城郊与城镇河流中溶解性有机质与重金属的相关性

溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)在水体环境中广泛存在,对重金属在水环境中的环境行为有重要影响.本研究为探讨DOM与重金属的相关性,以宁波市城郊流域樟溪和城镇流域芦江为例,利用三维荧光技术分析不同城镇化梯度下河流水体溶解性有机质(DOM)的结构组成特征,分析DOM各项参数与重金属之间的相关性.结果表明,城镇化程度较高的河流水体具有较高的DOC、有色溶解性有机质(CDOM)和荧光溶解性有机质(FDOM)浓度;城郊流域与城镇流域水体中DOM均含有4个荧光峰,类富里酸荧光峰A和C以及类蛋白荧光峰B和T,且城镇流域水体荧光峰B和T的强度显著高于城郊流域,DOM腐殖化程度与芳香性也具有同样的趋势;城镇流域水体中重金属As、Cu和Mn浓度显著高于城郊流域.DOM与重金属的相关性结果表明,城镇河流中DOM与Cu、Cr、Mn、As、Zn和Pb都存在显著的正相关关系,而城郊河流中DOM只与Mn、Pb和Cu呈显著正相关,与其它重金属相关性不明显.总之,城镇化水平影响河流水体中CDOM的浓度和性质,而CDOM浓度和性质与重金属的行为密切相关.     

淹水条件下三峡库区典型消落带土壤释放DOM的光谱特征:紫外-可见吸收光谱

消落带土壤在淹水发生时释放溶解性有机质(DOM),是上覆水体DOM的重要来源.但同时对淹水释放DOM进行定量定性分析的报道并不多见.本文以三峡库区典型消落带为研究对象,通过模拟实验,利用紫外-可见吸收光谱,研究了厌氧淹水和正常淹水条件下,淹水土壤释放DOM的光谱特征.结果表明,消落带4个区域土壤淹水均呈"快速释放-下降-动态平衡"释放规律;释放速率和通量计算表明,DOM释放呈现出"源-汇动态交换"特征.对比两种淹水处理,尽管溶解性有机碳(DOC)和有色溶解性有机质(CDOM)无显著差异,但厌氧淹水DOM芳香性(SUVA280)高于正常淹水,而光谱斜率比值(SR)对不同淹水条件不敏感.同时,厌氧淹水时,DOC和CDOM的相关性也明显高于正常淹水.另外,各区域土壤淹水释放DOM存在差异,以忠县石宝寨土壤释放强度最高,尽管土壤有机质含量是影响各区域土壤淹水释放DOM差异的重要原因之一,但其他地化因素仍需考虑.因此,仅仅关注DOC浓度变化并不足以完全描述DOM的释放特征.     

三峡库区内陆腹地典型水库型湖泊中DOM吸收光谱特征

溶解性有机质(DOM)是湖泊生态系统重要组成部分,其性质和结构决定了其在污染物(例如汞)环境行为中扮演着重要角色.本研究选取三峡库区内陆腹地典型水库型湖泊——长寿湖,采用吸收光谱表征方法,通过1年时间对DOM地球化学变化规律进行了定性定量分析,并结合汞观测数据,讨论了DOM对不同形态汞浓度的影响.结果表明,和1月相比,长寿湖4~11月DOC差异性低于CDOM,4~11月间差异性不显著.有色组分变化是解释DOM季节性变化的重要原因.DOM中主要生色团仍然来自于大分子量的芳香性组分.而CDOM三波长模型可较好对DOC的年际观测进行反演.同时,SUVA254和S275~295季节性变化特征较明显,1月芳香性和分子量均最小,4月上升.与其他类型湖泊相比,长寿湖水体DOM芳香性和分子量大小均低于森林湖泊,但高于高原湖泊.周边生态系统和土地利用类型对湖泊DOM差异影响明显.另外,SUVA254和DOC与各形态Hg无明显相关性,但水体生色组分和分子量大小是控制溶解态和活性汞的重要因素;而湖区甲基汞变化可能与湖泊初级生产力导致的有机质富集和迁移关系密切.     

川西高海拔河流中溶解性有机质(DOM)紫外-可见光吸收光谱特征

溶解性有机质(DOM)对全球碳循环及气候变化具有重要意义.本文选取川西北4条高海拔河流,即杂谷脑河、抚边河及岷江(高山峡谷河流)与白河(高原河流),对其天然水体中有色溶解性有机质(CDOM)的紫外-可见光吸收光谱特征进行了研究与比较.结果表明,川西高海拔河流DOC变化范围为1.55~5.66 mg·L~(-1),CDOM(以a(355)表征)变化范围为0.96~6.31 m-1,荧光溶解性有机质(FDOM)(以lg Fn(355)表征)变化保持在2.08~2.83之间.与高山峡谷区河流比较,高原河流芳香性、疏水性特征常数SUVA254、SUVA260较高,吸光度之比E2/E3、光谱斜率S275~295及光谱斜率之比SR较低,揭示了高原河流CDOM芳香性较强、疏水性组分丰富、分子结构较为复杂;SUVA254、SUVA260分别与SR、S275~295呈显著负相关,表明白河由于高通量陆源腐殖质输入影响了CDOM特征.川西高原4条高海拔河流中SUVA254、SUVA260存在显著相关关系,表明芳香性结构普遍存在于河流CDOM疏水组分中.川西高原天然河流水体中CDOM与DOM的浓度之间总体上无直接关联,因为不同天然水体在DOM形成过程中,陆源DOC输入组分和强度及转化机制存在差异.研究结果对于揭示高海拔区域在全球变化背景下有机碳循环的区域效应等方面具有重要意义.     

典型水库型湖泊中CDOM吸收及荧光光谱变化特征:基于沿岸生态系统分析

为进一步了解水库型湖泊溶解性有机质(DOM)的地球化学特征,本文以三峡库区典型内陆水库型湖泊——长寿湖为研究对象,利用紫外-可见和三维荧光光谱,并结合湖区周边生态系统分析,讨论了长寿湖水体中CDOM的组成、来源和空间分布特征.结果表明,长寿湖不同采样点DOM浓度(DOC和CDOM)存在一定程度的空间分布差异,但各点FDOM分布较为稳定.回水区出现DOM累积,由于受陆源输入影响有限,水体内源活动主导,具有较明显"内源控制"特征,芳香性和分子量相对较低;而周边陆地以人工林兼旅游开发为主的采样点,陆源输入在带入较多腐殖化(高芳香性)组分的同时,人为活动排放也是导致其类蛋白组分丰富的重要原因;入湖区尽管周边果林和居民生活对水体DOM有一定影响,但上游河流输入的影响也不容忽视.另外,各采样点也出现了不受周边生态系统影响的独立的相关性特征,例如芳香性特征常数(SUVA280)和光谱斜率[S(275~295)]显著负相关、CDOM和FDOM极显著正相关、CDOM和S(275~295)负相关等.同时,长寿湖水体中CDOM的生色团主要由具有芳香性结构的大分子组分构成;至少51%的CDOM波动可以通过FDOM变化来进行解释,其中回水区荧光组分对CDOM变动的影响最为明显.在采用传统FI值无法区分DOM来源差异性时,结合采样点沿岸生态系统,综合紫外-可见和荧光光谱特征,有助于对DOM组成及来源进行解析.     

城镇流域水体-沉积物中溶解性有机质的荧光特性及影响因素:以宁波市小浃江为例

我国快速城镇化过程对流域水体和沉积物的溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)含量和成分产生了重要影响,探究水体-沉积物中DOM的分布特性及影响因素具有重要意义.本研究选取长三角典型城镇地区宁波市北仑区小浃江流域为研究对象,利用三维荧光光谱技术,结合PARAFAC(平行因子分析)模型及相关性分析,对小浃江流域水体及沉积物DOM光谱特性进行研究,分析DOM荧光组分特征及来源.结果表明:①小浃江水体-沉积物DOM主要包括4种组分:C1、C2、C3和C4,其中C1为陆源类腐殖质,分子量较大; C2为陆源类腐殖质,由生物降解产生,分子量较小; C3为类蛋白物质,包括类色氨酸,对微环境的变化敏感; C4为陆源类腐殖质.②小浃江水体DOM受新生内源和陆源输入共同影响,腐殖化程度较弱,腐殖质含量较低.沉积物以陆源或土壤源输入为主,内源贡献较小,DOM具有一定的腐殖化特征,腐殖质的浓度水平高于水体中腐殖质含量.③冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,水体DOM各组分相关性较高的环境因子主要为农田、城镇;而沉积物DOM各组分相关性较高的环境因子为城镇、农田、湿地.其中,城镇对沉积物中类腐殖质C4和类腐殖质的浓度参数Fn(355)影响最大.     

三峡库区城镇化背景下河流DOM的吸收及荧光光谱特征

研究城镇化对河流溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)组分和化学结构、来源与迁移规律的影响,对水生态系统保护及生物地球化学循环研究具有重要意义.运用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术,研究三峡库区不同城镇化程度的典型河流(桃花溪、南河和普里河)的DOM光谱学特征.结果表明,河流城镇化程度越高,DOM和有色溶解性有机质(chromophoric dissolved organic matter,CDOM)浓度越大,河流DOM的腐殖化程度和芳构化程度越小,疏水性组分越少,DOM中类蛋白物质相对浓度越高,DOM的新近自生源特性越强.河流DOM均以富里酸类为主(E3/E4均值 3. 5),CDOM浓度与DOM浓度显著正相关(P 0. 01),各河流DOM腐殖化程度(SUVA254)、芳构化程度(SUVA280)和疏水组分(SUVA260)极显著正相关(P 0. 01).桃花溪、南河、普里河的荧光指数均值为1. 715 7～1. 757 1,DOM的腐殖质来源均为外源输入和微生物、藻类生产两种方式混合,且以内源产生为主.     

三峡库区典型消落带土壤及沉积物中溶解性有机质(DOM)的紫外-可见光谱特征

溶解性有机质(DOM)是陆地生态系统的重要组成部分,在环境地球化学中扮演着重要角色.在测定三峡库区典型消落带土壤及沉积物DOM的紫外-可见光谱基础上,通过特征参数及光谱模型来获取DOM的地化特征和信息.紫外-可见光谱特征参数表明土壤DOM的芳香性、疏水组分及腐殖化程度都明显低于上层沉积物,与高程和土地利用类型无关;而所选择的4种吸收光谱模型中以模型2为最优.同时,不同模型和不同拟合波段均对DOM光谱曲线斜率(S)有影响:S值随波长增加而减小;而不同波段S值相关性存在差异,表明各波段S值仅反映DOM部分信息,而非全部.此外,特征斜率之比(SR)反映出表层沉积物所受降解程度(光漂白或生物降解)小于土壤和往年沉积物,其芳香性更高,分子量更大,参与降解的反应活性也更大;这表明DOM越新鲜,其受到的光照和生物作用相对较小,降解潜力越大.     

河岸带土壤溶解有机质垂直分布及其影响因素研究

采集崇明岛典型河岸带不同区域土壤剖面样品,测定了河岸带土壤溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和溶解有机质(dissolved organic matter,DOM)的荧光光谱,通过平行因子分析分析了河岸带土壤溶解有机质组成和垂直分布特征,探讨了土壤中p H和盐度对河岸带土壤有机质分布的影响,为溶解性有机质的迁移提供依据。结果表明:土壤DOC从表层到底层呈现逐步减少的趋势,表层土壤DOC从陆上区向缓冲区有累积效果,而河岸带的破坏使得这种累积效果消失。土壤DOM分布特征与DOC分布基本一致,其中类腐殖质组分占总量的90%左右,类蛋白质占10%左右,表层土壤(0~30 cm)类腐殖质物质含量明显高于底层土壤(40~60 cm)含量(P0.01),类蛋白质物质随土壤剖面垂直深度变化不明显。土壤DOM含量随p H升高而减少;在低盐度范围内,土壤类蛋白组分随盐度的升高而增加,类腐殖质组分不受盐度影响。     

乌梁素海沉积物溶解性有机质荧光光谱特性

采用三维荧光光谱技术(3DEEM)研究了乌梁素海沉积物溶解性有机质的结构组成特征.结果表明,乌梁素海沉积物溶解性有机质出现了6种荧光峰,分别代表类蛋白荧光物质和类富里酸荧光物质,且不同湖区沉积物溶解性有机质结构组成具有一定差异性.乌梁素海沉积物DOM的荧光指数处于1.74~1.96之间,及其DOM来源具有陆源和内源的双重特性,其中陆源主要来自西部河套灌区农田退水输入,内源主要来自芦苇等大型挺水植物死亡腐烂分解.因此,控制河套灌区农田退水排入以及抑制芦苇等挺水植物大量生长是保护乌梁素海生态环境和控制其富营养化的有效措施.     

夏、冬季降雨中溶解性有机质(DOM)光谱特征及来源辨析

利用紫外-可见光谱与三维荧光光谱,结合拉格朗日混合单粒子轨道模型及火点图,研究了重庆2013年夏、冬两季雨水DOM光谱特征,并对其来源进行解析.结果表明,雨水DOM与水体、土壤DOM具有类似性质光谱特征,证明降雨DOM也是陆地及水环境中DOM地化特征的重要贡献者.雨水DOM中DOC含量为0.88~12.80 mg·L-1,CDOM含量在3.17~21.11m-1之间,夏、冬两季降雨DOM差异明显(P0.05).与夏季相比,冬季降雨DOM分子量较小,芳香性程度较低,腐殖化程度也更低,输入主要以本地和短距离输送为主;而夏季DOM来源较分散.尽管吸收和荧光光谱可用于解析雨水DOM组成和来源,但在光谱特征的解析和来源识别上与其他来源DOM有所区别,传统"内、外源区分"并不适用于雨水DOM.     

三峡库区消落带水体CDOM中电荷转移配合物对其紫外-可见吸收光谱的影响

以三峡库区消落带水体CDOM为研究对象,基于"双生色系统"模型,采用Na BH4还原法,研究了DOM还原前后光谱曲线及特征参数变化,探究了电荷转移配合物对DOM吸收光谱的影响.结果表明,Na BH4还原处理后,可以将原来无特征峰的指数型吸光曲线分为两套具有特征吸收带的吸光曲线.4个采样点中,超过35%的DOM吸光度来自于电荷转移(chargetransfer,CT)配合物,忠县石宝寨和涪陵珍溪DOM中CT配合物作所占比例最高(50%).因此不能忽略CT配合物对CDOM吸光能力的贡献.经Na BH4还原去除CT结构后,吸光曲线出现蓝移,CDOM浓度[a(355)]降低;而断键导致DOM结构分散,分子尺寸减小,光谱斜率(S)值降低.同时,由于疏水性组分减少,表观芳香程度降低.另外,特征参数SUVA、CDOM和SR在不同DOM样本间对比时,较为稳定,而S275-295受CT影响较明显.同时,在利用短波处CDOM对DOC浓度进行反演时,CT配合物对模型建立影响不大.     

天目湖流域DOM和CDOM光学特性的对比

对2011年1—12月天目湖流域河流及湖体中DOM(可溶性有机物)、CDOM(有色可溶性有机物)的光学特性进行了研究,对比分析了河流和湖体DOM、CDOM的a₃₅₀(350 nm处的吸收系数)、S280~500(280~500 nm波段指数函数拟合曲线斜率)、S_R(光谱斜率比)以及M(a₂₅₀/a₃₆₅)值. 结果表明,天目湖流域a₃₅₀(CDOM)/a₃₅₀(DOM)的年均值为0.856 4,说明CDOM对光的吸收占主导. 河流DOM、CDOM的a₃₅₀年均值分别为(4.24±1.89)、(3.40±1.48)m-1,明显大于湖体的(2.42±0.84)、(2.22±0.83)m-1,表明外源河流输入是天目湖中DOM的主要来源. 河流DOM、CDOM的S280~500年均值分别为(15.98±0.83)、(17.96±0.81)μm-1,湖体的分别为(19.20±1.65)、(20.34±1.73)μm-1;河流的S280~500及S_R均显著低于湖体,表明天目湖流域河流和湖体中CDOM的组成存在明显差异. 天目湖流域DOM与CDOM的M值与S280~500呈显著线性相关,河流DOM与CDOM的M值年均值分别为(5.54±0.81)、(6.54±0.95),显著小于湖体的(7.54±0.98)、(8.28±1.23),表明湖体中的DOM分子较小. 受人类活动、土地利用、降雨径流等因素影响,天目湖流域DOM、CDOM的丰度及光学特性均呈明显的季节性差异,a₃₅₀与S_R在DOM与CDOM中表现的季节性差异较为一致,可以相互参考.      

UV-C辐照对河水溶解有机质降解及微生物可利用性的影响

从黄浦江及其上游支流采集表层水样,进行了微生物培养、UV-C辐照和微生物再培养等处理过程,测定水样ρ(DOC)(DOC为溶解有机碳)、紫外可见吸收光谱和荧光光谱,探讨河水DOM(溶解有机质)的光化学降解和微生物可利用性特征. 结果表明:不同处理过程对DOM不同组分去除的贡献率不同,黄浦江河水经微生物培养后,ρ(DOC)和CDOM(有色溶解有机质)含量〔以a₃₃₅(335nm处的吸收系数)计〕分别下降了5%~27%和5%左右,而FDOM(荧光溶解性有机质)含量(以最大荧光强度表示)稍有增加;继续经UV-C辐照24h后,ρ(DOC)和CDOM含量分别下降了7%~36%和79%~96%,而FDOM含量下降了95%以上,说明水体中大部分CDOM和FDOM可通过UV-C辐照去除,并且去除率显著高于微生物降解. UV-C辐照不仅可以降解DOM,而且可以改变DOM的微生物可利用性,其中一部分SLDOM(半活性溶解有机质)经UV-C辐照后能够再次被微生物利用,其中4%~28%的DOC和5%~14%的CDOM可再次被微生物降解.      

淹水条件下三峡库区典型消落带土壤释放DOM的光谱特征:荧光光谱

作为水体DOM的重要来源,消落带土壤淹水释放过程十分重要.本文以三峡库区典型消落带土壤为例,通过模拟正常淹水和厌氧淹水的两种条件,利用荧光光谱,着重定性地分析并讨论了土壤向上覆水体释放DOM的动态特征.结果表明,消落带4个区域土壤淹水后产生的DOM荧光特性,呈现出和可见-紫外光谱相似特征,对上覆水体DOM荧光特征有重要贡献.淹水初期的快速释放及后期去除机制,是水体DOM荧光组分的动态"源-汇"平衡的关键;其中类腐殖峰(A和C)受无机矿物相的吸附-释放影响明显,而类蛋白峰(B和T)受微生物影响较为明显.另外,所有土壤淹水释放后水体DOM均呈现出"内源+外源"的复合特征.除忠县石宝寨(SB)外,整个淹水周期,其余区域土壤在厌氧和正常淹水条件下,水体DOM荧光特征的差异性不明显,这可能和土壤自身组成(例如无机矿物组成和有机组分)的复杂程度有关.结合可见-紫外光谱,两种技术相互补充,证明了土壤释放("源")和去除("汇")机制是控制DOM动态变化的重要因素;而淹水初期的较强芳香性和腐殖化程度,以及较强的陆源特征,无疑有利于进一步解释污染物在淹水过程中的环境行为,为进一步了解DOM的环境角色提供数据基础和实验支撑.     

咸水藻水华期溶解有机质光谱特征变化的模拟

以崇明北湖湖水培养长江口常见的中肋骨条藻为研究对象,模拟了其在咸水湖中的水华暴发过程,利用分子光谱学技术分析了中肋骨条藻培养过程中溶解有机质(DOM)的光学吸收系数(a355)和三维荧光光谱(3DEEM)的变化.结果表明,中肋骨条藻增殖过程a355逐渐增加,并且出现7种荧光团,代表DOM中的类蛋白荧光物质和类腐殖酸荧光物质.在藻类进入衰亡期后,各荧光峰强度大幅度增加;类腐殖酸荧光强度、溶解有机碳(DOC)含量和a355之间均存在着良好的相关性,高、低激发波长的类蛋白荧光物质具有同源性.荧光指数的增大与类蛋白荧光的产生,显示微生物在有色溶解有机质(CDOM)的生产上起着重要的作用.无菌条件下培养的藻液中各荧光峰强度均很弱,说明细菌可能将源于藻类的非荧光物质转化为CDOM.     

派河水体中DOM的光谱分析及其来源解析

派河是环巢湖流域重要入湖河流,为加强该流域环境综合治理,改善水环境质量,采集派河入河口水样,通过三维荧光光谱和紫外-可见吸收光谱,结合平行因子分析模型及相关性分析,进行DOM（dissolred organic matter,溶解性有机物）光谱学特性研究,分析派河水体DOM荧光组分来源及特征.结果表明:①水体中DOM含2类4种荧光组分,其中,类蛋白物质荧光组分（类色氨酸和类酪氨酸）占总组分荧光强度的68.1%,类富里酸物质（紫外类富里酸和可见类富里酸）占总组分荧光强度的31.9%;②采样点FI（荧光指数）大于1.9,BIX（生物源指数）大于1.0,派河上游HIX（腐殖化指数）小于1.5,下游HIX范围为1.5~3,表明派河DOM具有明显的生物源特征,水体腐殖化程度较低,上覆水体浮游动植物和生物细菌分布均匀且对水体环境有明显影响;③紫外-可见光吸收系数〔a（280）和a（355）〕可很好地表征派河水体中DOM相对含量,紫外-可见吸收光谱测定结果显示,水体中含大量性质相对稳定的有机物;④紫外类富里酸和类酪氨酸的荧光强度均与a（280）、a（355）呈显著正相关,表明水体DOM中紫外类富里酸和类酪氨酸组分的产生及来源具有一致性或相伴发生.研究显示,光谱分析法可有效表征派河水体中DOM兼具陆源和生物来源的双重特性.