分层型水源水库溶解性有机物性质及其膜污染特性

利用激发-发射矩阵(EEM)荧光光谱和紫外吸收光谱研究了深水型水源水库热分层期溶解性有机物(DOM)性质及其膜污染特性随水深的变化。结果表明,水体热分层导致DOM质量浓度和性质也表现出分层特征。变温层受光化学降解影响较大,DOM质量浓度较低,同时受藻类等浮游植物分泌的内源有机物影响,DOM芳香度较低,类富里酸有机物(C1组分)和类腐殖酸有机物(C2组分)荧光强度较低,但类色氨酸有机物(C3组分)荧光强度较高;斜温层DOM受径流输入影响较大,DOM质量浓度和芳香度较高,C1和C2组分荧光强度较高。膜污染方面,变温层DOM造成的总污染最大,但可逆性较好,斜温层和等温层DOM造成的总污染较低,但可逆性较差;对超滤过程中不同荧光组分迁移的分析表明,超滤膜对C3组分截留率较高,但反冲洗对被截留的C3组分去除效果较好,而被膜截留的C1和C2组分较难被反冲洗去除。     

区域土地利用类型对水源水中溶解性有机物丰度和荧光组分的影响

以潮白河密云段水体为研究对象,采用三维荧光光谱法及平行因子分析解析了潮白河饮用水源中溶解性有机物(DOM)来源和荧光特性,结合方差分析探讨了不同季节和区域土地利用类型对DOM浓度和荧光组分强度的影响.结果表明,潮白河密云段水体荧光溶解性有机物(FDOM)由5种荧光组分组成,包括微生物腐殖质2种,自生酪氨酸,还原醌类和陆地腐殖质类各1种.DOM主要来源于微生物.河岸周边土地利用以农田为主的区域水体中DOM浓度相比森林和城镇较大,河岸周边土地利用以农田和城镇为主的区域水体FDOM各荧光组分强度均低于森林.潮白河密云段水体DOM受其附近农田土地利用影响程度比森林和城镇土地利用影响更大,由于沿岸土地利用类型变化河流中增加的DOM主要是非荧光部分.虽然季节对DOM腐殖化程度也有显著影响,但土地利用与季节对水体DOM的影响不存在交互效应.     

西北内陆小流域水体DOM三维荧光光谱特征

利用三维荧光光谱与平行因子分析结合,文章对西北内陆小流域15个采样点的表层水体溶解性有机物(DOM)的荧光光谱特征、组成成分、荧光强度进行研究,并结合常规水质指标,利用相关性分析法对研究河段DOM来源特征进行探讨。结果表明:受人类活动及企业、农业污染点源的中下游研究河段COD浓度值偏高,TN浓度呈递减趋势;水体DOM主要存在3种荧光峰,分别是类腐殖质荧光峰A、类富里酸荧光峰C及类蛋白荧光峰T,且DOM的沿程分布存在差异性,类腐殖质组分表现为:中游>下游>上游,分析发现,DOM来源既有人类活动参与,又有内部微生物活动共同作用。平行因子分析方法解析出水体中DOM主要包含3种组分:类腐殖酸组分C1、类色氨酸组分C2、类富里酸组分C3,在DOM组成中类腐殖酸所占比例高达41.52%,类色氨酸物质次之(29.91%),类富里酸所占比例为28.57%;3组荧光组分之间均有极显著相关性,说明类腐殖质同类蛋白质具有同源性,C1、C2、C3与总磷呈正相关,表明水体中总磷含量产生的主要源头为可溶性有机物,DOC与3个组分的相关系数较高,故可以用荧光组分作为水体中DOC指标的有效示踪。     

荧光光谱结合平行因子分析研究夏季周村水库溶解性有机物的分布与来源

利用三维荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC)模型,解析了2015年8月夏季周村水源水库中溶解性有机物(DOM)的组分并利用主成分分析法对影响水体DOM的主要因素及其相对贡献量进行了研究.结果表明,周村水库水体中的DOM可分为3个组分,分别为类富里酸荧光组分C1(260,350/420 nm)、类蛋白荧光组分C2(280/360 nm)和类腐殖酸组分C3(270,390/530 nm),且3个组分具有同源性;各组分平面分布均匀,入库口总荧光强度略高;较高的荧光指数FI,较高的自生源指标BIX,较低的腐殖化指标HIX以及接近于1的新鲜度指数(β∶α)综合表明夏季周村水库DOM的来源以自生源为主,并结合主成分分析得出,内源对DOM贡献率高达70.96%.与此同时,周村水库水体DOM各组分与aph(440)拟合相关性较好.因此可以通过对DOM三维荧光光谱的研究,有助于水库管理者更有目的地进行污染源的控制和治理,同时可以在一定程度上指示周村水库水体富营养化水平.     

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.     

不同离子条件对提取沉积物中水溶性有机质光谱特性的影响

水溶性有机质(WSOM)是环境中溶解性有机质(DOM)的重要组成部分,对WSOM化学特性的研究有助于了解环境中DOM对污染物环境归趋的作用.本文利用紫外-可见吸收光谱法(UV-vis)及三维荧光光谱法(3D-EEM)分析了3种不同来源沉积物的WSOM在不同种类及浓度离子浸提液中的光谱特性差异,以揭示天然水化学离子种类及浓度对提取沉积物中WSOM光谱特性的影响.UV-vis光谱分析结果表明:①WSOM在SO■及K~+浸提液中的溶解性有机碳(DOC)含量及其芳香度较高,在Cl~-及K~+浸提液中的有色溶解性有机质(CDOM)丰度高,在NO~-_3、Na~+浸提液中的富里酸含量较高、分子量较小;②浸提液中WSOM的DOC含量及其芳香度、CDOM丰度随离子浓度增加呈先增后减的趋势,同时大颗粒WSOM比例逐渐增加.通过3D-EEM光谱数据结合平行因子分析法发现,沉积物(城市内湖)中WSOM主要由4种荧光组分组成,即可见腐殖酸(C1)、土壤富里酸(C2和C3)、微生物源类腐殖质(C4).4种荧光组分在SO■、K~+浸提液中的荧光强度较高,且随离子浓度增加WSOM的荧光强度、类蛋白物质及类腐殖物质浓度均表现为高浓度受抑制的现象,这一点与吸收光谱数据一致.     

周村水库主库区水体热分层形成过程中沉积物间隙水DOM的光谱演变特征

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,对周村水库热分层形成过程中沉积物间隙水中溶解性有机物(DOM)的垂向分布及光谱特性进行分析.结果表明:周村水库沉积物间隙水DOM的紫外-可见吸收光谱吸收系数的变异系数在-400%~400%之间,表明其性质在不同深度上存在差异; E2/E3变化说明随着热分层的形成,富里酸所占DOM的比例也随之升高; E3/E4 3. 5以及SR 1表明DOM为生物源,以富里酸为主;荧光光谱中出现了类富里酸峰(C1、C3)、类蛋白峰(C2、C5)和类腐殖酸峰(C4、C6);类富里酸以及类蛋白是DOM的主要构成组分; DOM总荧光强度、各组分荧光强度随着热分层形成过程呈下降趋势,垂向间和采样点的分布差异明显;热分层形成过程中水库沉积物间隙水的高BIX、FI、β:α以及低HIX,表明沉积物间隙水DOM以生物活动的内源为主,具有低腐殖化,强自生源特征.     

不同下垫面雨水径流溶解性有机物特性

为明晰不同下垫面雨水径流中溶解性有机物特性差异,采用三维荧光光谱、同步荧光光谱及树脂分级等方法对北京市城市道路、屋面、广场、绿地4种下垫面径流DOM进行分析.分析发现,下垫面类型影响径流DOM浓度、物质组成及化学组分分布;道路、屋面初期径流DOC浓度较高,并随产流时间增加而逐渐降低,而绿地径流DOC浓度随产流时间增加而增加,广场径流DOC浓度则始终保持较低水平;路面交通活动、大气沉降作用等使道路、屋面和广场等硬化下垫面径流DOM主要由类富里酸和类芳香蛋白物质组成,且以疏水性化学组分为主,其中疏水中性和疏水酸性组分占比较高;受土壤冲刷有机质影响, 绿地径流DOM除含类富里酸和类芳香蛋白物质外,还含有大量腐殖质和生物源蛋白物质,以亲水性化学组分为主,且主要为亲水中性和亲水酸性组分.     

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.     

北运河上覆水DOM组分含量特征及对水质的影响

基于三维荧光光谱,紫外-可见光谱技术,对比分析了汛期非汛期北运河通州区域上覆水中溶解性有机物（DOM）的组成、来源及结构特征,建立了上覆水中N和P的含量与DOM组成之间的关系,确定了反映潜在富营养化生态风险的指标.结果表明,北运河通州地区上覆水中DOM含量在9.17~27.78mg/L之间,总体呈现非汛期>汛期,上游>下游,DOM含量时空特征差异显著.汛期DOM分子量与非汛期相比较小,DOM芳香程度汛期低于非汛期;在上游和下游,汛期上覆水DOM A₂₅₃/A₂₀₃大于非汛期.汛期DOM受陆源腐殖质和生物源的共同影响,而非汛期主要受微生物活动的影响.汛期蛋白质类和腐殖质类物质的浓度水平显著低于非汛期,非汛期蛋白质类组分相对占比较多,而汛期腐殖质类组分相对占比较多.在汛期,上覆水DOM中C1、C3、C4组分的最大荧光强度可间接反映北运河富营养化的潜在风险.     

Investigation of low-molecular weight organic acids and their spatiotemporal variation characteristics in Hongfeng Lake, China

The identities and concentrations of low-molecular-weight organic acids (LMWOAs) were determined by ion chromatography throughout a 20-m water column in Hongfeng Lake, China. The spatiotemporal variations of LMWOAs and their contributions to dissolved organic matter (DOM) in a research period of 24 hr were also investigated. The results demonstrated that five LMWOAs (lactic, acetic, pyruvic, sorbic, oxalic acid) were detected, and their total concentration and proportion in DOC were 6.55 μmol/L and 7.47%. Their average levels were 2.50, 0.65, 2.35, 0.96 and 0.09 μmol/L, respectively. LMWOAs were higher during daytime (10:00-18:00 on Jun 13, 2008) than nighttime (21:00-6:00 the next morning), in particular 4.99 μmol/L high in the epilimnion ( 1 m water depth), reflecting the fact that direct import from terrigenous sources and photochemical production from humic materials were dominant during LMWOAs’ origin and accumulation. The same factors caused LMWOAs to be 0.63 μmol/L in the epilimnion higher than in the hypolimnion. The rapid decrease of total organic acid (TOA) up until 18:00 mainly resulted from bio-uptake and mineralization in the hypolimnion (>1 m water depth). Pyruvic acid increased with time in the epilimnion and decreased in the hypolimnion, largely related to the two contrary processes of continuous degradation and synthesis of macromolecular organic matter during life materials’ cycle mediated by organisms. Simultaneously, plankton behavior and thermal stratification played a pivotal role in LMWOAs’ behavior in the water column, causing decreasing and increasing profiles. The distribution of LMWOAs represents an interesting resource for biogeochemical research of DOM in aquatic ecosystems.     

Three-dimensional fluorescence spectral characterization of soil dissolved organic matters in the fluctuating water-level zone of Kai County, Three Gorges Reservoir

Three-dimensional fluorescence spectroscopy was used to investigate the fluorescent properties of soil dissolved organic matter (DOM) in the water-level-fluctuation zone (WLFZ) of Kai County, Three Gorges Reservoir (TGR). Most of the soil DOM analyzed in this study was found to contain four fluorescence peaks. Peaks A and C represent humic-like fluorescence, whereas peaks B and D represent tryptophan-like fluorescence. Peaks E and F, which represent tyrosine-like fluorescence, only appeared in certain soils. Soil humus was the main source of DOM in soil, and higher concentration of soil DOM was found in the exposed soil than submerged soil. Compared to the peaks A and B, the fluorescence intensities of peaks C and D were strongly influenced by the fluctuating water level. Analysis of fluorescence intensities of different peaks in soil DOM showed that WLFZ soil was not contaminated significantly. Soil DOM contained at least two types of humic-like fluorescence groups and two types of protein-like fluorescence groups. The proportion of the content of peak A in soil organic matter was quite stable. The soil DOM in exposed soil had relatively high humification and aromaticity, and periodic submerging and exposure of soil had an impact on the humification of soil DOM.     

水环境中秸秆源溶解有机质的组成及光化学活性特征

利用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱和稳态光化学反应技术,对水环境中水稻和小麦秸秆短期（91d）分解释放的溶解有机质（DOM）的组成、结构和光化学活性进行了研究.结果表明：在水环境中,秸秆分解释放DOM过程可分为物理淋溶、易分解组分分解和难分解组分分解三个阶段,其中易分解组分是该分解过程中秸秆DOM的主要来源;随分解周期增长,秸秆源DOM的芳香性、腐殖化程度及分子量不断增大,而生物可利用性逐渐减小;秸秆源DOM中的类酪氨酸、类腐殖酸和类富里酸在秸秆分解过程中逐渐累积,至分解末期,3种组分在水稻和小麦秸秆DOM中的含量分别增加了4.2%~14.3%和5.9%~12.8%,而类色氨酸和溶解性微生物分泌物相对不稳定,会被逐渐分解;秸秆源DOM的紫外和荧光光谱特征指数SUVA₂₅₄、E2/E3、S_275~295、S_R、BIX和FI均与其光生HO×、¹O₂和三线态DOM间具有良好的相关关系（r > 0.61,P < 0.05）,因此秸秆源DOM的光化学活性由其芳香结构、分子量及生物可利用性共同决定.鉴于此,研究认为,探讨生物可利用组分的光化学活性,及构建光谱特征指数预测DOM光化学活性的数学模型,是今后秸秆源DOM生态环境作用研究的两项重要内容.     

城郊与城镇河流中溶解性有机质与重金属的相关性

溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)在水体环境中广泛存在,对重金属在水环境中的环境行为有重要影响.本研究为探讨DOM与重金属的相关性,以宁波市城郊流域樟溪和城镇流域芦江为例,利用三维荧光技术分析不同城镇化梯度下河流水体溶解性有机质(DOM)的结构组成特征,分析DOM各项参数与重金属之间的相关性.结果表明,城镇化程度较高的河流水体具有较高的DOC、有色溶解性有机质(CDOM)和荧光溶解性有机质(FDOM)浓度;城郊流域与城镇流域水体中DOM均含有4个荧光峰,类富里酸荧光峰A和C以及类蛋白荧光峰B和T,且城镇流域水体荧光峰B和T的强度显著高于城郊流域,DOM腐殖化程度与芳香性也具有同样的趋势;城镇流域水体中重金属As、Cu和Mn浓度显著高于城郊流域.DOM与重金属的相关性结果表明,城镇河流中DOM与Cu、Cr、Mn、As、Zn和Pb都存在显著的正相关关系,而城郊河流中DOM只与Mn、Pb和Cu呈显著正相关,与其它重金属相关性不明显.总之,城镇化水平影响河流水体中CDOM的浓度和性质,而CDOM浓度和性质与重金属的行为密切相关.     

三峡库区城镇化背景下河流DOM的吸收及荧光光谱特征

研究城镇化对河流溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)组分和化学结构、来源与迁移规律的影响,对水生态系统保护及生物地球化学循环研究具有重要意义.运用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术,研究三峡库区不同城镇化程度的典型河流(桃花溪、南河和普里河)的DOM光谱学特征.结果表明,河流城镇化程度越高,DOM和有色溶解性有机质(chromophoric dissolved organic matter,CDOM)浓度越大,河流DOM的腐殖化程度和芳构化程度越小,疏水性组分越少,DOM中类蛋白物质相对浓度越高,DOM的新近自生源特性越强.河流DOM均以富里酸类为主(E3/E4均值 3. 5),CDOM浓度与DOM浓度显著正相关(P 0. 01),各河流DOM腐殖化程度(SUVA254)、芳构化程度(SUVA280)和疏水组分(SUVA260)极显著正相关(P 0. 01).桃花溪、南河、普里河的荧光指数均值为1. 715 7～1. 757 1,DOM的腐殖质来源均为外源输入和微生物、藻类生产两种方式混合,且以内源产生为主.     

天津市典型排污河水体中溶解性有机质的荧光分布特征分析

利用三维荧光光谱研究了天津市两条典型排污河(大沽排污河和北塘排污河)沿河水体中溶解性有机质(DOM)的荧光分布特征,并通过对荧光参数——紫外区类富里酸峰中心位置的荧光强度与可见区类富里酸峰中心位置的荧光强度比值(r(A,C))和激发光波长370nm时荧光发射光谱强度在450nm与500nm处的比值(f450/500)的分析,探讨了水体中DOM的来源.结果表明,大沽排污河除中游个别位置外,其它位置水体均能检出紫外区类富里酸、类蛋白、可见光区类腐殖质、紫外区类腐殖质,总体上呈中游少、上下游多的特点;而北塘排污河水体中DOM的荧光峰从上游到下游呈增多趋势,但检出数量比较少.两条排污河水体中DOM均以紫外区类腐殖质最强.两条排污河水体中DOM的荧光强度与其水质参数之间存在显著相关性,而大沽排污河的相关系数更大.结合荧光参数r(A,C)和f450/500的分析和现场对入河排污口的调研,发现两条排污河的溶解性有机质来源均以入河排污口排污汇入(陆源)为主,另外还有少量沉积物有机质释放(微生物作用).     

三峡库区典型农业小流域土壤溶解性有机质的紫外-可见及荧光特征

以三峡库区典型农业小流域土壤溶解性有机质(DOM)为研究对象,利用紫外-可见和荧光光谱,分析和讨论了不同土地利用类型(包括林地、田地、菜地和民用地)对土壤DOM地化特征的影响.结果表明,不同土地利用条件下DOM性质差异明显,以林地DOM的芳香性程度较高,腐殖化特征最强,其次为田地;尽管居民用地和菜地溶解性有机碳(DOC)含量高(均值分别为0.81 g·kg-1和0.89 g·kg-1),但是芳香化程度低,DOM中非生色组分对高DOC含量的贡献明显.所有样本荧光指数(FI)介于自生源特征(FI=1.9)和陆源特征(FI=1.4)之间,自生源(类蛋白组分)和异生源(类腐殖组分)对DOM均有贡献.大部分样本r(T/C)都大于2.0,说明该农业小流域土壤DOM受外来因素尤其是人类活动影响较大,尤以菜地为代表.另外,不同特征光谱参数对不同土地利用条件下DOM结构和性质差异性的灵敏程度不同,光谱斜率比值(SR)和腐殖化指数(HIX)不能反映DOM地化特征的差异性,因此单一光谱指标并不能全面提供DOM的特征信息,建议两种光谱分析方法联用.     

夏季巢湖入湖河流溶解性有机质来源及其空间变化

使用紫外-可见光吸收光谱（UV-vis）和三维荧光光谱-平行因子分析法（EEM-PARAFAC）,分析了2019年夏季巢湖流域丰乐河、杭埠河、岐阳河、兆河和南淝河水体溶解性有机质（dissolved organic matter,DOM）的来源及其空间变化.结果表明,南淝河DOM吸收特征参数SUVA₂₅₄显著低于其它河流,而光谱斜率比S_R显著高于杭埠河,表明城市污染物径流排入降低了南淝河水体DOM的芳香性,但对其分子量影响较低.南淝河DOM荧光指数（FI）和生物源指数（BIX）大于其它河流,而腐殖化指数（HIX）低于其它河流,指示其DOM自生源高于其它河流.使用EEM-PARAFAC从河流DOM中提取出4种类腐殖质组分（C1~C4）和2种内源类蛋白荧光组分（C5、C6）,其中,类腐殖质组分包括陆源有机质（C1、C3和C4）和微生物降解产物（C2）.沿河流方向,5条河流河水溶解性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）、 a（355）和DOM荧光组分呈不同的空间变化特征,其中丰乐河、杭埠河、岐阳河和兆河DOM受农田土壤径流输入影响明显,而南淝河DOM主要受城市污染物径流和污水处理厂出水影响.     

辽河水体中溶解有机质的光谱初步研究

文章分析了辽河流域水体中溶解有机质的吸收光谱,荧光特性及其主要来源。对比紫外可见吸收和散射2种模型,结果表明DOM对紫外可见光既有吸收也有散射。运用平行因子分析法(parallel factor analysis,PARAFAC),对三维荧光激发-发射矩阵(EEM)进行分析,发现3种荧光团,包括1种类蛋白荧光团和2种类腐殖质荧光团。荧光指数(FIX)为1.60～2.10,初步认为此时段辽河流域DOM的来源为多重来源,生物源比重较大。大多数SUVA_(254)在1.22～2.82L/(mg·m)之间,同文献报导的来自于土壤或者高等植物的DOM相比,值相对较小,DOM的芳构化程度较低,进一步表明DOM来源以生物源为主。