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.     

基于平行因子分析的河流溶解性有机质污染识别与响应

研究Y江流域水体溶解性有机质(DOM)组分及来源对了解Y江水生生态系统至关重要.本研究采用平行因子分析法,通过拉曼及瑞利散射校正和组分提取等对三维荧光光谱矩阵进行处理,并结合常规水质参数,对水体中DOM的三维荧光光谱特征、组分比例、特征参数及荧光特性等进行相关性分析,探究Y江流域水体DOM的组分、来源及空间分布特性.结果表明,Y江干流主要河流断面的COD约有85%的采样点符合Ⅰ类地表水标准,TN约有58%的采样点超过Ⅳ类地表水标准,TP约有85%的采样点符合Ⅲ类地表水标准,NH₃-N约有77%的采样点符合Ⅱ类地表水标准.TN和TP为Y江干流的主要污染物,且在下游区域呈升高的趋势,水体存在富营养化的可能.通过PARAFAC分析得出Y江DOM的三组分荧光光谱模型,其中,C1主要由富里酸和腐殖酸类组成,占比56.4%;C2为类陆生腐殖质,占比13.4%;C3为色氨酸类蛋白质组分,占比30.2%.Y江干流地表水DOM具有轻微的腐殖化程度,同时具有明显的自生源特性.外源输入和内源释放是导致该区域地表水水质变化的重要因素.DOM的来源和组成在空间分布上具有显著差异.在上游区域...     

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.     

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.     

辽河保护区水体溶解性有机质空间分布与来源解析

以辽河保护区水体为研究对象,使用三维荧光光谱技术（EEMs）结合平行因子模型（PARAFAC）探究辽河保护区水体溶解性有机质（DOM）的组成成分、主要来源及DOM的空间分布特征.同时,结合水体理化性质指标,运用统计学分析方法研究影响DOM的主要因素.结果表明,辽河保护区表层水中DOM含有3种荧光组分,分别为陆源及海洋源类腐殖C1（λ_Ex/λ_Em=245,315 nm/415 nm）、类富里酸C2（λ_Ex/λ_Em=260,355 nm/470 nm）及类色氨酸C3（λ_Ex/λ_Em=225,280 nm/340 nm）.辽河保护区DOM以类腐殖质物质C1与C2为主要成分（占总组分荧光强度的78%）,以类蛋白质组分C3为次要组分（占总组分荧光强度的22%）.从组分及空间分布上看,DOM类腐殖质组分总荧光强度表现为上游>下游>中游,类蛋白质组分的荧光强度则表现为中游>下游>上游,与周边环境因素及人为扰动因素具有密切关系.DOM来源受内源释放和外源输入共同影响,具有自生源特征和腐殖化特征.通过相关性分析可知,C1、C2与DOC呈显著正相关关系;C3与TP呈正相关关系,与TN呈负相关关系.     

三维荧光光谱区域积分法解析辽河七星湿地水体DOM组成及来源

监测了七星湿地水体水质,采用三维荧光光谱技术结合荧光区域积分(FRI)分析法研究七星湿地水体中溶解性有机物(DOM)荧光特性,分析了DOM组成、腐殖化程度、污染来源等与其他水质指标之间的相关性。结果表明,七星湿地对于支流水体有一定的净化作用,出水CODCr满足GB 3838—2002的Ⅴ类水质标准,氨氮及总磷仍然是水体中的主要污染物;荧光指数(f450/500)平均值为1.82,表明七星湿地DOM主要是生物来源;腐殖化指数(rB,D)整体较低,表明湿地水体腐殖化程度较高,有机物污染较为严重。通过荧光区域积分法将荧光光谱图划分为五大类,其中芳香性蛋白类物质Ⅱ相对浓度最高,占DOM总量的37.51%~54.2%,其主要与生活污水排放有关;DOC浓度与芳香蛋白类物质Ⅰ、芳香蛋白类物质Ⅱ、溶解性微生物代谢产物及腐殖质类物质有较高相关性;TP浓度则与芳香蛋白类物质Ⅱ呈显著正相关,与富里酸类物质和腐殖酸类物质显著相关。三维荧光光谱区域积分法可用于水体中DOM组成及污染物来源研究。     

印染生化尾水电解过程溶解性有机物变化特性

基于荧光激发发射矩阵（EEM）,结合紫外-可见吸收光谱（UV-vis）、红外光谱（IR）和气相色谱质谱联用仪（GC-MS）,精准分析印染生化尾水电解过程溶解性有机物（DOM）结构和组成,揭示宏观水质指标COD、BOD变化的本质.三维荧光光谱PARAFAC分析显示,印染生化尾水存在酪氨酸类（C1）、色氨酸类（C2）、腐植酸类（YC3）3个荧光组分.15mA/cm²电流密度下,经过一定时间电解（如30min）,原荧光强度开始逐渐减弱,C1、C2组分最大荧光强度（Fmax）变化不大,出现最大荧光强度（F_max）降低的DC3色氨酸类组分,废水B/C比从0.27提升至0.42,即尾水可生化性得到提升.进一步分析,电解过程,印染生化尾水DOM的C=C、C=O、C-N、C-O-C结构被降解,原水中烯烃、酮类、胺类、醇类、苯类、卤代烃、酯类等有机化合物被逐步降解为小分子有机酸、烷基酯、烷烃等,这是荧光团转变、可生化性提升的本质原因.三维荧光直观反映了电解过程DOM组成结构的特征光谱,为科学评估电解技术效果和后续印染生化尾水排放溯源提供支撑.     

污水厂二级出水中THMs前体物卤代活性荧光光谱分析

通过分析城市污水处理厂二级出水中溶解性有机物(DOM)及其XAD树脂分级组分的荧光光谱,研究了DOM的结构特性以及DOM中的THMs前体物在加氯消毒过程中的反应特性与荧光强度之间的相关性.三维荧光光谱显示DOM分级组分中均存在富里酸类、腐殖酸类、芳香性蛋白质类及微生物沥出物类荧光特征峰, 且以芳香性蛋白质类和富里酸类荧光物质为主.荧光光谱区域积分法(FRI)定量分析结果表明,4类荧光物质在DOM各分级组分中的累计荧光强度(ΦT,n)分布与其在二级出水中的分布趋势较相似,总体上呈现疏水性有机酸(HPO–A) >过渡亲水性有机酸 (TPI-A)>过渡性亲水性中性物质(TPI-N)>疏水性有机中性物质(HPO-N)>亲水性物质(HPI).此外,ΦT,n与单位浓度DOC在紫外254nm处的吸光度值(SUVA)及三氯甲烷生成活性(STHMFP)有较好的相关性,但与DOC相关性较差.同步荧光光谱结果表明,在单位DOC条件下,总DOM中稠环类芳香性物质的含量高于DOM各分级组分,而DOM各分级组分中稠环类芳香性物质的含量少于腐殖酸类物质的含量.     

鄱阳湖CDOM三维荧光光谱的平行因子分析

利用三维荧光光谱（3DEEM）结合平行因子分析法（PARAFAC）,对鄱阳湖水样的荧光光谱进行研究,探讨了有色溶解有机物（CDOM）荧光组分与氮磷营养盐之间的关系.结果表明,鄱阳湖水体CDOM由2类3个荧光组分组成,即类腐殖荧光组分C1（245/391nm）和C2（255,340/453nm）,及类酪氨酸组分C3（275/304nm）.在CDOM组成中,微生物作用类腐殖质C1占40.8%,陆源类腐殖质C2占30.8%,类酪氨酸物质占28.4%.类腐殖质和类酪氨酸在两个极端水文条件下表现出截然不同规律,即类腐殖质在枯水期荧光强度和贡献都为最低,在丰水期贡献率最大,而类酪氨酸在丰水期,荧光强度和贡献为最低,在枯水期贡献率最大.CDOM各荧光组分强度分布因水文条件不同具有差异性.各荧光组分在同一水文条件下,荧光强度变化趋势相似.荧光光谱参数结果表明,鄱阳湖水中CDOM呈现外源和内源的特征,其中枯水期以外源输入为主.各荧光组分都与水体中总氮（TN）和溶解性总氮（DTN）呈现显著正相关,类酪氨酸组分与总磷（TP）呈现显著正相关.     

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.     

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.     

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.      

太湖颗粒态有机质的荧光特征及环境指示意义

作为水体中有机质分解与营养盐再生的核心载体之一,颗粒态有机质(POM)是一个潜在的可以被生物利用的重要营养源,势必对水华的暴发产生重要的影响.本研究采集了太湖8个典型区域32个样品,利用三维荧光技术(EEMs)并结合平行因子分析法(PARAFAC)解析夏季太湖水体POM的荧光特征、来源及环境指示意义,并对POM与DOM荧光特征的差异性及草、藻型湖区POM的差异性进行了分析.结果表明,太湖POM共有5种荧光组分,分别是类色氨酸(C1和C2)、类腐殖质(C3和C4)及类酪氨酸(C5);其中,C1与C2、C3与C4两两具有极显著相关关系,C5与C3、C4也具有极好的相关性;通过与已有文献中的DOM荧光特征进行比对发现,夏季太湖POM与DOM在组分构成、来源及其与水质参数的相关性上均存在差异性.夏季太湖POM既有外源输入,也有内源输入,但其荧光指数(FI、HIX、BIX)取值范围为1.78~2.35、0.3~2.7、0.8~1.1,表明内源特性相对强烈.类腐殖质荧光与TN、TP、Chla、COD、POC、SS均呈显著相关性,表明荧光分析法可以作为营养盐半定量分析的一个重要手段.藻型湖区POM类蛋白物质主要由类色氨酸和类酪氨酸构成,而草型湖区以类酪氨酸为主,没有或者有极少的类色氨酸荧光组分;值得注意的是,与藻型湖区相比,草型湖区含有较多的类酪氨酸荧光组分(t检验,P0.01).藻型湖区POM类蛋白和类腐殖质荧光之间具有显著相关性,而草型湖区两者相关性不显著;藻型湖区POM类蛋白和类腐殖质荧光均与Chla呈显著相关性,而草型湖区仅类腐殖质荧光与Chla具有显著相关关系.     

三维荧光光谱解析城市污水有机物的去除特征

利用荧光区域积分结合物料平衡计算及多元直接梯度分析,考察强化除磷-硫自养系统对低COD/TN比市政污水中有机物、氮和磷污染物的去除特性.结果表明,在进水COD/TN比为4.5～6.0的条件下,强化除磷-硫自养系统出水中的TN、NH₄⁺-N和TP浓度分别降至1.31、1.11和0.23mg/L,其去除率分别达到了96.3%、96.0%和86.9%.强化除磷-硫自养系统对荧光区域Ⅰ～Ⅴ标准积分体积的去除率分别为73.7%、64.3%、50.6%、61.3%和28.1%.物料平衡计算表明,非曝气区对荧光区域Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ的物质有明显的去除效果;好氧区对荧光区域Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的物质有明显的去除效果.多元直接梯度分析表明,磷的释放过程可能与溶解性微生物代谢产物荧光区中的有机物相关,而自养的硝化反应、吸磷过程和有机物的去除可在好氧区达到统一.     

达里诺尔湖水体DOM荧光特征及其来源解析

达里诺尔湖（简称“达里湖”）是内蒙古自治区高原地区重要的生态屏障,探究达里湖水质状况及污染来源,对加强流域水环境治理、改善水环境质量具有十分重要的意义.于2018年9月及2019年6月对湖水进行采样,并通过三维荧光光谱结合PARAFAC（平行因子分析）模型,探究达里湖水体DOM（溶解性有机质）来源及其与水质的关系.结果表明:①达里湖水体中pH较高,ρ（DOC）（DOC为溶解性有机碳）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）相对较高,均超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水质标准限值.②水体中DOM含4种荧光组分.夏季水体DOM主要分布于河流入湖口附近,其中,类腐殖质荧光组分（紫外区类富里酸和可见区类富里酸）占总组分的62.93%,类蛋白类荧光组分（类色氨酸和类酪氨酸）占总组分的36.07%;秋季水体DOM主要分布于东南侧,其中,类腐殖质荧光组分占总组分的40.52%,类蛋白类荧光组分占总组分的59.48%.③达里湖采样点荧光参数表明,达里湖DOM自生源特征较强,腐殖化程度较低.类腐殖质荧光组分与ρ（DOC）、ρ（Chla）均呈正相关,类色氨酸荧光组分与pH呈正相关,类络氨酸与ρ（DTN）、ρ（NH4+-N）、ρ（DTP）均呈正相关.研究显示,达里湖DOM具有陆源与生物源双重特性,DOM的形成与微生物、细菌、浮游生物的生命活动密切相关.      

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...