三维荧光指纹技术用于城市湖泊的有机污染监测

有机物的荧光特性被广泛用来解析其在水体中的来源与分布。荧光光谱技术具有灵敏度高、选择性好、且不破坏样品结构的优点,非常适合用来研究有机物的化学和物理性质。运用三维荧光指纹技术对N市某城市湖泊的有机污染类型和污染程度进行了监测。实验结果表明,三维荧光指纹技术能有效揭示城市湖泊中有机物的动态变化。从七月份到十二月份,N市某城市湖泊的主要有机污染类型为内源污染;其中七月份到九月份还兼有外源污染,而十月份到十二月份基本没有外源污染。实验期间,此城市湖泊水体中C lass III（类蛋白）荧光峰的荧光强度在416.10~298.76之间,C lass I（类腐殖酸）荧光峰的荧光强度在128.90~123.19之间,此城市湖泊的内源污染远大于外源污染。     

太白山自然保护区水体CDOM吸收与三维荧光特征

研究有色溶解有机物（CDOM）组成、光谱特征与影响因素,对了解水体溶解性有机物（DOM）来源、水生态及碳循环过程具有重要意义.2019年夏季在太白山自然保护区山顶湖泊以及霸王河、黑河、石头河与湑水河等5个水体中共采集了71个水样,采用紫外-可见吸收光谱与三维荧光光谱,结合平行因子分析模型与冗余分析进行CDOM光学特性、组成及来源解析.结果表明,保护区湖泊中溶解性有机物含量较少,DOC与CDOM浓度均显著低于4条河流（P<0.05）;水体中CDOM包含2类4种荧光组分,其中类腐殖质组分C1与C2是水体中CDOM主要组成部分,4条河流中类腐殖质组分相对贡献率高达82%~96%,远大于湖泊;所有水体荧光指数FI均大于1.8,自生源指数BIX与新鲜度指数β：α,均为0.6左右;河流水体腐殖化指数HIX显著大于湖泊（P<0.01）;河流DOM主要由保护区林地土壤输入,较少受人类活动影响,而湖泊水体水质受人类活动影响相对较多.冗余分析表明EC对高山湖泊水体CDOM光谱特征参数影响较大（P<0.05）,EC、DTN和DOC对4条河流水体CDOM光谱特征参数影响较大（P<0.01）.     

广州市水体和植物的遥感光谱分析

地面物体反射或辐射电磁波的特性,因地物种类、状态和环境条件的不同而有所不同,这反映在一般遥感图象上即为颜色或密度值的不同。影象颜色或密度值是图象解译的最重要标志之一,因此对地物光谱的研究是一项非常重要的基础工作。在这次广州市航空遥感综合调查中,我们对广州市9个大气污染类型和污染程度不相同的典型区的5种植物(大叶榕、小叶榕、木麻黄、番石榴和蒲桃)的叶片进行了室内反射光谱测量,并对珠江河道10个常规水质监测截面(总长度80km),和一些排污涌、人工湖泊进行了野外光谱测量。与此同时,广州市环监站对植物和水体进行了采样分析。我们根据反射光谱特性定性地推出了各种污染水体和大气污染地区植物在遥感图象上的颜色特征及差异,给目视解译建立了标志。对所取得的光谱数据,除了进行一般的分析外,还演算了在彩色红外和天然彩色图象上的颜色参数(明度、色调、饱和度)。为了弄清污染引起的反射光谱的变化及其在图象上的颜色变化规律,我们将光谱数据、演算出的颜色参数和实测的影象反射密度值,与植物和水体的污染参数或成分进行了相关关系分析。     

活性炭物化性质对吸附天然水体中有机污染物的影响

研究了天然水体条件下2种合成有机污染物(SOC)甲基对硫磷(MP)和三氯乙烯(TCE)以及天然有机物(NOM)在5种粉末活性炭(PAC)上的吸附特性.在对活性炭的物化特性进行全面表征的基础上,利用相关分析方法揭示了PAC的物理和化学性质对天然水体中SOC类小分子有机污染物吸附的影响;并利用高效体积排阻色谱法(HPSEC...     

浅议水资源开发利用中的水环境问题

水资源的综合开发包括三方面内容：水资源的合理开发、水资源的开发利用、与地区水资源相适应的地区合理结构。水资源的开发利用，往往会引起下游河段、湖泊等水质变化，城市水体富营养化等环境问题。本文概要描述了与水资源开发利用有关的环境问题，以此强调水资源合理开发是与水环境的研究密切相关的。１湖泊、水库水环境湖泊与水库均属闭锁水域。湖泊是天然形成的，一般具有较古老的历史，淤积物质较多，通常是湖心较深而湖周较浅。水库是由人工拦截河道形成的，历史较短，相对而言，淤积物中有机物含量少，近坝处水深而上游则水浅。湖库…     

唯一的天然生态湖泊——贝加尔湖

苏联政府一直致力于保护贝加尔湖这一仅有的天然生态湖泊。贝加尔湖是目前世界上量大的清洁淡水水体。据信,这一湖泊形成于2500万年以前,是世界上最古老的湖泊。贝加尔湖周围地区也象其水体本身一样未受到污染。     

保定府河DOM的光谱特征及其来源解析

府河是白洋淀入淀河流中的主要河流,研究府河溶解性有机物分布特征及污染来源对入淀河流的环境管理及水质改善具有重要意义。文章2021年12月对府河干流及支流20个采样点进行采样,通过紫外光谱与三维荧光光谱-平行因子分析技术分析府河水体溶解性有机物,并对溶解性有机物组分来源进行解析。研究发现,府河水体溶解性有机物组分中类腐殖质组分含量高于水体中类蛋白组分含量,且黄花沟中有机组分对府河水体影响较大;大量城市污水处理厂出水汇入府河后类蛋白占比增大,这可能是河内生物活性提升导致,故F9以后自生源贡献升高;荧光光谱分解得到4个组分,C1、C2（类腐殖质）占71.88%,C3、C4（类蛋白）占28.12%,府河干流溶解性有机物主要来源于外源污水厂出水输入、自生源生物类蛋白和陆源农田土壤等;荧光组分与溶解性有机碳、总氮、硝态氮有显著的正相关性,PC1与荧光组分呈现显著正相关。综上,通过对府河水体溶解性有机物荧光特征及来源解析,府河受陆源类腐殖质与生物自生源双重影响,这为府河水体的进一步管理提供了理论参考。     

再生水补给型城市景观水体中溶解性有机物的分布及特征——以圆明园为例

天然水体中的溶解性有机物（Dissolved Organic Matter,DOM）具有多样的生态意义,已被用作评价天然水体水质状况的一项重要指标.本研究运用三维荧光光谱（Excitation-Emission Matrix Spectroscopy,EEMs）测量了圆明园水体中溶解性有机物的四季变化情况,利用平行因子法进行组分解析,分离得到类腐殖酸（C1）、类酪氨酸（C2）、类色氨酸（C3）3种DOM组分,且3种组分具有一定同源性.类腐殖酸组分含量在季节间的变化较大,夏季明显高于其他季节,另外两种组分的含量在四季间的变化不大.计算FI、HIX、BIX、β：α 4项特征参数,结果表明,所有样本在4个季节的内源性特征明显,受人为排放等陆源输入影响较小,水体DOM腐殖化程度较低,新鲜DOM占比大.对3种DOM组分、荧光特征参数与水质指标进行斯皮尔曼相关性分析,发现类酪氨酸与类色氨酸可能是TOC的重要组成部分.类腐殖质组分与4种荧光特征参数均显著相关,并与水体中氮（p<0.01）、磷（p<0.05）的循环与迁移有关,具有重要的生态意义.水体中的N/P比与DOM存在显著的负相关关系（p<0.05）,可通过控制N/P比来抑制水体中浮游植物的生长,减少内源DOM的产生与释放,从而达到降低水体DOM的目的.     

彩色红外航片用于水污染遥感监测的定量分析

采用比值法对1：2000彩红外航空胶片透射密度值进行修正,并与运河水质污染参数进行相关统计分析,提出了水质有机污染参数的最佳影象探测密度,建立了相关模型。根据航片密度值估算了苏南大运河水质有机污染参数。结果表明,利用彩红外航片进行大范围水污染遥感监测是可行的。     

大沽河—胶州湾段溶解有机物类腐殖质荧光特征变化

利用荧光激发-发射矩阵光谱(excitation-emission matrix spectroscopy,EEMS)技术研究了溶解有机物类腐殖质荧光特征从大沽河到胶州湾的变化及其与盐度、pH、叶绿素a、溶解有机碳、化学需氧量和碳水化合物的关系.结果表明,大沽河溶解有机物类腐殖质荧光强度较大,胶州湾溶解有机物类腐殖质荧光强度较小,大沽河是胶州湾类腐殖质荧光物质的重要来源.类腐殖质荧光强度与叶绿素a含量的相关性较差,说明浮游植物并不是大沽河类腐殖质荧光物质的主要来源.类腐殖质荧光强度与溶解有机碳、化学需氧量和碳水化合物的相关性较好,说明类腐殖质荧光物质是水体溶解有机物的重要组成部分,其分布情况一定程度地反映了水体中有机物的分布.     

太湖草、藻湖区沉积物WSOM组成和分子结构分析

草型湖泊（区）和藻型湖泊（区）是浅水湖泊的两种典型状态,两种湖泊中有机质（OM）的来源和转化存在明显差异.有机质在沉积物上的埋藏是湖泊碳汇功能的重要体现.沉积物中的有机质可能发生后续的转化,影响湖泊碳汇功能;其转化过程与其固有的性质密切相关.目前为止,有关草型和藻型湖泊沉积物中有机质的组成,特别是分子结构差异的信息较少.为此,采集太湖草型湖区（东太湖）和藻型湖区（梅梁湾）沉积物,提取和纯化沉积物中的水溶性有机质（分别记为M-WSOM和A-WSOM）,并采用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱、傅立叶红外光谱和傅里叶变换-离子回旋共振-质谱（FT-ICR MS）对WSOM性质组成和分子结构进行详尽的表征与分析.结果表明：①M-WSOM的相对分子质量比A-WSOM的（E₂ ：E₃指标）稍大;FT-ICR MS的数据显示,M-WSOM和A-WSOM的相对分子质量分别为388.9和379.9.②M-WSOM的芳香性略高于A-WSOM的（SUVA₂₅₄和HIX指标）;同样地,FT-ICR MS的结果显示,M-WSOM中稠环芳烃（6.3%,强度加权平均占比,下同）、芳香类物质（7.7%）的含量高于A-WSOM （分别为1.1%和4.4%）;③荧光组分结果表明A-WSOM中类蛋白质组分的含量大于M-WSOM;FT-ICR MS的结果与之对应,A-WSOM的多肽含量（35.5%）高于M-WSOM的（15.6%）;④质谱数据显示了高分辨的分子信息：M-WSOM和A-WSOM中,沉积物中含杂原子的分子分别占82.9%和91.7%;其中含氮元素的分子占比高达53.5%和78.5%;含磷元素分子占30.4%和41.4%,M-WSOM磷元素主要分布在脂肪烃和高度不饱和低氧物质中,而A-WSOM则主要分布在多肽中.揭示了浅水湖泊两种典型状态沉积物OM的组成和分子结构;有助于研究湖泊沉积物的温室气体排放,及碳、氮、磷元素的生物地球化学过程.     

同源地人工湖水体和底泥中有机物组成及有机结构的分析研究

采用XAD-8大孔吸附树脂对水体和底泥中的有机物进行组分分离,并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱(3DEEMs)对自然水体和底泥中的疏水酸(腐殖酸、富里酸)、疏水碱、疏水中性物质和亲水物质进行表征和对比.结果表明,水体中有机物含量:亲水物质富里酸腐殖酸疏水碱疏水中性物质,底泥中有机物的含量为:腐殖酸富里酸亲水物质疏水碱疏水中性物质.根据红外、紫外、三维荧光光谱可知底泥中有机物的芳香程度、不饱和程度及分子量大小略高于水体有机物.根据荧光指数(FI)和自生源指标(BIX)可知,底泥和水体的腐殖酸和富里酸主要来源于陆生动植物和土壤有机质,而其余物质主要源于细菌和藻类活动.     

杭州西湖“香灰土”沉积物轻、重有机质组成特征及其环境意义

为探索城市浅水湖泊高有机质含量沉积物中有机质污染特征及其与氮、磷等营养元素的关系,调查了西湖8个湖区沉积物柱状样不同深度泥层有机质含量及其轻、重组分和氮磷污染特征,通过与国内相关湖泊有机质组分的比较,定量刻画了西湖"香灰土"沉积物的有机质特征.结果表明,西湖沉积物属典型高有机质含量底质,不同湖区底泥有机质含量平均值为28~251 g·kg-1;不同湖区沉积物有机质含量差别很大,引水入口湖区比其他湖区的有机质含量明显偏低;垂向上,大多湖区有机质含量随深度增加而增加,反映出有机质在西湖丰富的沉积历史.有机质轻/重组分离研究表明,西湖沉积物中轻组有机质含量为0.57~9.17 g·kg-1,平均占总有机质的2.83%,重组含量为5.35~347.41 g·kg-1,平均占总有机质的90%;与玄武湖、月湖、太湖、白洋淀等浅水湖泊相比,西湖底泥轻组有机质含量与之相当,但重组有机质含量明显偏高,反映出西湖作为历史悠久的城市湖泊,有机质污染负荷高,底泥腐殖化程度高.西湖底泥轻组有机质与总磷、总氮显著相关,而重组有机质含量仅与总氮含量显著相关,与磷没有相关性,表明轻组有机质对氮、磷内源释放潜力具有较大的影响.研究表明,西湖"香灰土"型沉积物有机质含量高、重组有机质比例高,对内源氮磷释放的缓冲能力强,在西湖营养盐内源负荷控制及水体富营养化治理中应予以充分考虑.     

湖泊沉积物中微生物群落对天然有机质输入的响应

全球气候变化和蓝藻水华暴发造成湖泊生源、陆源天然有机质（NOM）输入显著增加,以太湖藻型湖湾为例,考察沉积物中微生物群落的活性、组成及功能对不同浓度藻源有机质（POM）和陆源腐殖酸（HA）的响应特征.三维荧光分析显示POM化学多样性较高,包含易降解的类蛋白（50%）和难降解的类腐殖质组分（50%）,而类腐殖质占HA荧光组分的97%.两个月的微宇宙实验表明,对于同种NOM,沉积物中微生物矿化作用随NOM浓度升高而增强;但POM组中有机碳去除量显著高于同等浓度的HA组.胞外聚合物分析显示NOM输入有利于微生物分泌蛋白质和多糖,提高了微生物群落的聚集度和稳定性;酶活分析表明POM对脲酶、脱氢酶等有机物代谢酶的激发效应强于HA,形成了代谢更活跃的微生物群落.同时,NOM输入（尤其是POM）提高了微生物群落的物种多样性,增加了Proteobacteria和Bacteroidetes等参与有机物分解的菌群丰度,上调了与代谢相关的KEGG功能基因丰度.以上结果表明湖泊沉积物中微生物群落的活性和功能与NOM的来源和浓度有关.     

Assessing the utility of dissolved organic matter photoreactivity as a predictor of in situ methylmercury concentration

Methylmercury(MeHg) bioaccumulation is a growing concern in ecosystems worldwide. The absorption of solar radiation by dissolved organic matter(DOM) and other photoreactive ligands can convert MeHg into less toxic forms of mercury through photodemethylation. In this study, spectral changes and photoreactivity of DOM were measured to assess the potential to control photoreactions and predict in situ MeHg concentration. Water samples collected from a series of lakes in southwestern Nova Scotia in June, August, and September were exposed to controlled ultraviolet-A(UV-A) radiation for up to 24 hr. Dissolved organic matter photoreactivity, measured as the loss of absorbance at 350 nm at constant UV-A irradiation, was positively dependent on the initial DOM concentration in lake waters(r~2=0.94). This relationship was consistent over time with both DOM concentration and photoreactivity increasing from summer into fall across lakes. Lake in situ MeHg concentration was positively correlated with DOM concentration and likely catchment transport in June(r = 0.77) but not the other sampling months. Despite a consistent seasonal variation in both DOM and Fe, and their respective correlations with MeHg, no discernable seasonal trend in MeHg was observed. However, a 3-year dataset from the 6 study lakes revealed a positive correlation between DOM concentration and both Fe(r = 0.91) and MeHg concentrations(r = 0.51) suggesting a more dominant landscape mobility control on MeHg.The DOM-MeHg relationships observed in these lakes highlights the need to examine DOM photoreactivity controls on MeHg transport and availability in natural waters particularly given future climate perturbations.     

南海东北部上层沉积物有机碳的沉积特征

南海北部拥有陆架?陆坡体系中最不稳定的峡谷群沉积环境,不仅是海洋有机碳沉积区域,更是陆架和深海之间物质传输的通道。于2019年和2020年分别采集一统峡谷和东沙群岛海域陆坡的上层沉积物样品（0～30 cm）,研究其有机碳含量和红外光谱吸收强度的垂直分布特征,探讨陆坡环境有机碳的迁移和沉积规律。结果表明,一统峡谷上层沉积物中有机碳含量由坡上、坡中至坡下逐渐降低,依次为1.14%～2.02%、1.01%～1.46%和0.60%～2.15%;东沙群岛海域陆坡上层沉积物中有机碳含量为0.52%～1.35%;4个站位有机碳的垂直变化不具有相似性。研究区域上层沉积物中有机物的红外光谱吸收呈现500～1500 /cm、2300～2500 /cm和3400～4000 /cm 3个集中出峰区;一统峡谷坡上沉积物中有机物红外光谱吸收特征与坡下相近,吸收强度均随深度增加而降低,坡中沉积物中有机物红外光谱吸收强度随深度变化不显著;东沙群岛海域沉积物中有机官能团的红外吸收率在中间层次出现突然增加的现象。研究区域峡谷沉积物中有机物主要由相邻峡谷坡上通过滑坡碎屑流直接运移到坡下,在坡中难以稳定存留;坡中沉积物中有机物被不断扰动而上下混合,其组成的垂直分布较为均匀。     

呼伦湖表层沉积物有机质的释放效应分析

沉积物有机质是湖泊物质循环的重要组成部分之一,研究沉积物有机质的赋存和迁移转化特征对于湖泊生态保护具有重要意义.以位于我国寒旱区的蒙新湖区典型代表湖泊——呼伦湖为例,利用连续提取法、三维荧光激发发射矩阵光谱-平行因子法（EEMs-PARAFAC）和碳稳定同位素（δ13C）、碳氮比值（C/N）指标测定,并结合室内模拟试验,研究了呼伦湖表层沉积物有机质的赋存特征、释放效应及影响因素.结果表明:①呼伦湖表层沉积物有机质含量在26.67~38.09 g/kg之间,其主要组分为胡敏素（HM）,HM占沉积物有机质的相对比例为74.1%.沉积物有机质主要来自于陆源,陆源相对贡献率在80%左右.②沉积物室内静态释放模拟试验结果表明,沉积物有机质释放会导致上覆水中溶解性有机质（DOM）浓度和组分均发生改变,上覆水中溶解性有机碳（DOC）浓度由30.85 mg/L升至37.57 mg/L,类腐殖质组分所占比例升高.沉积物有机质释放还导致上覆水中氮磷浓度升高,其中溶解性总氮（DTN）和溶解性总磷（DTP）的浓度分别升高了0.89和0.16 mg/L.③近年来,呼伦湖流域温度升高,导致呼伦湖沉积物有机质的释放效应增强.研究显示,虽然呼伦湖沉积物有机质主要以难降解组分为主,但是其释放效应对水体碳、氮、磷浓度的影响仍然不容忽视.      

长江中下游浅水湖泊沉积物对磷的吸附特征

研究了长江中下游浅水湖泊1 1个沉积物对磷的吸附等温线及其吸附动力学,并分析了沉积物理化特征对磷吸附特征的影响,研究发现:①沉积物对磷酸盐的吸附主要在前1 0h内完成,在0.5h内吸附反应十分迅速,并逐渐达到吸附平衡;②沉积物本底吸附态磷与其有机质、CEC、总磷、无机磷、有机磷、Fe/Al 磷和总氮显著正相关;对磷酸盐的最大吸附量与其CEC和无机磷、有机质和总磷呈显著负相关;而总最大吸附磷量与其有机质、CEC、总磷、无机磷、有机磷、Fe/Al 磷和总氮含量呈显著正相关;③就目前长江中下游浅水湖泊的水质而言,其沉积物存在解析;沉积物对磷酸盐的吸附 解吸平衡浓度与其有机质,CEC ,总氮,总磷以及各形态磷含量均有显著的正相关关系.本研究条件下,即使是污染较为严重的湖泊,其沉积物也具有向上覆水体释磷酸盐的趋势.     

原始大气的演变与石油天然气的形成

关于石油天然气的形成 ,有机成因说目前已被普遍接受。但天文学家发现宇宙中存在大量天际有机分子 ,其中甲烷是天然气的主要成分 ,这就说明有机物并非是石油天然气的唯一来源 ,石油天然气的形成可能十分复杂 ,是多种因素综合的结果。本文试图从原始地球的原始大气组成入手 ,简要分析其演化历程以及可能形成的有机物 ,重新探讨石油天然气的形成。