城市不同类型水体有色可溶性有机物来源组成特征

过去几十年里,我国飞速的工业活动和城市化进程对城市地表水体生态系统产生巨大影响,地表水体水质变化直接影响城市居民用水安全、城市景观维护及城市热点区域碳循环过程.通过2020年6月采集长春市各类水体（城市河流、公园湖泊及水库）共50个样品,结合光谱吸收及三维荧光光谱-平行因子分析法（EEMs-PARAFAC）分析了各类水体的有色可溶性有机物（CDOM）光学特性、组成特征及潜在来源.结果表明,长春市城市河流DOC浓度显著高于水库水体（t-test,P<0.05）.城市河流水体的CDOM吸收系数a₂₅₄均值显著大于公园湖泊和水库（t-test,P<0.05）,表明城市河流水体中CDOM浓度最高.CDOM光谱吸收斜率S_275-295与光谱吸收斜率比S_R均值均表现为公园湖泊>水库>城市河流（t-test,P<0.001）.平行因子分析法解析三维荧光光谱得到3个荧光组分,陆源类腐殖酸C1（E_x=260 nm,E_m=452 nm）、微生物作用类腐殖酸C2（E_x=245/290 nm,E_m=388 nm）和类色氨酸C3（E_x=275 nm,E_m=340 nm）.城市河流水体各组分荧光强度均值均显著高于公园湖泊与水库（t-test,P<0.005）,水库水体陆源类腐殖酸C1荧光强度均值显著高于微生物作用类腐殖酸C2和类色氨酸C3（t-test,P<0.005）,城市居民生活污水排放对长春市城市水体,尤其是城市河道中有机碳贡献较大,且该部分有机质中微生物降解潜力强的类蛋白组分贡献率高.因此,应加强城市污水排放管控以有效保障长春市城市水体经济、环境与生态功能的发挥.     

地下水中溶解性有机物的季节变化特征及成因

为阐明地下水中溶解性有机物(DOM)的分布特征与环境效应,联合三维荧光光谱、平行因子分析及主成分分析,研究了地下水中DOM的来源及随季节和空间变化特征,探究了地下水DOM组成对无机盐分布的影响.结果显示,地下水DOM主要来自微生物源,可鉴别出4种荧光组分,4种组分中,组分1和3为类蛋白组分,组分2和4属于类腐殖质组分.类蛋白组分来源差异较大,组成不稳定,其含量随季节变化明显,春冬季含量低而夏秋季含量高;类腐殖质组分来源相似,组成稳定,随季节变化小.两类荧光组分,尤其是类蛋白组分,是地下水氨氮的主要来源,可以影响地下水pH值.结果表明,三维荧光光谱结合平行因子和主成分分析,可以解析地下水中有机物的组成特征和季节变化规律.     

Fluorescence excitation–emission matrix spectra coupled with parallel factor and regional integration analysis to characterize organic matter humification

The present several humification indexes cannot provide the whole fluorescence information on organic matter composition and the evaluation results from them are inconsistent sometimes. In this study, fluorescence excitation–emission matrix spectra coupled with parallel factor analysis and fluorescence regional integration analysis were utilized to investigate organic matter humification, and the projection pursuit cluster (PPC) model was applied to form a suitable index for overcoming the difficulties in multi-index evaluation. The result showed that the ratio between the volume of humic- and fulvic-like fluorescence region and the volume of protein-like fluorescence region not only revealed the heterogeneity of organic matter, but also provided more accurate information on organic matter humification. In addition, the results showed that the PPC model could be used to characterize integrally the humification, and the projected characteristic value calculated from the PPC model could be used as the integrated humification evaluation index.     

利用UV-vis及EEMs对比冬季完全混合下两个不同特征水库溶解性有机物的光学特性

结合紫外吸收光谱(UV-vis)与三维荧光光谱技术(EEMs),并利用平行因子分析的方法,对两个混合型水库(周村水库和金盆水库)水体中DOM的来源及差异性进行了分析.结果显示,两个水库水体均存在3个荧光组分,分别为长波类腐殖质(350/460 nm)、可见类富里酸(335/410 nm)和类蛋白(260,285/360 nm).但是两水库水体的DOM荧光强度及组分构成比例均存在显著差异(P0.01),两个水库均以类腐殖质为主,但相比金盆水库,周村水库水体中类腐殖质含量相对较低,类蛋白含量较高.周村水库DOM组分间的相关性大于金盆水库,表明后者的DOM来源更为复杂.通过荧光指数FI,自生源指标BIX,腐殖化指标HIX以及新鲜度指数(β∶α)综合对比表明:冬季,在径流量小的情况下,以耕地、畜牧、居民用地为主,沉积物内源污染严重的周村水库水体的DOM以自生源为主;沿岸以森林生态系统为主的金盆水库的DOM则来自混合输入.结果表明混合型水库水文条件及沿岸生态环境特征是决定DOM来源与特征的关键因素之一.     

江汉平原中部浅层地下水中氨氮的有机质来源探究

江汉平原地下水氨氮浓度普遍超标，但是氮污染来源尚不明晰，尤其是对潜在的有机来源氮的认识还很不充分。本研究对江汉平原中部浅层地下水和沉积物中的溶解性有机质（Dissolved organic matter，DOM）荧光组分与氨氮关系进行了调查研究，并对沉积物的氮形态进行分析，探讨了沉积物中有机质向氨氮的潜在转化过程。研究表明研究区内浅层地下水中广泛分布溶解性有机碳与NH₄⁺，并且两者浓度呈现正相关关系（R²=0.42，p<0.01），该区域地下水呈现强还原环境有利于DOC与NH₄⁺的赋存。DOM荧光光谱谱图的平行因子分析（Parallel factor analysis，PARAFAC）结果表明：地下水与沉积物中DOM均含有类氨基酸与类富里酸组分。有机质组分荧光强度与氨氮浓度相关性结果表明：沉积物DOM中类富里酸和类氨基酸组分与氨氮均呈现强正相关性（R²=0.92~0.96，p<0.01）；地下水中DOM类富里酸组分与氨氮呈现较强的正相关性（R²=0.62~0.66，p<0.01），而类氨基酸组分与氨氮的正相关性不明显。地下水中相较沉积物中，DOM的类富里酸和类氨基酸组分与氨氮相关性减弱，这种变化可能指示了类富里酸稳定赋存在含水层，而类氨基酸更容易分解消耗。沉积物中凯氏氮占总氮的87.04%~93.51%，表明沉积物中的氮主要为可以转变为NH₄⁺的有机氮形态，因而满足了地下水中的NH₄⁺由沉积物有机氮转化产生的必备条件。江汉平原沉积物中有机氮的分解是浅层地下水氨氮的重要来源。     

河流底泥DOM、营养盐与重金属空间分异特征及响应关系

为探究河流底泥中的溶解性有机物(DOM)和营养盐对重金属迁移转化的影响,以沈阳市新穆河、南小河和老背河为研究对象,利用三维荧光光谱,结合平行因子(PARAFAC)、主成分分析(PCA)和结构方程模型(SEM)研究了底泥中的DOM、营养盐与重金属的空间分异特征及DOM与营养盐对重金属的响应关系.结果表明,3条河流底泥中的总氮(TN)和总磷(TP)呈重度污染状态.南小河底泥中的ω(Zn)、ω(As)、ω(Cu)、ω(Ni)和ω(Cd)分别是辽宁省土壤背景值的2.48、 1.02、 3.45、 3.00和39.05倍,老背河的ω(Zn)、ω(Cu)和ω(Cd)分别是背景值的2.56、 1.92和8.00倍,新穆河的ω(Zn)和ω(Cu)分别是背景值的1.40和1.10倍,总体上3条河流均存在重金属累积现象,累积严重程度为：南小河>老背河>新穆河,其中南小河和老背河Cd污染严重.应用PARAFAC共解析出5类DOM组分,分别为类色氨酸、酚类络合物、微生物代谢产物、类富里酸和类胡敏酸,其中类富里酸和类胡敏酸丰度较高;基于PCA分析,新穆河底泥污染的主控因子为TN、 TP、类富里酸和类...     

哈尔滨市降雪中溶解性有机物光谱特性分析

研究雨雪中的溶解性有机物(DOM)将有利于把握其理化性质及其在生态系统中的行为和功能.本研究运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析(PARAFAC)、紫外-可见光谱技术(UV-vis),对哈尔滨市2018年3月1日降雪样品中DOM的光谱特性及来源进行解析.结果表明,降雪样品中DOM的相对分子质量较大,芳香构造程度较高,C=C不饱和双键结构较多,腐殖化程度更高,结构更复杂,芳环上含氧官能团含量较少,有机质疏水性较强;EEMs结合PRAFAC解析出3种组分,分别为类腐殖质类物质(C₁和C₂)和类色氨酸(C₃),荧光特征参数(荧光指数FI、自生源指数BIX、腐殖化系数HIX_b和新鲜指数β∶α)表明,降雪样品中DOM受陆源和生物源同时作用,腐殖化程度较高且受到陆源影响严重,自生源组分较少,新生成的DOM比例较低.     

蓝藻衰亡过程中上覆水溶解性有机物变化特征

为探究蓝藻水华衰亡过程中溶解性有机物（DOM）的迁移转化机制,本文对蓝藻衰亡过程进行室内模拟实验,基于紫外-可见光谱（UV-vis）和三维荧光光谱（EEMs）表征上覆水溶解性有机物的光谱特征,同时分析水质理化指标及溶解性有机碳（DOC）、溶解性无机碳（DIC）含量变化.结果表明,蓝藻衰亡初期阶段释放出大量有机质,溶解氧（DO）急剧降低,随着反应时间延长,DOC逐渐转变为DIC,改变了水体氧化还原环境和酸碱环境;UV-vis光谱显示蓝藻衰亡释放出大量芳香性很高、腐殖化程度高的DOM,并且DOM随反应时间被逐渐降解.通过三维荧光光谱平行因子分析（EEM-PARAFAC）,解析出3种荧光组分,分别为难降解的类腐殖质（C1）,藻类产生的类蛋白质色氨酸（C2）,以及与微生物活动有关的类腐殖质富里酸（C3）.蓝藻衰亡产生的类蛋白质大部分被微生物降解成类富里酸,异养型微生物促进了藻源性DOM的生成,同时也加快了对新生DOM的降解.蓝藻衰亡产生的DOM最终大部分转化为较难降解类腐殖质.对水质参数、UV-vis光谱和EEMs光谱参数进行相关性分析可知,ORP与DO呈显著正相关（P<0.05）,pH与DOC呈显著负相关（P<0.05）,与DOC向DIC转变趋势相吻合;C1与Fn₃₅₅有显著正相关关系（P<0.05）,C2与DOC和Fn₂₈₀都有显著正相关关系（P<0.05）,C3与FI、BIX以及β∶α呈显著正相关（P<0.05）,这些光谱参数的变化趋势与DOM组分变化一致.综上所述,通过对蓝藻水华衰亡过程中上覆水DOM的水质特征和光谱特征的探究,为分析湖泊DOM的动态迁移转化和碳循环的变化提供技术支持.     

污水厂深度处理过程中有机物三维荧光光谱的平行因子分析研究

基于三维荧光光谱考察了污水厂深度处理过程中溶解性有机物(DOM)的荧光组分特征,结合平行因子分析(PARAFAC)解析出3个荧光组分,包括2个腐殖质类物质(C1、C3)和1个色氨酸类蛋白物质(C2).臭氧工艺对组分C1、C2、C3去除率分别为69.1%、71.5%和66.5%,表明臭氧对DOM有较好去除效果.三维荧光光谱结合PARAFAC分析能够较好反映水中DOM的去除情况,有利于污水处理效果的定性分析、定量评价,易于实时在线监测.     

黄河兰州段水体中有色溶解性有机质组成、空间分布特征及来源分析

利用紫外-可见吸收光谱、激发发射矩阵荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC),分析黄河兰州段水体有色溶解有机质(CDOM)的组成、空间分布以及来源.结果表明,黄河兰州段水体CDOM可能是由芳香性结构的小分子组成,解析出的4个组分中,类蛋白质(1个组分)含量最多,占总荧光强度的51.06%,类腐殖质(2个组分)次之,占36.74%,非类腐殖质(1个组分)最少,占12.20%,类蛋白质组分和类腐殖质组分来源不同.CDOM属于"类蛋白质-类腐殖质"复合主导型,以生物来源的类蛋白质为主.从上游到下游河段,CDOM的空间分布格局大体有一个先降低再升高再降低的过程,其趋势主要受到类蛋白质含量变化的影响.类蛋白质的含量受到了居民/商业污水排放、河岸及水上餐饮、娱乐设施、船舶运输以及少量工业企业废水排放等各种高强度人为活动干扰.黄河流经兰州市受到了一定的内源污染,建议对黄河兰州段水体进行内源污染的控制.