壤DOM中富里酸类物质占比更高;2019年和2020年土壤ω（Cd）平均值分别为（0.474±0.301） mg·kg^-1和（0.249±0.058） mg·kg^-1,土壤中Cd的赋存形态均以非残渣态为主;DGT测定结果显示2020年土壤中有效态Cd含量较2019年呈下降趋势,进一步通过DIFS模型拟合结果表明,土壤中Cd的吸附速率大于解吸速率,土壤对有效态Cd的再补给能力较弱,表明三峡消落带土壤中有效态Cd的潜在释放风险较低,低分子量DOM和DOM中富里酸类物质是抑制土壤中有效态Cd释放的重要因素.研究结果揭示了三峡水库水文情势变化下DOM对重金属Cd环境地球化学行为的影响,为三峡库区重金属污染防治提供科学理论依据.     

典型水库型湖泊中CDOM吸收及荧光光谱变化特征:基于沿岸生态系统分析

为进一步了解水库型湖泊溶解性有机质(DOM)的地球化学特征,本文以三峡库区典型内陆水库型湖泊——长寿湖为研究对象,利用紫外-可见和三维荧光光谱,并结合湖区周边生态系统分析,讨论了长寿湖水体中CDOM的组成、来源和空间分布特征.结果表明,长寿湖不同采样点DOM浓度(DOC和CDOM)存在一定程度的空间分布差异,但各点FDOM分布较为稳定.回水区出现DOM累积,由于受陆源输入影响有限,水体内源活动主导,具有较明显"内源控制"特征,芳香性和分子量相对较低;而周边陆地以人工林兼旅游开发为主的采样点,陆源输入在带入较多腐殖化(高芳香性)组分的同时,人为活动排放也是导致其类蛋白组分丰富的重要原因;入湖区尽管周边果林和居民生活对水体DOM有一定影响,但上游河流输入的影响也不容忽视.另外,各采样点也出现了不受周边生态系统影响的独立的相关性特征,例如芳香性特征常数(SUVA280)和光谱斜率[S(275~295)]显著负相关、CDOM和FDOM极显著正相关、CDOM和S(275~295)负相关等.同时,长寿湖水体中CDOM的生色团主要由具有芳香性结构的大分子组分构成;至少51%的CDOM波动可以通过FDOM变化来进行解释,其中回水区荧光组分对CDOM变动的影响最为明显.在采用传统FI值无法区分DOM来源差异性时,结合采样点沿岸生态系统,综合紫外-可见和荧光光谱特征,有助于对DOM组成及来源进行解析.     

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.     

海拔梯度上川西高山土壤溶解性有机质(DOM)光谱特征

采用三维激发发射矩阵荧光光谱、平行因子分析（EEM-PARAFAC）和荧光区域积分方法（FRI）,研究川西高原3200~4000m高寒土壤DOM特征及其在海拔梯度上变化规律.结果表明,高寒土壤DOC含量为0.47~0.81g/kg,随着海拔梯度的升高而呈增加趋势,表层土中含量多高于亚表层土;土壤中DOM组分均呈5个组分,即芳香蛋白类物质I（酪氨酸类,Peak I）、芳香蛋白类物质II（BOD₅,Peak II）、富里酸类（Peak III）、微生物代谢产物（色氨酸类,Peak IV）和腐殖酸类（大分子腐殖酸,Peak V）;高山土壤DOM中以富里酸类有机质和腐殖酸类有机质组分为主,FRI值均随着海拔的升高而降低..川西高山土壤DOM荧光特征参数（荧光指数FI、自生源指数BIX、腐殖化指数HIX、新鲜度指数β：α）表明,土壤DOM的稳定性随着海拔升高而降低,生物有效性随着海拔升高而升高.因此,气候变暖可能将导致高海拔土壤DOM分解加剧而含量降低,但稳定性升高.     

利用紫外-可见吸收光谱估算三峡库区消落带水体、土壤和沉积物溶解性有机质(DOM)浓度

溶解性有机质(DOM)是陆地和水生生态系统的重要物质,有色溶解性有机质(CDOM)是可用光谱测定的DOM组分.基于2012年7月采集的土壤和沉积物样品以及2012年11月采集的水体样品,通过单波长、双波长、吸收光谱斜率(S值)和三波长模型建立CDOM与DOM浓度之间的关系.结果表明,4种模型中三波长模型效果最佳,水体数据模型的决定系数为0.788,土壤数据模型的决定系数为0.933,沉积物模型的决定系数为0.856.同时,利用2013年随机采集的32个土壤样品和36个水体样品对模型精度进行检验,结果表明,土壤DOM浓度的相对均方根误差(RRMSE)和平均相对误差(MRE)分别为16.5%和16.9%,水体分别为10.32%和9.06%,相比土壤DOM而言,三波长模型对水体DOM的预测精度更高.     

贵州草海湿地溶解性有机物的光谱特征及其与PFASs的相关性分析

为描述草海湿地DOM（dissolved organic matter,溶解性有机物）荧光特征,探究其对PFASs（per-and polyfluoroalkyl substances,全氟及多氟化合物）环境行为造成的影响,利用超高效液相色谱-质谱联用技术和三维荧光光谱技术,结合平行因子分析,开展DOM光谱学特性研究,分析ρ（DOM）与ρ（PFASs）的相关关系.结果表明:①草海湿地中共解析出3类4种荧光组分,分别为类腐殖酸[λ_Ex（360 nm）/λ_Em（450 nm）]、长波段腐殖质[λ_Ex（400 nm）/λ_Em（510 nm）]、类富里酸[λ_Ex（330 nm）/λ_Em（400 nm）]和类色氨酸[λ_Ex（280 nm）/λ_Em（350 nm）],贡献率分别为48.6%、23.6%、22.9%和4.9%,其中类腐殖质总贡献率高达72.2%.在农业生产和人类活动的影响下,总荧光强度大致呈现从入湖区向出湖区逐渐降低、湖心区略高的趋势.②在草海湿地表层水中共检出了12种PFASs,ρ（PFASs）为233.18 ng/L,每种平均值为19.43 ng/L,PFBA（perfluorobutanoic acid,全氟丁酸）是主要污染物;草海湿地入湖区点源影响特征明显,生活污水和农业生产用水是主要的潜在污染源.③相关性分析结果显示,各荧光组分含量均与ρ（PFBS）（potassium perfluorobutanesulfonate,全氟丁烷磺酸）负相关;类色氨酸含量与ρ（PFHpA）（perfluororoheptanoic acid,全氟庚酸）负相关,与ρ（PFTriDA）（perfluorotrideanoic acid,全氟十三酸）则显著正相关.研究显示,草海湿地水体腐殖化程度高,外源特征明显,共检出12种PFASs,初步揭示了草海湿地水环境中ρ（DOM）与ρ（PFASs）的相关关系,其受水体性质及化合物结构等差异的影响,有待进一步开展深入研究.