不同面源强度影响下城市河流溶解性有机质光谱特征变化

采用紫外-可见吸收光谱（UV-vis）和三维荧光光谱结合平行因子法（EEMs-PARAFAC）研究两条面源输入强度不同的城市河流春夏两季水体中溶解性有机质（DOM）含量和组成变化.结果表明,两条河流夏季水体DOM腐殖化程度和相对分子质量均显著高于春季（P<0.01）. PARAFAC模型共解析出C1（UVC类富里酸）、 C2（类色氨酸）、 C3（类胡敏酸）和C4（UVA类富里酸）这4个化学组分,C1[（31±6）%]和C2[（31±4）%]为水体DOM中主要荧光组分.高面源输入水平的河流春季各组分荧光强度均低于夏季,而低面源输入水平的河流与之相反.随机森林回归模型表明,C3%对河流水质变化敏感度最高（R²=0.75,P<0.001）,具有很好的指示作用;水面覆盖率（Cover）对C4%有显著预测重要性（P<0.001）, C4%易受光化学氧化作用影响.主成分分析（PCA）和Adonis检验表明,氮和磷为水体自生源过程的重要推动力,面源输入强度和季节变化对城市河流水体状况有显著影响（R²=0.775,P<0.001）.城...     

大型通江湖泊有色可溶性有机物对不同水文情景的响应

鄱阳湖和洞庭湖作为我国面积最大的两个通江湖泊,其湖体水质变化对长江干流水质以及湖区周围居民用水安全至关重要.通过三维荧光-平行因子分析得到4个荧光组分,研究两个湖泊的有色可溶性有机物(CDOM)光谱组成在丰、平和枯这3种水文情景下的变化规律,试图揭示鄱阳湖和洞庭湖CDOM来源及组成对不同丰枯情景的响应机制.结果表明:不同水文情景对鄱阳湖CDOM水质参数影响更为显著,CDOM吸收系数a(254)和溶解性有机碳(DOC)浓度表现为丰水期平水期枯水期(t-test,P0.01),CDOM光谱吸收斜率S_(275-295)表现为枯水期平水期丰水期(t-test,P0.01),洞庭湖a(254)在不同水文情景下差异不显著,比紫外吸收系数SUVA_(254)最大值出现在平水期.平行因子分析法解析三维荧光光谱得到4个荧光组分,枯水期两湖CDOM类蛋白组分贡献率较大,平水期类蛋白组分及类腐殖酸组分贡献率大致相当,丰水期两个湖泊类腐殖酸贡献率占主要部分.在空间分布上,枯水期鄱阳湖4个组分的荧光强度在上游南部湖区偏小,北部偏大,丰水期反之,东洞庭湖4个组分的荧光强度在空间差异上表现为枯水期大于丰水期.鄱阳湖DOC浓度对水位的响应更明显(r~2=0.99,P0.01),东洞庭湖类色氨酸组分C2与水位呈显著性负相关关系(r~2=0.99,P0.05).鉴于此,应根据鄱阳湖、洞庭湖CDOM在不同水文情景下的响应特征,有针对性地对湖区水质进行管理.     

不同水文情景下高邮湖、南四湖和东平湖有色可溶性有机物的生物可利用性特征

有色可溶性有机物(CDOM)的生物可利用性直接反映其生物可降解潜力,影响水体中污染物质的迁移转化和水质优劣状况.本研究运用三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)结合室内微生物培养实验,分析了高邮湖、南四湖和东平湖CDOM光谱组成和荧光组分的生物可利用性特征,并进一步阐述其对丰水和枯水两种水文情景的响应.结果表明:①运用EEMs-PARAFAC方法解析出4种荧光组分,微生物作用类腐殖酸C1和陆源类腐殖酸C4,类色氨酸C2和类酪氨酸C3.②3个湖泊丰水期吸收系数差值Δa(254)(培养前-培养后)均为正值,而枯水期Δa(254)部分为负值,这意味着CDOM生物可利用性对季节的响应存在较大差异.③不同水文情境下,南四湖和东平湖类腐殖酸组分%ΔC1、%ΔC4均为负值,南四湖丰、枯水期和东平湖丰水期类蛋白组分ΔC2～ΔC3为正值(t-test,P0.001,P=0.005).而丰水期高邮湖类蛋白组分ΔC2～ΔC3也为正值(t-test,P=0.008,P=0.005),这意味着不稳定类蛋白组分更容易被微生物矿化,可能生成更稳定的类腐殖酸. 3个湖泊腐殖化指数HIX、荧光峰积分比值I_C∶I_T均大于培养前,同时斜率S_(275-295)均减小进一步证实该结论.④丰、枯水期3个湖泊的类蛋白组分C2～C3的生物可利用性在入湖区域较高,同时该类湖泊入湖口区域类腐殖酸累积也较高,因而需要进一步加强入湖河流水质管理,减少外源CDOM输入以确保上述3个湖泊供水安全.     

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.     

磨盘山水库溶解性有机质光谱特性及来源分析

结合紫外可见吸收光谱与三维荧光光谱法,利用平行因子分析方法研究哈尔滨市磨盘山水库水体中的溶解性有机质（DOM）。结果表明,水体DOM吸收系数α355平均值为（4.71±0.66）m-1,表明水库中有色溶解性有机质（CDOM）较高;水库水体DOM存在3个荧光组分,分别为类腐殖质C1（345 nm、440 nm）、类腐殖质C2（285 nm、405 nm）和类富里酸组分C3（275 nm、475 nm）;C1、C3呈现显著的正相关性,自生源指数与C1呈显著的负相关性;类腐殖质的荧光强度在深层水体中逐渐增加,且深层水体的腐殖化程度较高,较为稳定;水库中心水体中DOM的自生源特征较其他区域明显,浮游植物和细菌的有机体降解产物增加。     

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...     

鄱阳湖丰枯情景对有色可溶性有机物生物可利用性及收支平衡的影响

鄱阳湖水力连通特征季节差异显著,研究不同水文情景下湖泊调蓄对有色可溶性有机物(CDOM)来源组成、生物可利用性和碳收支平衡的影响对揭示通江湖泊碳循环、水体有机物迁移转化和水资源管理具有重要意义.通过平行因子分析法对鄱阳湖CDOM三维荧光光谱解析得到3个荧光组分,分别为类腐殖质(C1)、类色氨酸(C2)和类酪氨酸(C3)...     

Composition analysis of colored dissolved organic matter in Taihu Lake based on three dimension excitation-emission fuorescence matrix and PARAFAC model, and the potential application in water quality monitoring

Taihu Lake is one of the five biggest lakes in China. Surface water samples from 26 sampling sites of Taihu Lake were collected. Furthermore wet chemical analysis (CODCr and BOD5) and measurement of three dimensional excitation-emission matrix (3DEEM) spectra in the laboratory have been conducted. Using parallel factor analysis (PARAFAC) model, three components of colored dissolved organic matter (CDOM) have been identified successfully, based on the analysis of 3DEEM data. The characteristics of the three components also have been described by comparing them to some components of CDOM, identified in earlier researches. Meanwhile, spatial variations of concentration for the three components in Taihu Lake have been analyzed, and the result indicates that the concentration of component 1 depends more on the situation of wastewater pollution and can be used as the indicator of wastewater pollution. The relationship between the concentrations of the three components and results of the wet chemical analysis show that none of the three components can be used as indicators of gross organic matter in water. However, the concentrations of all the three components have obvious linear relationships with the BOD5 value, especially for component 1 (r=0.72878). Finally, the potential applications of the composition analysis based on 3DEEM and PARAFAC model in water quality monitoring have been illuminated.     

利用PARAFAC及SOM研究不同来源及粒径胶体的三维荧光光谱特征

利用三维荧光光谱法(3D-EEM)结合平行因子分析(PARAFAC)和自组织神经网络分析(SOM),解析了不同来源水体中不同粒径胶体的荧光特性,同时与挑峰法进行比较,以期寻找一种更好的分析天然胶体来源、粒径、荧光特性间关系的方法.基于PARAFAC模型,研究区水体中不同粒径胶体共解析出2个类腐殖质荧光峰(C1和C3)及3个类蛋白荧光峰(C2、C4和C5).其中,300 k Da~1μm分级胶体荧光强度最高,C1、C2、C3组分的荧光强度随粒径增大而增强,C4、C5组分的荧光强度随粒径增大而减弱.不同来源胶体(生活污水:进水和出水;农业污水:大盈和天恩桥;天然水体:吴淞口)的荧光强度变化大致规律为:吴淞口进水大盈天恩桥出水.SOM分析结果与PARAFAC一致,且可视化程度更高,但EEM-SOM模型存在输入变量多、兼具挑峰法缺点的问题.而PARAFAC-SOM模型不仅兼具了前两者的优点,还具有输入变量少、运行时间短、可靠性高等优点.同时,该模型还成功应用于胶体其他理化参数的分析(Parameters-SOM模型),使得前期工作结果系统性更强、更直观.因此,PARAFAC-SOM模型是相对较好的分析天然胶体来源、粒径、荧光特性间关系的方法.     

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.