思林水库荧光溶解性有机质的特征、来源及其转化动力学

利用三维荧光光谱(EEM)结合平行因子分析(PARAFAC),研究了思林水库冬季(1月)、春季(4月)、夏季(6月)和秋季(10月)上游入库水体、库区表层水(0 m)、库区深层水(20 m)、出库水体的荧光溶解性有机质(FDOM)不同组分的特征、来源及其转化动力学.结果表明,思林水库的溶解性有机质由3种荧光组分组成,分别是:陆源类腐殖质(C类,C1)、浮游植物源的微生物类腐殖质(M类,C2)和浮游植物源的类蛋白或类色氨酸或类酪氨酸(C3).其中陆源类腐殖质的荧光强度随着入库水、库区表层水、库区深层水和出库水逐渐减少,这表明由于光化学作用、微生物作用、大坝拦截效应等环境因素的影响,类腐殖质随着水体由入库向出库的流动而逐渐降解.相反,微生物类腐殖质(M类)的荧光强度结果表明,在入库-出库过程中,微生物类腐殖质处于产生及部分或完全降解的波动中,这表明微生物类腐殖质是浮游植物的原生产物,并且对于光化学作用、微生物作用和大坝拦截效应有很强的不稳定性.类蛋白或类色氨酸或类酪氨酸主要新产生于夏季和秋季的表层水体中,在冬季和春季表层和深层水体中也有产生;并在出库过程中逐渐减少.这表明类蛋白或类色氨酸或类酪氨酸是浮游植物的原生产物;并且它们受到光化学作用、微生物作用和大坝拦截效应的共同影响,在表层和深层水中生成和降解.因此,这些结果意味着通过平行因子分析确定的荧光溶解性有机质组分的方法,对于更好地理解溶解性有机质在水库水体的转化动力学机制至关重要.     

思林水库荧光溶解性有机质的特征、来源及其转化动力学

利用三维荧光光谱(EEM)结合平行因子分析(PARAFAC),研究了思林水库冬季(1月)、春季(4月)夏季(6月)和秋季(10月)上游入库水体、库区表层水(0m)、库区深层水(20m)、出库水体的荧光溶解性有机质(FDOM)不同组分的特征、来源及其转化动力学。结果表明,思林水库的溶解性有机质由3种荧光组分组成,分别是:陆源类腐殖质(C类,C1)、浮游植物源的微生物类腐殖质(M类,C2)和浮游植物源的类蛋白或类色氨酸或类酪氨酸(C3)。其中陆源类腐殖质的荧光强度随着入库水、库区表层水、库区深层水和出库水逐渐减少,这表明由于光化学作用、微生物作用、大坝拦截效应等环境因素的影响,类腐殖质随着水体由入库向出库的流动而逐渐降解。相反,微生物类腐殖质(M类)的荧光强度结果表明,在入库-出库过程中,微生物类腐殖质处于产生及部分或完全降解的波动中,这表明微生物类腐殖质是浮游植物的原生产物,并且对于光化学作用、微生物作用和大坝拦截效应有很强的不稳定性。类蛋白或类色氨酸或类酪氨酸主要新产生于夏季和秋季的表层水体中,在冬季和春季表层和深层水体中也有产生;并在出库过程中逐渐减少。这表明类蛋白或类色氨酸或类酪氨酸是浮游植物的原生产物;并且它们受到光化学作用、微生物作用和大坝拦截效应的共同影响,在表层和深层水中生成和降解。因此,这些结果意味着通过平行因子分析确定的荧光溶解性有机质组分的方法,对于更好地理解溶解性有机质在水库水体的转化动力学机制至关重要。     

金泽水库上游来水及库区水质变化时空分布特征

金泽水库是上海西南五区的主要饮用水源,上游太浦河来水及库区水质变化对水库运行和相应供水系统供水水质有重要影响.基于常规水质指标应用主成分分析法评价了不同季节金泽水库上游来水及库区水质变化;利用平行因子(PARAFAC)分析了金泽水库上游来水及库区水中荧光溶解性有机质(FDOM)组成结构及分布特征;通过相关性分析分析了水体荧光强度与常规水质指标间的关系.结果表明,金泽水库上游来水及库区冬季水质最差,库外断面水质受外源污染逐步恶化,经过库区生态净化作用后水质有所提升;水体FDOM主要由类蛋白类和类腐殖质类组分构成,类蛋白物质为主要组分,各组分呈现出明显的时空分布特征,外源污染是影响库外断面FDOM总荧光强度的主要因素,生态环境是影响库内FDOM总荧光强度季节性波动的主要因素. FDOM总荧光强度呈现上游低下游高的趋势,与水中NH4+-N、石油类、TOC、氯化物和硫酸盐含量显著相关,通过检测FDOM总荧光强度可实现对水体水质的快速分析并发挥预警和指示作用.     

浑太水系水体中不同粒径有机胶体荧光光谱特性

将超滤系统与孔径(相对分子质量)为100×103和1×103超滤膜结合,对浑太水体中总溶解有机质(DOM)进行分级,并运用三维荧光光谱技术对不同级有机质的荧光光谱特性进行了对比分析.结果表明,浑太水系水体的荧光图谱表现为紫外光区类腐殖质、可见光区类腐殖质、类色氨酸(短波和长波激发峰)4个荧光峰,其中,类腐殖质荧光物质主要赋存于胶体形态(相对分子质量<100×103)和真溶解态(相对分子质量<1×103)中,由于类蛋白物质与水体中胶体的相互作用,使得胶态类蛋白荧光物质也占有相当大的比例.峰、枯两水期相比,丰水期由于陆源汇流的冲击作用,阻止了胶体颗粒的凝聚,使DOM中小胶态和真溶解态有机质所占的质量分数较高.通过比较不同粒径有机质的荧光指数、生物源指数、腐殖化指数以及DOM与荧光强度的相关性分析可以得出,真溶解态中腐殖质主要源自于内源作用,而胶态腐殖质具有陆源特征,新产生的有机质在真溶解态中占有更大的比例,水体中类腐殖质是溶解有机碳(DOC)的主要来源,但由于浑太水系各采样断面存在不同程度的污染,类蛋白物质对DOC的贡献也不能忽略.     

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.     

辽河流域与英国中部河湖水体中溶解有机质的荧光特性

运用三维荧光光谱技术对辽河流域和英国中部水体中溶解有机质(DOM)的荧光光谱特性进行了分析.结果表明,辽河流域各研究水体中DOM包含4种荧光组分,即类色氨酸、类酪氨酸、可见光区和紫外光区类腐殖质,通过对荧光特性定量指标的分析可知,辽河流域各研究断面水体中类腐殖质物质内源作用大于陆源,DOM具有较强的新近自生源,各河流水体中DOM腐殖化程度顺序为:浑河中游海城河中游蒲河下游太子河下游.相比之下,英国河湖中,除了River Tame含有以上4种荧光组分外,其它水体中均没有发现类酪氨酸荧光物质,甚至在River Tern中仅含有类腐殖质荧光物质,河湖中DOM含有较少的新近自生源组分,以陆源影响为主.另外,辽河流域水体中类蛋白与类腐殖质荧光峰强度比值大于英国各河流水体的平均值.由此可以推断,辽河流域各研究断面大量污染物的输入,是造成其严重内源污染的主要原因,从而使水体中DOM含量增加,英国各河流断面其DOM主要来自于水体本身存在的大量微生物和浮游植物的代谢活动以及土壤有机质经雨水的冲刷流入水体的贡献.     

夏季闽江CDOM的空间分布与降解特征

利用三维荧光光谱-平行因子分析技术(EEMs-PARAFAC)以及微生物和光降解实验等方法,分析夏季闽江下游-河口区有色溶解有机质(CDOM)的组成、分布及其降解特征.结果表明,闽江下游-河口区CDOM存在三类荧光组分:类腐殖质、类酪氨酸和类色氨酸;类腐殖质是河段CDOM的主要荧光组分,在河口区随着盐度增加主要的荧光组分逐渐变为类蛋白质.CDOM的丰度变化呈现出明显的空间分布格局:河段CDOM的吸收系数a(280)较低,进入市区后有所增加,到了郊区呈现下降的趋势,而在河口区迅速下降;保守估计福州市区对闽江CDOM的贡献为8%.河段a(280)易被微生物降解和光降解,降解率分别为(28±8)%和(44±7)%,其生物可利用性和光化学活性远高于受海源CDOM影响的河口区;类腐殖质、类酪氨酸和类色氨酸荧光组分在河段具有较高的光化学活性,降解率分别为(75±0.5)%、(58±21)%和(73±3)%,但不易被微生物降解,而且在28 d微生物培养后出现类腐殖质的累积.     

微生物降解影响下湖泊草源DOM与重金属的相互作用

通过微生物降解实验以及荧光滴定法研究草源溶解性有机质（DOM）光谱特性的不同以及铜（Cu）与草源DOM在微生物降解影响下的相互作用.三维荧光光谱结合PARAFAC分析显示,草源DOM含有3个荧光组分,新鲜的草源DOM以类蛋白质组分C2为主,微生物降解之后类腐殖质组分C1和C3成为草源DOM中的主要物质.二维相关光谱（2D-COS）,表明类蛋白物质在微生物降解过程中比类腐殖物质有着更高的敏感度和更快降解速率.并且随着Cu的增加,草源DOM中所有组分的荧光强度在微生物降解前后均发生明显猝灭.草源DOM原始样品中类腐殖质组分的络合常数大于类蛋白质组分,说明相比于类蛋白质组分,原始草源DOM中的类腐殖质组分有着更高的金属结合能力.而类蛋白质组分的络合常数在微生物降解之后的草源DOM中却高于类腐殖质组分.微生物降解对草源DOM的光谱特性以及金属结合能力有着显著影响,并对湖泊中重金属的生物有效性以及生态风险有着重要的意义.     

微生物降解影响下湖泊草源DOM与重金属的相互作用

通过微生物降解实验以及荧光滴定法研究草源溶解性有机质（DOM）光谱特性的不同以及铜（Cu）与草源DOM在微生物降解影响下的相互作用.三维荧光光谱结合PARAFAC分析显示,草源DOM含有3个荧光组分,新鲜的草源DOM以类蛋白质组分C2为主,微生物降解之后类腐殖质组分C1和C3成为草源DOM中的主要物质.二维相关光谱（2D-COS）,表明类蛋白物质在微生物降解过程中比类腐殖物质有着更高的敏感度和更快降解速率.并且随着Cu的增加,草源DOM中所有组分的荧光强度在微生物降解前后均发生明显猝灭.草源DOM原始样品中类腐殖质组分的络合常数大于类蛋白质组分,说明相比于类蛋白质组分,原始草源DOM中的类腐殖质组分有着更高的金属结合能力.而类蛋白质组分的络合常数在微生物降解之后的草源DOM中却高于类腐殖质组分.微生物降解对草源DOM的光谱特性以及金属结合能力有着显著影响,并对湖泊中重金属的生物有效性以及生态风险有着重要的意义.     

典型岩溶水系统中溶解性有机质的运移特征

西南岩溶水系统中有机质和养分有独特的产生、分解和保存方式,了解有机质与养分循环耦合机制是恢复和优化调控这些脆弱生态系统退化的科学基础.以桂林寨底地下河系统为研究对象,对岩溶地下水的补给、径流、排泄过程中DOM的性质和行为变化进行示踪分析,为深刻认识岩溶地下水DOM的生物地球化学循环提供科学依据.结果表明共检验出3种DOM荧光组分,其中C1、C2为陆源输入的类腐殖质荧光有机物,C3则为内源类蛋白酪氨酸荧光有机物.DOM荧光组分以陆源类腐殖质荧光组分为主,反映了夏季丰水期外源输入对地下水系统DOM的重要贡献.与传统理化指标相比,岩溶地下水系统的DOM空间变化更加明显,也更能反映出地下水系统的细微变化.传统的理化指标主要反映地下河系统的区域特征,而DOM荧光组分则更多地反映了采样点的类型差异.     

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.     

污水处理厂污泥水溶解性有机物的光谱特性分析

污泥水是污水处理厂污泥浓缩、稳定、脱水等环节产生的废水,具有污染物浓度高、成分复杂的特点.采用三维荧光光谱和红外光谱研究了污泥水中溶解性有机物(DOM)的光谱特性.污泥水荧光性DOM(FDOM)可利用平行因子分析划分为6个荧光组分,分别为类蛋白质组分C1(275/355 nm)、C4(235/350 nm)和C6(275/305 nm),及类腐殖酸组分C2(250,340/440nm)、C3(320/380 nm)和C5(250/465 nm).重力浓缩和机械浓缩污泥水中COD与所有类腐殖酸组分均正显著相关(P0.01),类蛋白质组分对其影响不大.离心脱水污泥水中组分C1、C4和C5含量明显上升.深度脱水污泥水中FDOM荧光峰位置和强度与其它污泥水存在显著差异,C3和C6分别较离心脱水污泥水升高15.63和7.30倍.与浓缩污泥水相比,离心脱水污泥水中多糖和腐殖酸吸收峰增强,而深度脱水污泥水中蛋白质大量释放,金属离子会与腐殖酸和蛋白质络合引起DOM结构变化.     

城镇化河流溶解性有机质的荧光特性与水质相关性:以宁波市北仑区芦江为例

以宁波市北仑区芦江为例,利用三维荧光技术分析城镇化河流水体荧光溶解性有机物（FDOM）组成结构及其空间分布特征,研究FDOM与河流水质的相关性.结果表明,FDOM由类酪氨酸、类色氨酸、类溶解性微生物副产品、类富里酸物质组成,以类蛋白组分为主要成分,占总荧光强度的比例高达83.8%,而类腐殖物质的含量较少.各组分荧光强度与氮、磷、金属含量呈显著正相关,表明FDOM与氮、磷等元素的迁移转化有关;FDOM呈现明显的空间分布格局,上游水体FDOM含量较低受人类活动影响较小,下游FDOM含量较高呈现城镇河段排放分布特征;表明人类活动对河流水质及FDOM含量和组成均产生重要影响.     

小球藻来源溶解有机质的光化学降解特性

利用三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)手段结合吸收光谱分析,研究了小球藻指数期和稳定期培养液中溶解有机物(DOM)在秋季天然太阳辐射作用下的光降解动力学特征.结果表明,小球藻生长过程中除能产生短波激发类腐殖质组分C1(其荧光峰的激发/发射波长位置为240,335 nm /406 nm)及类蛋白质组分C3(225,275 nm/334 nm)外,还会形成长波激发类腐殖质组分C2(260,395 nm /502 nm),表明C2组分并非仅有传统认为的陆源属性,同时也具有自生源属性.稳定期培养液的吸收光谱在250~300 nm范围内出现的肩峰,可用于指示水环境中现场自生源的贡献.不同生长时期培养液中DOM的吸收系数和荧光组分的降解动力学都符合一级反应方程.稳定期类腐殖质荧光组分(C1和C2)的光降解程度略高于指数期,但指数期类色氨酸组分(C3)的光降解程度略高于稳定期.经太阳辐照6 d后,小球藻培养液的吸收系数a₃₅₀及各荧光组分的平均损失率分别达到83.0%、84.0%、64.8%和80.0%,对应的半衰期只有1.6~5.0 d,揭示出藻类自生来源的DOM具有很强的光化学降解活性.     

鄱阳湖沉积物溶解性有机质光谱特征

目前针对鄱阳湖流域沉积物溶解性有机质(DOM)光谱特征的研究仍较少,因此基于紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术,并结合平行因子分析法(PARAFAC),对鄱阳湖沉积物中DOM的物质组成和来源特征进行了解析.结果表明,鄱阳湖沉积物DOM的腐殖化程度较高,是陆源输入和藻类、浮游生物等内源产生的混合型,且以陆源输入为主.与碟形湖区相比,通江水域沉积物DOM的有色溶解性有机质浓度更高、 DOM粒径更大且芳香性及腐殖化程度更高.通过PARAFAC共解析出3个类腐殖质组分(C1、 C2、 C4)和1个类蛋白组分(C3).与碟形湖相比,腐殖质组分均表现为通江水域更高,其中C1组分在两区域的占比均为所有组分中最高,前者为42%,后者为46%.空间分布上,4个组分荧光强度总体上呈现东高西低的趋势,高值主要分布在都昌和南矶湿地水域附近,分析主要与丰水期水位上涨、大量植物被淹死亡和人类活动有关.主成分分析结果表明,湖区不同沉积物DOM荧光组分差异较小,但以碟形湖区沉积物DOM腐殖化程度略高.     

北运河水体中荧光溶解性有机物空间分布特征及来源分析

利用激发发射矩阵荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC),研究了北运河荧光溶解有机物(fluorescent dissolved organic matter,FDOM)的荧光组分及其空间分布特征,并对各河段FDOM的来源进行了分析.结果表明,北运河水体FDOM的组分中,代表类腐殖物质的组分含量较多,占总荧光强度平均比例的76.18%,而类蛋白质物质占23.82%.各组分荧光强度与氮、磷等污染物呈显著相关关系,说明FDOM与氮、磷等元素的迁移转化有关系;溶解性有机质呈现出明显的空间分布格局,从上游到下游为先降低后升高.上游区域的FDOM含量受工业废水和沿岸农业径流的影响,溶解性有机质含量较高;中游区域主要受少量生活废水排放的影响,溶解性有机质含量较低;下游区域FDOM来源于周边畜禽养殖废水、生活污水、乡镇工业废水和农田退水等,该区域类蛋白物质的相对丰度明显增加,溶解性有机质含量最高.污水处理厂出水中DOM的含量较高,表明污水处理效果有待进一步提高.     

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.