应用多元统计研究蘑菇湖水体DOM紫外光谱特征

为了探究蘑菇湖水体中DOM（溶解性有机物）的组成和结构特征、识别来源及表征腐殖化程度,采用UV-Vis（紫外-可见吸收光谱）和紫外吸收光谱指数、多元统计分析方法对蘑菇湖水体DOM进行表征.结果表明:①蘑菇湖水体DOM腐殖化程度由滨湖区向深湖区递减,DOM主要以脂肪链和酯类等非极性官能团及相对分子质量较大的外源胡敏酸为主. ②皮尔逊相关性分析发现,A_{250 nm}/A_{365 nm}、A_{240 nm}/A_{420 nm}与A₃/A₂（600~700 nm与460~480 nm波段下的积分面积之比）之间呈显著正相关,A_{465 nm}/A_{665 nm}、S_R〔光谱斜率比,S_g（275~295 nm）/S_g（350~400 nm）〕、A₂/A₁（460~480 nm与260~280 nm波段下的积分面积之比）与A₃/A₁（600~700 nm与260~280 nm波段下的积分面积之比）之间也均呈显著正相关,而二者之间呈负相关,表明蘑菇湖水体中DOM的腐殖化水平与有机质的相对分子质量、芳香度以及苯环碳骨架的聚合程度等密切相关. ③CCA（canonical correspond analysis,典范对应分析）结果发现,蘑菇湖水体采样点与DOM的芳香度、腐殖化程度存在一定的相关性,与皮尔逊相关性分析结果相似.研究显示,UV-Vis、紫外吸收光谱指数、多元统计分析能够在一定程度上表征蘑菇湖水体DOM的分子量、芳香度以及腐殖化程度.      

二龙湖表层水体有色溶解有机物的光学特性及来源

CDOM（colored dissolved organic material,有色溶解有机物）的光学特性可反映水体中内源物质与外源物质的比例,为了解二龙湖受到上游来水所含污染物的影响,利用荧光区域一体化技术和荧光指数分析水体中CDOM的荧光特性,进而判定水体污染状况,并结合CDOM荧光组分与水质参数之间的关系,探讨了不同季节二龙湖水体中CDOM光学特性在时空分布上的差异性以及CDOM的组成与来源.结果表明:①水相中CDOM表现出明显的季节性差异.其中,光谱斜率S_g（275~295 nm）和E_{250 nm:365 nm}〔a_CDOM（250）/a_CDOM（365）〕均表现为丰水期>平水期>枯水期,SUVA_{254 nm}表现为枯水期>平水期>丰水期.②水体中的荧光组分以外源组分R3（富里酸类物质）和R5（腐殖酸类物质）为主,在枯水期、丰水期和平水期分别占总荧光强度的70.0%、60.4%和51.3%.③在丰水期、枯水期、平水期,FI_{310 nm}平均值均大于0.8,FI_{370 nm}平均值均小于1.4,表明在3个水文期,微生物活动带来的内源CDOM在二龙湖南部较为明显.④ρ（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）与CDOM的荧光组分R2（色氨酸类组分）、R4（可溶性微生物副产物组分）和R5（腐殖酸类组分）均具有较好的相关性,相关系数（R）分别为0.71、0.80、0.73,表明DOC主要源于微生物代谢的可溶性副产物及浮游植物的降解.研究显示:水体中CDOM主要组成为内源的色氨酸与微生物蛋白质类副产物以及外源的富里酸类与腐殖酸类有机物;同时,由于冰冻、降水、生活污水排放、农业废水和水生植物等因素,导致湖泊中的CDOM的组分与来源十分复杂.      

利用CDOM吸收系数估算博斯腾湖水体表层DOC浓度

基于2021年夏秋两季西部干旱区博斯腾湖表层50个采样点位实测数据,通过对DOC特征的统计学分析、内外源因素影响的时空差异以及电导率相关性验证,将博斯腾湖划分为河口和非河口区域.然后以CDOM特征波长吸收系数a₂₅₀和a₃₆₅为自变量,以DOC浓度（c_DOC）为因变量,分别构建了基于CDOM的河口和非河口水域DOC浓度估算模型.结果表明：河流与湖泊进行水体交换的同时,会将大量陆源DOC输送到博斯腾湖中,使得河口区域DOC浓度明显高于非河口区域（t-tests,P<0.01）,河口区域的DOC浓度（c_DOC）约是非河口区域的2.2~2.3倍,且在河口区域c_DOC与电导率呈现显著相关关系（夏季：R²=0.81,P<0.01;秋季：R²=0.84,P<0.01）.本文构建拟合模型（c_DOC=α+β·α₂₅₀+γ·α₃₆₅）,并通过交叉验证的方法来检验模型精度.将夏季和秋季同区域数据统一建模,河口和非河口区域CDOM与DOC均存在较好的相关关系,且模型精度较高（河口区域：R²=0.60,RMSE=8.56%;非河口区域：R²=0.66,RMSE=8.77%）.本文所建立的模型可以在不增加环境因子变量的前提下提高精度,有利于实现卫星遥感反演.同时,本研究揭示了河流输入对博斯腾湖DOC分布和估算的时空影响,提出可利用CDOM估算DOC浓度,但需根据水文特征和c_DOC等因素区分河口和非河口区域.本研究对实现新疆水资源合理开发、有效保护以及综合治理提供科学依据,对我国西部干旱区湖泊DOC遥感动态监测具有重要意义.     

闽江下游不同碳组分及其通量特征

河流连接着地表主要碳库,在全球碳循环中发挥着重要作用.河流水体中不同碳组分的水平输送、水-气界面通量及其比例对认识河流在区域碳循环的作用具有重要意义.2013年11月-2014年10月在闽江下游竹岐水文站连续进行采样,分析水样中c（DIC）（dissolved inorganic carbon,溶解性无机碳）、c（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）和c（POC）（particulate organic carbon,颗粒性有机碳）,并结合相关参数估算闽江不同碳组分的水平及垂直通量.结果表明:① c（DIC）、c（DOC）、c（POC）分别为230~892、112~209、14~183 μmol/L.②调查期间闽江总碳水平通量达46×1010 g/a,其中,DIC水平通量为29×1010 g/a,占总碳水平通量的63%;POC水平通量为6×1010 g/a,相当于DOC水平通量（11×1010 g/a）的55%.③不同组分的季节变化特征不同,c（DIC）在丰水期较低、枯水期升高,表明DIC输出受流域生态系统的供应限制;各月c（DOC）变化不大,表明流域DOC输出潜力较大;c（POC）在丰水期明显升高,枯水季较低;溶解态碳是河水碳组分的主要部分;年内各月DIC水平通量分配较均匀,有机碳水平通量集中在丰水期.④闽江竹岐水体pCO₂（二氧化碳分压）为1 500~6 400 μatm（1 atm=101 325 Pa）,是大气CO₂的"源",闽江下游水-气界面CO₂垂直通量约为DIC水平通量的2%,闽江下游河流DIC输出以水平输出为主.建议今后进一步开展闽江中典型流域和水域的碳组分调查,加强闽江碳组分输出的控制机制研究.      

河口水华区溶解有机碳行为与机制初探

浮游植物生长与固碳之间存在紧密的联系,相关机制的研究有助于更好了解海洋碳循环的过程。一般认为,水华发生时由于浮游植物大量繁殖,溶解有机碳（dissolved organic carbon,DOC,采用高温燃烧法测定）相应增加,然而,现场调查发现,长江口和珠江口夏季中高盐度（盐度10~30）水华区DOC浓度与非水华区相近,水华区总有机碳（total organic carbon,TOC）浓度较非水华区显著增加,其中,长江口水华区TOC比DOC增加60~140 μmol/L,珠江口水华区TOC较DOC高出~110 μmol/L以上,显示固碳主要以颗粒有机碳（particulate organic carbon,POC）存在。培养结果表明藻菌混合培养条件下DOC增加只占固碳~10%（即固碳的~90%为POC）,相反,无菌培养条件下DOC增量可占固碳的~80%（即固碳的~20%为POC）,两个河口水华区DOC未显著增加的机制可能是由于浮游植物产生的DOC易被细菌降解所致。     

2015年秋季长江口有机碳的分布特征及其影响因素

依据2015年11月对长江口及其邻近海域的综合调查,分析了秋季长江口颗粒有机碳（POC）和溶解有机碳（DOC）的分布特征及其与环境因子的关系。结果表明:2015年秋季长江口POC的质量浓度为0.65~8.25 mg/L,均值为1.34 mg/L,整体呈现近岸高、远岸低,表层低、底层高的分布趋势;DOC的质量浓度为0.77~2.69 mg/L,均值为1.49 mg/L,整体表现为近岸高、远岸低,表层高、底层低的变化特征。有机碳与总悬浮颗粒物（TSM）的线性回归关系表明,陆源输入对POC含量分布贡献很大;有机碳和盐度（S）的极显著相关性说明,S对有机碳的影响主要体现在海水对有机碳的稀释作用及促进POC向DOC转化两个方面;DOC与COD的显著相关性,揭示了DOC的来源与长江径流和河口沿岸工农业排污输入密切相关。     

河流湖泊碳循环研究进展

围绕河流湖泊的碳循环,明晰了不同水生生态系统中的颗粒有机碳（POC）、颗粒无机碳（PIC）、溶解有机碳（DOC）等各类碳组分的迁移转化过程,进而梳理了影响河流湖泊碳通量的关键因素,归纳了目前可用于水体碳组分测定的仪器和实验室技术.重点探讨了遥感技术在河湖碳循环组分反演和估算方面的应用,系统归纳了近年来利用遥感数据估算POC、DOC、有色溶解有机物（CDOM）以及叶绿素a（Chla）等河湖碳组分的相关研究进展,并进一步对目前国内外已经建立的内陆水域碳循环模型进行了全面的对比分析.研究发现,不同纬度与类型的河流湖泊碳通量和碳循环的影响因素不同,主要由当地水循环过程以及水-气交换过程决定.传统实验室测定是精确测量水体碳组分的技术手段,卫星遥感则可全方位监测河湖水体中CDOM、DOC、POC以及浮游植物等碳组分,实现大区域的水质和碳循环过程监测.河流湖泊碳循环模型可进一步分析碳组分的来源与特征,准确揭示生物地球化学循环过程,但现有模型的适用性和稳健性仍有待进一步提高.     

2019年长江口及其邻近海域溶解有机物的分布和季节变化特征

2019年3月和7月分别采集长江口及其邻近海域表层和底层的海水样品,测定了其中溶解有机碳（DOC）浓度和有色溶解有机物（CDOM）的吸收光谱。本文根据DOC浓度和CDOM吸收系数a₂₅₄、比紫外吸光度SUVA₂₅₄、光谱斜率S_275-295等参数对该区域溶解有机物（DOM）的分布情况和季节变化进行了研究。结果表明,DOC浓度和a₂₅₄指征的CDOM丰度总体表现出近岸高、外海低的特点;指征CDOM芳香性的SUVA₂₅₄和指征CDOM平均分子量的S_275-295分别随着离岸距离的增加逐渐降低和升高,表明CDOM的芳香性和平均分子量均逐渐降低;两个航次表层的DOC浓度、CDOM丰度、芳香性及平均分子量均显著高于底层;7月和3月相比,DOC浓度、CDOM丰度及芳香性较高,但未发现平均分子量存在显著的季节变化;DOC浓度、a₂₅₄、SUVA₂₅₄、S_275-295均与盐度呈现显著的相关关系,其中,DOC浓度、a₂₅₄、SUVA₂₅₄呈现负相关关系,而S_275-295呈现正相关关系。上述参数与盐度的相关系数（R2）表明,DOC和CDOM在3月较为保守,而在7月（尤其是在表层）不保守程度明显升高。     

贵州百花湖分层期水体有机碳及其稳定碳同位素组成分布特征与控制因素

研究湖水溶解有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)和颗粒有机碳(Particle organic carbon,POC)的空间变化特征有助于揭示湖泊有机碳的来源、迁移转化过程与控制因素。本文通过对贵州百花湖分层期水体DOC和POC浓度及其碳稳定同位素组成的对比研究,揭示了百花湖分层期水体有机碳浓度及稳定碳同位素的空间分布特征。研究结果表明,百花湖夏季分层期水体DOC和POC的浓度范围分别为1.97~3.26mg/L(平均值2.58mg/L)和0.60~2.43mg/L(平均值1.14mg/L),且呈现出"上层高、下层低"的特征。水体DOC和POC浓度主要受藻类活动控制。水体δ13 CDOC值随深度增加呈偏正趋势,这可能是由深层水体溶解有机质发生矿化作用和分解作用所致。水体δ13 CPOC值随水体深度增加呈偏负趋势,上下层水体藻类生产力差异和沉积物再悬浮作用可能是导致该现象的主要原因。受光降解作用影响,百花湖水体δ13 CDOC较δ13 CPOC偏正。     

青藏高原楚玛尔河碳素赋存形态初探

为了解青藏高原楚玛尔河碳素赋存形态,于2013年4月至2014年3月采集水样,分析溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和颗粒态有机碳(particulate organic carbon,POC)的浓度、碳稳定同位素特征值和碳氮比值、以及总溶解性碳水化合物浓度和DOC的光谱参数。结果表明,2013年4月、7月、11月和2014年2月,DOC/POC比值1,其它月份水体有机碳均以DOC为主。δ~(13)C_(DOC)的2个峰值出现在夏季和冬季,表明DOC可能来源于土壤、冰川融水和地下水。此外,DOC碳氮比值较低,表明植物凋落物可能也是DOC的重要来源。碳稳定同位素特征值随着有机碳粒径的增大而增大,表明POC是DOC的重要来源。总溶解性碳水化合物在DOC所占比例没有明显季节变化规律,可能是低温下较弱的生物以及光降解引起。此外,冬季水体较低的紫外吸光度SUVA254(specific UV absorbance)值暗示DOC生物可利用性较其它季节要高。     

青海湖流域有色可溶性有机物来源与特征分析

青海湖是我国最大的湖泊,该流域生态系统健康对维系青藏高原生态安全具有重要意义.关于我国青藏高原区内大型湖泊的有色可溶性有机物(CDOM)组成与来源研究甚少,对青海湖流域开展CDOM的来源及特征研究对该湖水质保护及填补空白区的研究具有重要意义.通过两次青海湖流域采样并结合三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAF...     

胶州湾东岸典型河口区COD浓度响应系数分布探讨

利用胶州湾海域成熟的COD平流-扩散输运模型,对胶州湾东岸典型河(海泊河、李村河和娄山河)口区COD响应系数进行了系统的计算和分析.结果为:海泊河、李村河和娄山河口区沿河道主流向,离岸方向海水COD的响应系数在潮周期内随着潮波变化而变化,不同空间点出现最大值的时间不同,变化的幅度范围也不同,李村河和海泊河口区海水COD响应系数变化幅度明显,娄山河口区变化微小;三个河口区COD响应系数随离开河口距离的增大呈幂函数形式下降,水体活跃大小次序为:海泊河口>李村河口>娄山河口;胶州湾中部海水COD对海泊河、李村河和娄山河口的响应系数基本上没有明显差异.     

夏季高原河流CDOM光学特性、组成及来源研究

对高原河流有色溶解有机物(CDOM)光学特性、组成及来源进行研究,有利于更好的了解高原河流水体生态环境,为高原河流生态系统中溶解有机物(DOM)循环过程的研究提供数据参考.利用2017年夏季无定河和湟水流域河流的实测数据对CDOM的吸收特性、荧光特性、水质参数以及它们之间关系进行分析,进而对高原干旱地区河流CDOM光学特性及其组成与来源进行研究.研究结果表明:两流域河流中CDOM吸收系数随波长的增加呈衰减趋势,但吸收光谱曲线差别较大;两流域CDOM在440 nm处的吸收系数[a(440)]与溶解有机碳(DOC)具有显著相关性(p0.01),而与叶绿素a浓度(Chla)不存在相关性.无定河a(440)与Chla浓度的相关性说明其河流现场产生(生物活动)作用较小.通过对比分析S_(275-295)、SUVA_(254)发现,无定河分子量和芳香性程度均大于湟水,且湟水与无定河CDOM的分子量变化要高于其它河流的研究.根据CDOM三维荧光光谱分析发现,类腐殖质荧光峰是两流域河流CDOM荧光的主要贡献者;通过荧光指数FI、腐殖化指数HIX、生物源指数BIX的研究发现,湟水以陆源输入为主,腐殖化程度高,无定河以陆源输入为主的同时存在一定的自生成分,人为生产活动干扰是其陆源输入的主要影响因素.通过冗余分析发现,湟水DOC、Chla、pH对类腐殖质荧光峰及荧光强度影响较大(p0.01);无定河DOC、电导率(EC)、浊度(Tur)与类腐殖质荧光峰及荧光强度显著正相关(p0.01).     

三峡库区城镇化影响下河流DOM光谱特征季节变化

三峡库区城镇化进程对河流溶解性有机质（dissolved organic matter,DOM）的组成和输运具有重要影响.本文选取三峡库区高城镇化河流桃花溪和低城镇化河流普里河,于春季（4月）和夏季（8月）采集水样,运用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术,分析DOM的季节变化和空间特征.结果表明,桃花溪和普里河的DOC浓度、S_275-295（短波段光谱斜率）、S_R（光谱斜率比）、BIX（新近自生源特征）和Fn（280）（类蛋白物质相对浓度）均为夏季>春季,CDOM浓度、CDOM/DOC、SUVA₂₅₄（芳香性结构）、SUVA₂₆₀（疏水性组分）、E3/E4（富里酸所占比例）、S_350-400（长波段光谱斜率）和HIX（腐殖化程度）均为春季>夏季.高城镇化桃花溪的DOC、CDOM浓度、S_R、Fn（280）、BIX和FI高于低城镇化普里河,CDOM/DOC、SUVA₂₅₄和SUVA₂₆₀低于普里河.两河流沿水流方向随城镇化增加,SUVA₂₅₄和SUVA₂₆₀逐渐减小,Fn（280）逐渐增大.春、夏季两河流DOM腐殖质来源均为陆源输入与内源产生两种方式混合,且均以内源居多,DOM均具有中度新近自生源特征.研究反映了城镇化对河流DOM组成和来源的影响.     

黄土高原高浑浊水体CDOM光学特性及影响因素

为确定黄土高原地区高浑浊水体有色溶解有机物(CDOM)组成来源及研究环境因素对其的影响,本文基于2018年5月陕蒙黄土高原地区河流与湖泊(咸水湖和淡水湖)的实测数据对CDOM光学吸收特性,各组分对水体吸收的贡献,光谱斜率S_(275～295)及水质参数与CDOM光学特征参数的相关性进行分析.结果表明,陕蒙黄土高原区河湖CDOM吸收光学特性差异显著(P0.01),湖泊CDOM吸收系数a_(CDOM)(440)(8.45 m~(-1))高于河流(2.70 m~(-1)),咸水湖CDOM浓度(13.52 m~(-1))高于淡水湖(3.38 m~(-1)),淡水湖对光的有效利用率高于咸水湖和浑浊河流.河流与湖泊、咸淡水湖之间酸碱度(pH)和溶解有机碳(DOC)差异均呈显著水平(P0.01);河湖水体电导率(EC)、浊度(Tur)和总悬浮物浓度(TSM)差异显著;排除极大值点,咸水湖与淡水湖叶绿素a(Chla)相接近.基于S_(275～295)分析发现,湖泊CDOM分子量小于河流,咸水湖分子量小于淡水湖;由SUVA_(254)得出,河流陆源腐殖质输入比湖泊多,淡水湖陆源腐殖质输入较咸水湖多.通过冗余分析(RDA)发现,河流与湖泊水质参数累积方差解释率分别为35.2%和61.4%,咸淡水湖均达到100%;溶解氧(DO)、水温和EC对河流CDOM光学特性影响较大(P0.01),而DOC、 TSM和Tur对湖泊CDOM光学特性影响较大(P0.01);咸水湖水体中DOC以及淡水湖水体的pH与CDOM吸收系数相关性较强(P0.05).     

胶州湾海洋微表层铜络合的容量

采用阳极溶出伏安法测定了2004年胶州湾海水微表层和次表层金属铜离子的络合容量和条件稳定常数,系统地探讨了其分布规律及其与COD、DOC、TN和TP的相关性.结果表明,胶州湾海水微表层铜络合容量有富集现象,平均值微表层为3.85×10^-7mol·L^-1,次表层为2.45×10^-7mol·L^-1,富集倍数1.56.条件稳定常数(lgK)微表层为7.21,次表层为7.21;且3月、9月微表层小于次表层,6月、12月微表层大于次表层.胶州湾铜络合容量东北部>西北部>南部>中部>湾口;且9月>6月>12月>3月.海水微表层和次表层铜络合容量与COD、DOC存在显著正相关性,而与TN、TP存在较好负相关性.     

Distribution and spectral characteristics of chromophoric dissolved organic matter in a coastal bay in northern China

The absorption spectra of chromophoric dissolved organic matter(CDOM),along with general physical,chemical and biological variables,were determined in the Bohai Bay,China,in the springs of 2011 and 2012. The absorption coefficient of CDOM at 350 nm(a350) in surface water ranged from 1.00 to 1.83 m-1(mean: 1.35 m-1) in May 2011 and from 0.78 to 1.92 m-1(mean:1.19 m-1) in April 2012. Little surface-bottom difference was observed due to strong vertical mixing. The a350 was weakly anti-correlated to salinity but positively correlated to chlorophyll a(Chl-a) concentration. A shoulder over 260–290 nm,suggestive of biogenic molecules,superimposed the overall pattern of exponentially decreasing CDOM absorption with wavelength. The wavelength distribution of the absorption spectral slope manifested a pronounced peak at ca. 300 nm characteristic of algal-derived CDOM. All a250/a365 ratios exceeded 6,corresponding to CDOM molecular weights(Mw) of less than 1 kDa. Spectroscopically,CDOM in the Bohai Bay differed substantively from that in the Haihe River,the bay's dominant source of land runoff; photobleaching of the riverine CDOM enlarged the difference.Results point to marine biological production being the principal source of CDOM in the Bohai Bay during the sampling seasons. Relatively low runoff,fast dilution,and selective photodegradation are postulated to be among the overarching elements responsible for the lack of terrigenous CDOM signature in the bay water.