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.     

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.     

有色可溶性有机物在线荧光技术在水质监测中的应用

FDOM（荧光有机物）在线荧光探头是采用激发波长370 nm和发射波长460 nm下荧光强度来计算水体CDOM（有色可溶性有机物）丰度的传感器,为探究该传感器在内陆水体水质监测中的应用和适用性,以水源供给水库千岛湖为案例,通过FDOM荧光探头监测该湖泊不同季节CDOM丰度,结合CDOM光谱吸收、ρ（DOC）（DOC表示溶解性有机碳）、ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（COD_Mn）、ρ（DTN）（DTN表示溶解性总氮）、ρ（DTP）（DTP表示溶解性总磷）和ρ（Chla）等水质参数数据,揭示FDOM荧光强度与其他水质参数的耦合关系,检验FDOM荧光探头对有机物的监测能力.结果表明:①2014年5月千岛湖TLI平均值（38.4±4.4）显著高于2018年10月TLI平均值34.9±3.0（t-test,P < 0.001）,根据TLI及各水质参数平均值判定该湖处于中贫营养状态.②大部分水质参数呈现出由西北入湖河口向下游大坝出水口方向递减的趋势,表明上游新安江对该湖有机物具有较大的贡献.③FDOM荧光强度与CDOM吸收系数a（254）（R2=0.91,P < 0.01）、a（350）（R2=0.90,P < 0.01）均呈极显著正相关且具有较高的线性拟合优度,这意味着FDOM荧光强度可以很好地表征CDOM丰度.④FDOM荧光强度与ρ（DOC）（R2=0.49,P < 0.01）、ρ（TN）（R2=0.61,P < 0.01）、ρ（TP）（R2=0.75,P < 0.01）、ρ（COD_Mn）（R2=0.35,P < 0.01）、ρ（DTN）（R2=0.59,P < 0.01）、ρ（DTP）（R2=0.56,P < 0.01）、ρ（Chla）（R2=0.68,P < 0.01）均呈极显著正相关且与大多数水质参数具有相似的分布特征,并且能很好地识别潜在污染物高值区.研究显示,荧光探头在可见波长下所得陆源类腐殖酸FDOM荧光强度能很好地成为潜在污染物替代指标,并能有效呈现有机物分布特征,因而该技术在饮用水湖泊水质监测中具有潜在广阔的应用前景.      

浙皖丘陵区饮用水水库夏季有色可溶性有机物光谱特征及环境指示意义

大型水库是我国特大、大中型城市集中式饮用水供水源地且兼具调蓄洪峰、农田灌溉、旅游观光等多种功能.浙皖丘陵地区饮用水水库分布广泛,夏季因藻类增殖而面临一定的水质风险.本研究借助总氮（TN）、总磷（TP）、叶绿素（Chl a）、透明度（SDD）等水质参数,以及基于以上参数所构建的综合富营养指数（TLI）,结合有色可溶性有机物（CDOM）吸收光谱、三维荧光光谱（EEMs）及平行因子分析法（PARAFAC）,试图揭示浙皖丘陵地区共计12个饮用水库夏季营养水平、CDOM光谱特征及环境指示意义.结果表明,本研究调查水库的TLI处于25.0～48.8范围内,属中营养水平,对应a₂₅₄为7.0～10.2 m^-1.TP与Chl a、TLI、a₂₅₄、陆源类腐殖酸C2均具有显著的相关性（p<0.01）,表明TP是饮用水水库藻类增殖的主要制约因子,且与TLI关联密切.水库中Chl a浓度普遍较低,平均值为（8.4±5.7）μg·L^-1,且与类酪氨酸C1、类色氨酸C3不存在显著相关性（p>0.05）,说明藻源C...     

嘉陵江南充段枯水期叶绿素a与营养盐的空间分布特征

在嘉陵江南充段及其主要入江支流布设18个采样点,测定总氮、总磷和叶绿素a等水质参数,探讨叶绿素a和氮磷有机物空间分布特征及其潜在影响因素,并运用修正的卡尔森营养状态指数（TSI）评价嘉陵江南充段及其主要入江支流采样点富营养化水平。结果表明：嘉陵江南充段氮磷元素及叶绿素a表现出南充市市区段浓度高;东河、西溪河、螺溪河、西河等支流受人类活动的影响大,氮磷及叶绿素a含量较高;嘉陵江南充段及其支流采样点TSI值在4995～6369之间变化,西河富营养化最严重（TSI为6369）,氮营养盐和溶解氧是影响嘉陵江南充段富营养化状态的主要因子。     

千岛湖有色可溶性有机物光谱学特征及环境指示意义

有色可溶性有机物的光谱学特征能在一定程度上揭示湖泊溶解性有机物来源及其迁移转化规律,探究其光谱学特征对水质保护具有重要的现实意义.本文基于2018年10月在国家级水源供给水库千岛湖布设的60个采样点进行样品采集,运用光谱吸收及三维荧光,结合平行因子分析等方法揭示该湖有色可溶性有机物的光谱特征及其在空间上的变化,进而揭示有机物来源和迁移转化规律,探讨荧光光谱在水质监测应用等方面的指示意义.三维荧光矩阵经平行因子分析解析获得4种荧光组分包括陆源类腐殖酸C1、类酪氨酸C2、类色氨酸C3及微生物作用的类腐殖质C4.类腐殖质组分C1和C4与溶解性有机碳、有色可溶性有机物特征波长吸收系数a(350)均呈现出由西北入湖河口至其它湖区递减的分布趋势,并且C1和C4与溶解性有机碳、a(350)具有很好的相关性与之印证,说明上游新安江输入是千岛湖有机物的主要来源,类腐殖酸是主要的荧光组分.两种类蛋白组分包括类酪氨酸C2和类色氨酸C3分布均具有高度的空间异质性,高值均集中分布在靠近淳安县的湖心区及大坝附近的东南湖区,且该两个组分与叶绿素a浓度无显著相关性.从上游新安江河口至下游大坝出水口方向类腐殖酸组分所占比重逐步减小,而类蛋白组分所占比重增大.结合对该湖周边城镇居民用地分析表明湖心区及东南湖区类蛋白组分一定程度上可能来源于淳安县居民区生活污水的排放;同时,来自上游的类腐殖酸不断稀释及光降解转化为类蛋白组分可能是荧光光谱组成空间变化的又一个原因.C1为主要的荧光信号并与溶解性有机碳、a(350)及叶绿素a浓度具有更好的线性拟合优度,说明陆源类腐殖酸C1相比于其他荧光组分对有机物反演更为准确灵敏.由此表明,千岛湖有色可溶性有机物荧光光谱对有机物来源和迁移转化规律及水质监测等方面具有重要的环境指示意义.     

南水北调东线中游枢纽湖泊有色可溶性有机物来源组成特征

运用三维荧光光谱(excitation-emission matrices,EEMs)与平行因子分析模型(parallel factor analysis,PARAFAC)技术手段对南水北调东线枢纽湖泊洪泽湖、骆马湖两个水体中CDOM的来源组成特征进行分析.结果表明:①解析出两湖泊均得到3个荧光组分,陆源类腐殖质C1、类色氨酸C2和类酪氨酸C3.②两湖泊3种组分荧光强度在入湖河口附近明显高于其他水域,且丰水季节3种组分荧光强度均显著大于枯水季节(t-test,P 0. 01),其中陆源类腐殖质C1的荧光强度在丰水期最大.表明两湖水体CDOM来源与组成受上游水系来水量和水文过程的影响较大,尤其是陆源类腐殖质浓度的高低.③相关性分析得出,陆源类腐殖质C1与DOC浓度、吸收系数a(254)有极显著相关性(r~2=0. 60,P 0. 01; r~2=0. 88,P 0. 01),相关性高于其余两种组分,表明陆源类腐殖质为CDOM的主要来源.另外,陆源类腐殖质C1与SUVA、S275-295、IC∶IT具有很好的相关性(r~2=0. 49,P 0. 01; r~2=0. 61,P 0. 01; r~2=0. 93,P 0. 01),进一步说明了两湖泊CDOM来源与组成受陆源影响较大.洪泽湖、骆马湖CDOM来源与组成受到不同水文情景和入湖河流的影响,应加强丰水期对入湖河流的水质管理.