UV-C辐照对河水溶解有机质降解及微生物可利用性的影响

从黄浦江及其上游支流采集表层水样,进行了微生物培养、UV-C辐照和微生物再培养等处理过程,测定水样ρ(DOC)(DOC为溶解有机碳)、紫外可见吸收光谱和荧光光谱,探讨河水DOM(溶解有机质)的光化学降解和微生物可利用性特征. 结果表明:不同处理过程对DOM不同组分去除的贡献率不同,黄浦江河水经微生物培养后,ρ(DOC)和CDOM(有色溶解有机质)含量〔以a₃₃₅(335nm处的吸收系数)计〕分别下降了5%~27%和5%左右,而FDOM(荧光溶解性有机质)含量(以最大荧光强度表示)稍有增加;继续经UV-C辐照24h后,ρ(DOC)和CDOM含量分别下降了7%~36%和79%~96%,而FDOM含量下降了95%以上,说明水体中大部分CDOM和FDOM可通过UV-C辐照去除,并且去除率显著高于微生物降解. UV-C辐照不仅可以降解DOM,而且可以改变DOM的微生物可利用性,其中一部分SLDOM(半活性溶解有机质)经UV-C辐照后能够再次被微生物利用,其中4%~28%的DOC和5%~14%的CDOM可再次被微生物降解.      

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。     

秋季南海珠江口和北部湾溶解有机物的光降解

利用三维荧光光谱分析手段,结合吸收光谱测定,分析了2007年10月中国珠江口及北部湾水体中4个典型有色溶解有机物(CDOM)样在太阳光辐照下的光降解特性.结果表明,珠江口及广西沿海CDOM样受陆源输入影响较大,而北部湾中部的HX样具有典型海洋CDOM特征,80m水深的HN样则受到北部湾环流的主要影响.这些CDOM样品中均观测到类腐殖质荧光峰A、C、M以及类色氨酸荧光峰R、T,它们的荧光峰强度及吸收系数a(280)在秋季短期日光辐照下发生了较明显的光化学降解,受陆源输入影响较大的珠江口及广西沿海样品的光降解程度高于北部湾的远岸样品,反映出它们含有更多的发色团.光降解未引起CDOM荧光峰位置的显著变化,类腐殖质荧光峰M和A、类蛋白质荧光峰R和T的强度变化趋势一致,表明这两对峰具有相似的性质.A峰区存在的双峰现象表明其为多个荧光组分的叠加.CDOM吸收光谱的光谱斜率S(270～350)随光辐射而逐渐增加,可用于指示光降解引起的CDOM分子量的减小趋势.研究表明,光降解在南海生源要素的生物地球化学循环中起重要作用.     

珠江口虎门淡水端溶解有机碳变化的机制——基于三端元混合模型的结果

采用高温燃烧法测定了夏季珠江口的溶解有机碳（dissolved organic carbon，DOC）浓度，结果表明，DOC浓度在夏季珠江口虎门上游不同来源的淡水水体间存在较大差异，广州段水体DOC浓度高达479 μmol/L，在广州-虎门约70 km干流中DOC浓度呈快速降低趋势。东江三条支流在广州-虎门汇入干流中，东江各支流平均DOC浓度约为227 μmol/L，东江DOC浓度相对较低水体的汇入稀释了干流中的DOC，再加上DOC的去除效应，至虎门时干流中DOC浓度只有139 μmol/L，即干流中DOC下降的浓度为340 μmol/L。建立三端元混合模型定量讨论去除效应和稀释效应各自的贡献，结果表明去除效应和稀释效应的贡献分别为228 μmol/L（占比约67%）和112 μmol/L（占比约33%），DOC浓度在珠江广州-虎门快速下降主要由去除效应造成，但东江对干流的稀释效应也不可忽略。     

水生生物光合作用对雪玉洞岩溶水体中CDOM的影响

溶解有机质(DOM)作为岩溶水体碳汇的重要组成部分,其来源、分布和迁移变化对研究岩溶碳汇的组成、结构和通量具有重要意义,其组成和结构特征常用有色溶解有机质(CDOM)反演.本研究于旱季每月采集重庆雪玉洞洞内地下水和洞外地表水,通过地下河从洞内向洞外的流动过程中水化学和CDOM光谱特性的变化,分析CDOM的变化影响因素,为研究岩溶水体DOM碳汇通量提供理论基础.结果表明:(1)雪玉洞岩溶水中CDOM以小分子易降解的内源有机质为主,类色氨酸和类酪氨酸组分占60%以上;(2)雪玉洞地下水中的CDOM主要受地下水微生物的降解作用影响,地下水流动过程中有少量易降解有机质被微生物降解,TOC和DOC含量略有降低,CDOM腐殖化程度略有增强;(3)雪玉洞地表水CDOM主要受水池中水生植物光合作用控制,水生植物生长处TOC和DOC含量明显升高,CDOM内源特征和小分子组分明显增多.     

天然日光辐照下河口区CDOM的光化学降解

2005年5月初和5月末,对经0.2μm滤膜过滤的九龙江口低盐度水样进行了2次每天6h、为期1周的天然日光辐照实验,研究有色溶解有机物(CDOM)的荧光与吸收性质的光化学降解特征.结果表明, CDOM的类腐殖质荧光(λEx/λEm = 350/450nm)、类色氨酸荧光(λEx/λEm = 225/350nm)以及吸收系数在初夏短期日光辐照下均发生明显的光化学降解,其降解过程符合一级动力学方程,相应计算出类腐殖质和类色氨酸荧光以及吸收系数a(280)的半衰期分别为3.5～5.1 d、3.0～4.5 d及6.3 d.吸收损失光谱研究表明,对CDOM光降解起主要作用的是太阳辐射的紫外波段.照射42h后,类腐殖质荧光的损失(70%)远高于吸收系数a(280)的损失(约40%),表明CDOM荧光团比发色团更易被光漂白,但两者之间仍保持良好的正相关性.与对照组相比, CDOM经日光辐照后其A250/A350比值增大,表明光化学降解可使其平均分子粒径变小.结果表明, CDOM在入海后可通过光降解作用在近海海域发生转化及清除,光降解是陆源 CDOM 入海后的一个重要归宿.     

青岛近岸绿潮区溶解有机质微生物可利用性

以青岛近岸绿潮区水体中DOM （溶解有机质）为研究对象,通过室内降解实验计算了水体中DOC （溶解有机碳）的降解效率并分析了水中CDOM （有色溶解有机质）的荧光组分及其变化特征.结果显示,绿潮区不同站点和暴发前后水体中的DOC均发生了不同程度降解,降解过程符合一级降解动力学方程,其中约8.93%~45.10%的DOC可被微生物利用,在时空上受浒苔绿潮影响程度大的水体中DOC降解率最高.应用三维荧光光谱和平行因子相结合的技术,分析确定了绿潮水体中的CDOM包含3种类腐殖质组分（C1、C2、C3）和1种类蛋白质组分（C4）,且所有样品中类蛋白质组分含量均显著高于单一类腐殖质组分,表明浒苔绿潮释放的CDOM主要成分是类蛋白质.降解实验中,类蛋白质组分的变化与DOC含量降解趋势相同,而类腐殖质组分逐渐增加.同时,CDOM各荧光参数与微生物可利用性DOC百分比含量（BDOC%）相关性分析的结果和支持向量机的权重分析结果均显示：相对于BDOC%,C4组分为正相关,C1组分负相关,表明BDOC与CDOM组分间的关联度极高,可推测类蛋白质与BDOC均易被微生物降解利用,而类腐殖质与RDOC （惰性溶解有机碳）关系更为密切.该研究揭示了浒苔绿潮生消期间水体中DOM含量的变化及其与不同荧光组分的对应关系,可为解释浒苔绿潮造成的次生生态灾害的原因提供理论基础,并且可利用CDOM组分含量和DOC含量快速推测出BDOC的含量,为海洋现场调查提供便利.     

长江口CDOM的光谱吸收特征以及DOC物源示踪意义

通过测定2009年冬季长江口芦潮港至嵊泗海域表层水中有色可溶性有机物(CDOM)的光谱吸收和溶解有机碳(DOC)的浓度,分析CDOM的吸收系数α(355)和光谱斜率s值的空间分布特征,并探讨其来源及其与DOC的关系。结果表明:CDOM光学属性随盐度逐渐降低,18.96～28.00的盐度范围内,α(355)为0.268 9～1.183 1 m-1,均值为0.824 9 m-1,低于丰水期,与国内外研究相比偏低,表明长江口CDOM受控于陆源径流输入,CDOM浓度可能和长江流域植被覆盖率和以及径流量有关。光谱斜率s值的范围为0.011 3～0.017 4 nm-1,均值为0.015 3 nm-1,略低于丰水期。DOC浓度与盐度的负相关关系(R2=0.882)表明该研究区域的溶解有机质(DOM)输入主要来自陆源,CDOM与DOC的相关关系为CDOMα(355)=0.371DOC+1.012(R2=0.48),表明研究区域内CDOM对DOC具有一定的物源指示意义。     

水体中布洛芬的间接光降解作用机理研究

为阐明布洛芬（IBP）在海水中的间接光降解机理,研究了4种不同来源的溶解有机物（DOM）以及溶液初始pH值、盐度、NO₃^-和HCO₃^-对IBP间接光降解的影响.结果表明,4种DOM均可促进IBP的间接光降解作用,降解过程符合准一级反应动力学,4种DOM对IBP间接光降解的促进效果从大到小为：腐殖酸（JKHA） > Suwannee河腐殖酸（SRHA） > Suwannee河富里酸（SRFA） > Suwannee河天然有机物（SRNOM）.DOM主要通过产生活性自由基促进IBP的间接光降解过程,其中¹O₂和·OH的作用较显著.在初始pH5~11的范围内,IBP的光降解速率先降低后增加,在pH5时最快.盐度、NO₃^-和HCO₃^-初始浓度的增加均会促进IBP的间接光降解.     

渤海和北黄海有色溶解有机物(CDOM)的分布特征和季节变化

采集了2016年的4、8、12月和2017年2月渤海和北黄海表、中、底海水样品,分析了海水中有色溶解有机物(CDOM)的紫外-可见光吸收光谱和三维荧光光谱,探讨了渤海和北黄海海域CDOM的分布特征、影响因素和季节变化.结果表明,不同季节CDOM分布相似,呈近岸高、远海低的分布特征.吸收系数a(355)和光谱斜率S275-295呈显著负相关,说明CDOM受到陆源输入的显著影响.垂直分布上,8月,受强烈的光降解作用影响,表层CDOM含量最低. 2月,底层CDOM含量最低,这可能与受光照影响的初级生产力在水下分布不均匀有关.从2016年4月～2017年2月,CDOM含量先上升后下降,12月含量最高,2月含量最低. CDOM的季节变化主要受陆源输入和浮游植物生物量的季节变化控制.以光谱斜率S275-295表征CDOM的平均分子量,2月由于陆源输入最少,CDOM平均分子量最小.夏季光降解强烈,将部分大分子量有机物降解成小分子量有机物,小分子量有机物增加,因此,8月CDOM的平均分子量小于4月和12月.     

Selective elimination of chromophoric and fluorescent dissolved organic matter in a full-scale municipal wastewater treatment plant

Effluent organic matter (EfOM) from municipal wastewater treatment plants potentially has a detrimental effect on both aquatic organisms and humans. This study evaluated the removal and transformation of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) and fluorescent dissolved organic matter (FDOM) in a full-scale wastewater treatment plant under different seasons. The results showed that bio-treatment was found to be more efficient in removing bulk DOM (in terms of dissolved organic carbon, DOC) than CDOM and FDOM, which was contrary to the disinfection process. CDOM and FDOM were selectively removed at various stages during the treatment. Typically, the low molecular weight (MW) fractions of CDOM and protein-like FDOM were more efficiently removed during bio-treatment process, whereas the humic-like FDOM exhibited comparable decreases in both bio-treatment and disinfection processes. Overall, the performance of the WWTP was weak in terms of CDOM and FDOM removal, resulting in enrichment of CDOM and FDOM in effluent. Moreover, the total removal of the bulk DOM (P < 0.05) and the protein-like FDOM (P < 0.05) displayed a significant seasonal variation, with higher removal efficiencies in summer, whereas removal of CDOM and the humic-like FDOM showed little differences between summer and winter. In all, the results provide useful information for understanding the fate and transformation of DOM, illustrating that sub-fractions of DOM could be selectively removed depending on treatment processes and seasonality.     

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.     

川西高原河流水体CDOM的光化学降解特性

川西高原部分河流溶解性有机碳(DOC)含量极高,因有色溶解性有机质(CDOM)具有独特的光学特性,其光降解特征与规律对于分析高寒区天然水体DOC动态及区域水-陆碳循环具有重要的环境意义.本文选取川西高原两种主要地貌类型的河流共5条,即高山峡谷区河流杂谷脑河、抚边河及岷江,丘状高原区河流白河、黑河,对河流水体CDOM三维荧光光谱(EEMs)与紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)采用平行因子分析(PARAFAC)与二维相关光谱(2D-COS)进行分析.结果表明:①白河和黑河CDOM的5 d降解率分别为64. 85%和63. 43%,光降解速率常数分别为0. 167 d-1和0. 173 d-1;抚边河CDOM浓度低(0. 71 m-1)光降解现象不明显,杂谷脑河和岷江CDOM光降解行为较为复杂;②在光降解过程中,除岷江外其余4条河流荧光溶解性有机质(FDOM)内源特征(FI)逐渐减弱,黑河和白河CDOM芳香性、疏水性特征(SUVA254和SUVA260)及腐殖化程度(HIXa)逐渐降低;③川西高原5条河流中FDOM组分均呈2类4个组分,即C1(275/310 nm,类酪氨酸)、C2 [280(250)/400 nm,UVA类腐殖质]和C3(255/440 nm,UVA类腐殖质)、C4[270(360)/492 nm,UVA类腐殖质],类腐殖质FDOM较易光降解;④5条河流中UVA类腐殖质FDOM(尤其是500 nm发射波段)光降解反应先于类酪氨酸物质;丘状高原河流中UVA类腐殖质FDOM对于光照的敏感度大于高山峡谷区河流;⑤白河的主成分分析中识别出了2个因子,解释了这些参数变化的87. 28%,反映了光降解过程对于CDOM特征、荧光组分等方面的影响.     

渤海和北黄海CDOM的来源、时空分布及其调控机制

有色溶解有机物（CDOM）是DOM储库中具有光学特性的部分,对海洋碳循环具有重要的影响。依据2019年7月和12月的两个航次调查资料,本文分析了夏、冬两季渤海和北黄海CDOM的来源、时空分布及其调控机制。渤海和北黄海CDOM的来源存在差异,渤海主要受控于陆源输入,局部海域受现场生产的显著影响;北黄海主要受现场生产的影响...     

Occurrence, polarity and bioavailability of dissolved organic matter in the Huangpu River, China

Dissolved organic matter （DOM） plays an important role in biogeochemical cycles in aquatic ecosystem. To investigate the characteristics of DOM in Huangpu River {the last tributary of the Yangtze River）, surface water samples were collected along the river from December 2011 to June, 2013. The concentrations of dissolved organic carbon （DOC）, the absorbance and fluorescence spectrum of DOM in water samples were measured. Fluorescent DOM in the Huangpu River was decomposed into four components by the parallel factor analysis （PARAFAC）, including one humic-like substance and three protein-like substances. It showed that high spatial variability of DOC concentration was observed in the upstream water compared to the downstream water, and so did the absorbance coefficients of chromophoric dissolved organic matter and the total fluorescence intensities of different PARAFAC components of DOM. Furthermore, there was a large difference between the polarity and bioavailability of DOM in the Huangpu River. Polar compounds dominated tyrosine-like component of fluorescent DOM in all seasons. Tryptophan-like and humic-like substances had more polar fraction in summer and autumn than those in winter, while aromatic protein-like materials had the highest polar fraction in winter. Almost all of fluorescent DOM components were refractory in spring, while less than 20% of fluorescent DOM in average were biodegradable within 4 weeks in other seasons. We concluded that the spatial variation in the abundance of DOM in the Huangpu River is mainly affected by the water discharges from the Hangjiahu Plain and the seasonal difference in polarity and bioavailability of DOM is largely determined by its origins.     

夏、冬季降雨中溶解性有机质(DOM)光谱特征及来源辨析

利用紫外-可见光谱与三维荧光光谱,结合拉格朗日混合单粒子轨道模型及火点图,研究了重庆2013年夏、冬两季雨水DOM光谱特征,并对其来源进行解析.结果表明,雨水DOM与水体、土壤DOM具有类似性质光谱特征,证明降雨DOM也是陆地及水环境中DOM地化特征的重要贡献者.雨水DOM中DOC含量为0.88~12.80 mg·L-1,CDOM含量在3.17~21.11m-1之间,夏、冬两季降雨DOM差异明显(P0.05).与夏季相比,冬季降雨DOM分子量较小,芳香性程度较低,腐殖化程度也更低,输入主要以本地和短距离输送为主;而夏季DOM来源较分散.尽管吸收和荧光光谱可用于解析雨水DOM组成和来源,但在光谱特征的解析和来源识别上与其他来源DOM有所区别,传统"内、外源区分"并不适用于雨水DOM.     

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).