长江口及邻近海域有色溶解有机物(CDOM)的光学特性

CDOM吸收特性是河口海岸水色遥感的重要研究内容.利用2008年8月和2009年5月两航次的测量数据,对长江口及其周边海域CDOM的光学特性和混合行为进行研究.2008年航次中CDOM吸收系数ag(440)范围是:0.20～0.73m-1,2009年其范围是:0.20～0.77m-1.幂函数模型模拟CDOM吸收光谱的精度比指数模型的更高,更适于拟合CDOM吸收光谱.幂函数模型计算结果显示,黄色物质光谱斜率变动范围在2008年航次中介于5.10～7.90之间,在2009年航次介于2.95～6.11之间.2个航次的CDOM吸收系数最大值都出现在最大浑浊带内.CDOM吸收系数和光谱斜率值在河口内外差异明显,最主要的原因是受到最大浑浊带的影响.在河口区域,河口水层垂向混合过程显著时CDOM趋于空间均匀分布,但是在其他时刻基本遵循保守混合过程,受河口区域水体交换频繁的影响,光谱斜率值Sg2与ag(440)之间不存在显著相关关系.在口外海域,CDOM浓度除了受到陆源输入影响以外还受现场生产的影响,Sg2与ag(440)之间存在显著负相关关系.由此可见在长江口复杂物理化学和水文环境影响下,黄色物质的光学特性和混合行为在河口内外有非常巨大的差异.     

新安江水库夏季CDOM吸收光谱特征及来源分析

为探讨夏季新安江水库有色可溶性有机物(CDOM)吸收光谱特征、空间分布及潜在来源,于2013年7月份在新安江水库采集了53个表层水样,分析了CDOM吸收系数a(350)、比吸收系数a*(350)和光谱斜率S值的空间分布规律及CDOM吸收系数与水质参数的相关关系.结果表明:通过系统聚类分析,夏季新安江水库CDOM吸收系数空间分布可划为3类,吸收系数大小呈现出A类区(西北河流区)>B类区(库心区及东北库区)>C类区(西南库区及东南库区)的规律,空间分布与CDOM比吸收系数相似而与S值相异.CDOM吸收系数a(350)与叶绿素a(Chla)浓度、浮游植物吸收系数及悬浮物浓度存在极显著性正线性相关,表明夏季新安江水库CDOM主要来源于浮游植物新陈代谢及降解产物.     

近海CDOM光反应变化及SPM对其影响的研究

对经0.22 mm PES滤膜的东海海水进行长达126 h的紫外照射实验,研究有色溶解有机物(CDOM)的光化学反应特征。结果表明在紫外照射下,类色氨酸组分发生明显降解,而类酪氨酸组分则逐渐增多,光反应过程均符合一级动力学方程,反应速率分别为-0.011和0.019。悬浮颗粒物(SPM)是海水的重要组成部分,文章首次报道并量化东海海域海水在不同SPM含量下CDOM光化学反应中荧光性质的变化。实验表明SPM对类色氨酸光化学降解有显著阻碍作用,且在0~150 mg/L范围内SPM浓度越高类色氨酸光降解速率越慢。但SPM对类酪氨酸的影响较为复杂,在100 mg/L及以下时,SPM对类酪氨酸荧光增加有促进作用,而当含量为150 mg/L时,SPM会抑制类酪氨酸荧光增加。     

长江口CDOM的光谱吸收特征以及DOC物源示踪意义

通过测定2009年冬季长江口芦潮港至嵊泗海域表层水中有色可溶性有机物(CDOM)的光谱吸收和溶解有机碳(DOC)的浓度,分析CDOM的吸收系数α(355)和光谱斜率s值的空间分布特征,并探讨其来源及其与DOC的关系。结果表明:CDOM光学属性随盐度逐渐降低,18.96～28.00的盐度范围内,α(355)为0.268 9～1.183 1 m-1,均值为0.824 9 m-1,低于丰水期,与国内外研究相比偏低,表明长江口CDOM受控于陆源径流输入,CDOM浓度可能和长江流域植被覆盖率和以及径流量有关。光谱斜率s值的范围为0.011 3～0.017 4 nm-1,均值为0.015 3 nm-1,略低于丰水期。DOC浓度与盐度的负相关关系(R2=0.882)表明该研究区域的溶解有机质(DOM)输入主要来自陆源,CDOM与DOC的相关关系为CDOMα(355)=0.371DOC+1.012(R2=0.48),表明研究区域内CDOM对DOC具有一定的物源指示意义。     

夏季高原河流CDOM光学特性、组成及来源研究

对高原河流有色溶解有机物(CDOM)光学特性、组成及来源进行研究,有利于更好的了解高原河流水体生态环境,为高原河流生态系统中溶解有机物(DOM)循环过程的研究提供数据参考.利用2017年夏季无定河和湟水流域河流的实测数据对CDOM的吸收特性、荧光特性、水质参数以及它们之间关系进行分析,进而对高原干旱地区河流CDOM光学特性及其组成与来源进行研究.研究结果表明:两流域河流中CDOM吸收系数随波长的增加呈衰减趋势,但吸收光谱曲线差别较大;两流域CDOM在440 nm处的吸收系数[a(440)]与溶解有机碳(DOC)具有显著相关性(p0.01),而与叶绿素a浓度(Chla)不存在相关性.无定河a(440)与Chla浓度的相关性说明其河流现场产生(生物活动)作用较小.通过对比分析S_(275-295)、SUVA_(254)发现,无定河分子量和芳香性程度均大于湟水,且湟水与无定河CDOM的分子量变化要高于其它河流的研究.根据CDOM三维荧光光谱分析发现,类腐殖质荧光峰是两流域河流CDOM荧光的主要贡献者;通过荧光指数FI、腐殖化指数HIX、生物源指数BIX的研究发现,湟水以陆源输入为主,腐殖化程度高,无定河以陆源输入为主的同时存在一定的自生成分,人为生产活动干扰是其陆源输入的主要影响因素.通过冗余分析发现,湟水DOC、Chla、pH对类腐殖质荧光峰及荧光强度影响较大(p0.01);无定河DOC、电导率(EC)、浊度(Tur)与类腐殖质荧光峰及荧光强度显著正相关(p0.01).     

太湖、巢湖水体CDOM吸收特性和组成的异同

2009年4、6月,分别对太湖、巢湖进行了野外试验.利用光谱微分技术分析了2个湖泊CDOM吸收光谱的变化特征,根据吸收系数的光谱微分特征,对240～450nm的吸收系数进行分段,分别对每一段计算光谱斜率S值.在A段,巢湖、太湖CDOM的S值分别在:0.0166～0.0102nm-1[平均值(0.0132±0.0017)nm-1]和0.029～0.017nm-1[平均值(0.0214±0.0024)nm-1]之间,在B段,其S值分别在:0.0187～0.0148nm-1[平均值(0.0169±0.001)nm-1]和0.0179～0.0055nm-1[平均值(0.0148±0.002)nm-1]之间,在C段,其S值分别在:0.0208～0.0164nm-1[平均值(0.0186±0.0009)nm-1]和0.0253～0.0161nm-1[平均值(0.0197±0.002)nm-1]之间.结果表明:①太湖水体的吸收系数及对各组分吸收的贡献要小于巢湖水体的,标准化吸收系数要大于巢湖水体的.②不管是太湖还是巢湖,CDOM的吸收系数的微分光谱在260nm左右为谷值,在290nm左右为峰值,CDOM吸收系数可以分成(A、B、C)3段.③太湖水体中CDOM腐殖酸的相对含量整体要低于巢湖水体的.④S值反映CDOM组成的敏感性,与CDOM的组成有关,当CDOM中腐殖酸相对含量较高时,敏感性最强的是B段的S值,其次是C段的;反之,敏感性最高的是C段的,其次是A段的,最弱的是B段的.     

藻源有色溶解有机物的光学特性变化及一氧化碳的光生成——以中肋骨条藻为例

以中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)为研究对象,对其生长周期中有色溶解有机物(CDOM)的光学特性变化、藻源CDOM在不同波长辐照下的降解和一氧化碳(CO)的产生情况进行探究.结果表明,在微藻生长过程中,CDOM吸收系数a(350)呈现先降低后增加的趋势.辨别出2种类腐殖质组分C1(E_x/E_m=325/395nm)和C2(E_x/E_m=265/445nm)以及1种类蛋白质组分C3(E_x/E_m=275/345nm).随着辐照波长范围的增加,a(350)及荧光组分的荧光强度在不同生长阶段的损失率均呈现升高趋势.在光照9h后,a(350)分别在280～800,315～800和400～800nm辐照波长下平均降低了69.07%±8.23%、51.85%±12.54%和31.12%±3.40%.此外,藻源CDOM的降解产物CO随辐照波长范围的增加而升高,紫外光对CO生成的贡献超过70%.     

辽河流域河流秋季CDOM光学特性及影响因素研究

了解有色溶解有机物(CDOM)的光学特性有助于对水生生态系统中溶解有机物(DOM)循环过程的研究,而环境要素对CDOM光学特性的影响会进一步影响水环境中的碳循环过程.利用2013年9月和10月辽河水体实测数据对水体反射特性、CDOM的吸收特性、荧光特性及各种水质参数对CDOM光学特性的影响进行研究.结果表明,辽河流域河流总氮(均值4.40 mg·L~(-1))、铬浓度(均值0.0065 mg·L~(-1))超过国家地表水V类标准.悬浮泥沙光谱特征较为明显的水样,其CDOM的吸收曲线非常相近,叶绿素a光谱特征较为明显的水样,其CDOM吸收曲线之间的差别较大.辽河流域水体CDOM的吸收斜率S275-295(0.0163~0.0191 nm-1)高于其他大多数河流,而低于湖泊、水库.对比辽河流域河流发现,东辽河与辽河水体CDOM组成物质的分子量相对较小,东辽河CDOM的芳香性最高,而西辽河最低.根据荧光指数、腐殖化指数及生物源指数分析发现,辽河流域水体主要以陆源的、高等植物DOM为主,太子河、大凌河CDOM具有较为明显的自生源特征.通过荧光峰的分布发现,辽河水体CDOM以类腐殖酸荧光峰(A峰、C峰)为主,部分河流(辽河干流)同时表现出较强的类蛋白质荧光峰(B峰、T峰).通过冗余分析(RDA)发现,水体中溶解有机碳(DOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、总碱度(TAlk)、砷(As)及汞(Hg)与表征CDOM光学特性的参数之间存在显著的相关性(p0.05),是CDOM光学特征的主要影响因子.     

春季东海一氧化碳的浓度分布、海-气通量、微生物消耗和暗反应生成研究

为了探究陆架海域在全球海洋一氧化碳(CO)的生物地球化学循环中的地位,本文于2021年春季在中国东海对CO的浓度分布、海-气通量、暗反应生产和微生物消耗进行了研究。结果表明,东海大气中CO的体积分数为126.07×10^-9～353.15×10^-9,平均值为(191.32±51.52)×10^-9,呈现明显的近岸高、远海低的特点。表层海水中CO的浓度为0.83～4.08 nmol/L,平均值为(2.07±0.84)nmol/L,最大值出现在舟山群岛附近,最小值出现在夜间采样站位,受太阳辐射强度和陆源输入有机物的影响较大。近岸海水中CO的垂直分布呈现表层浓度高、随深度增加浓度逐渐减小的趋势。表层海水中CO的过饱和系数为4.98～24.96,平均值为13.94±5.77。CO的日海-气通量为2.62～9.38μmol/(m²·d),平均值为(6.70±2.62)μmol/(m²·d)。在CO的暗反应生成培养实验中,CO浓度随时间增长呈现线性增加的趋势,生成速率为0.024～0.50 n...     

夏季东海和南黄海一氧化碳的浓度分布、海-气通量和微生物消耗研究

于2013年7月对东海和南黄海海水中CO的浓度分布、时空变化、海-气通量和表层海水中CO微生物消耗进行了研究.夏季东海和南黄海大气中CO的体积分数范围为68×10-9~448×10-9,平均值为117×10-9(SD=68×10-9,n=36),呈现出近岸高、远海低的特点.夏季东海和南黄海表层海水中CO的浓度范围为0.23~7.10 nmol·L-1,平均值为2.49 nmol·L-1(SD=2.11,n=36),CO的浓度受太阳辐射影响明显;不同站位CO浓度的垂直分布特征基本相同,CO浓度最大值一般出现在表层,随深度增加CO浓度迅速减小.夏季东海和南黄海海水中CO浓度具有明显的周日变化,最大值是最小值的6~40倍.各层最大值基本出现在中午,最小值基本上出现在凌晨前后.CO明显的周日变化特征进一步证明海水中CO主要由光化学产生.调查期间东海和南黄海表层海水中CO相比大气处于过饱和状态,过饱和系数变化范围为1.99~99.18,平均值为29.36(SD=24.42,n=29),表明调查海域是大气中CO的源.调查期间CO的海-气通量变化范围为0.37~44.84μmol·(m2·d)-1,平均值为12.73μmol·(m2·d)-1(SD=11.40,n=29).调查海域CO的微生物消耗培养实验中,CO的浓度随时间增长呈指数降低,消耗过程符合一级反应的特点,微生物消耗速率常数KCO范围为0.12~1.45 h-1,平均值为0.47 h-1(SD=0.55,n=5),微生物消耗速率与盐度之间有一定的相关性.     

Seasonal variability in CDOM absorption and fluorescence properties in the Barataria Basin, Louisiana, USA

Absorption and fluorescence properties of chromophoric dissolved organic matter(CDOM) along a 124 km transect in the Barataria Basin,a large estuary located in Louisiana,USA,were investigated during high and low flow periods of the Mississippi River in the spring and winter of 2008-2009. Mean CDOM absorption at 355 nm from the marine to the freshwater end member stations ranged from(3.25 ± 0.56) to(20.76 ± 2.43) m-1 for the three month high flow period whereas it varied from(1.48 ± 1.08) to(25.45 ± 7.03) m-1 for the same stations during low flow period. Corresponding salinity values at these stations indicated the influence of river and shelf exchanges in the lower basin and precipitation and runofl in the upper basin. An inverse relationship of CDOM absorbance and fluorescence with salinity observed in the basin could be a useful indicator of salinity. CDOM fluorescence also varied over a large range showing an approximately 8 to 12-fold increase between the marine and freshwater end members for the two flow seasons. Excitation-emission matrix spectral plots indicated the presence of various fluorescence components with highest being the A-peak,lowest the T-peak,and the C and M-peaks showing similar trends along the transect. During low flow season the A/C ratio were well correlated with station locations indicating increased terrestrial influence towards the upper basin. CDOM absorption and fluorescence at 355 nm were highly correlated and independent of CDOM sources suggesting that fluorescence could be used to characterize CDOM in the basin.     

利用CDOM吸收系数估算博斯腾湖水体表层DOC浓度

基于2021年夏秋两季西部干旱区博斯腾湖表层50个采样点位实测数据,通过对DOC特征的统计学分析、内外源因素影响的时空差异以及电导率相关性验证,将博斯腾湖划分为河口和非河口区域.然后以CDOM特征波长吸收系数a₂₅₀和a₃₆₅为自变量,以DOC浓度（c_DOC）为因变量,分别构建了基于CDOM的河口和非河口水域DOC浓度估算模型.结果表明：河流与湖泊进行水体交换的同时,会将大量陆源DOC输送到博斯腾湖中,使得河口区域DOC浓度明显高于非河口区域（t-tests,P<0.01）,河口区域的DOC浓度（c_DOC）约是非河口区域的2.2~2.3倍,且在河口区域c_DOC与电导率呈现显著相关关系（夏季：R²=0.81,P<0.01;秋季：R²=0.84,P<0.01）.本文构建拟合模型（c_DOC=α+β·α₂₅₀+γ·α₃₆₅）,并通过交叉验证的方法来检验模型精度.将夏季和秋季同区域数据统一建模,河口和非河口区域CDOM与DOC均存在较好的相关关系,且模型精度较高（河口区域：R²=0.60,RMSE=8.56%;非河口区域：R²=0.66,RMSE=8.77%）.本文所建立的模型可以在不增加环境因子变量的前提下提高精度,有利于实现卫星遥感反演.同时,本研究揭示了河流输入对博斯腾湖DOC分布和估算的时空影响,提出可利用CDOM估算DOC浓度,但需根据水文特征和c_DOC等因素区分河口和非河口区域.本研究对实现新疆水资源合理开发、有效保护以及综合治理提供科学依据,对我国西部干旱区湖泊DOC遥感动态监测具有重要意义.     

水生生物光合作用对雪玉洞岩溶水体中CDOM的影响

溶解有机质(DOM)作为岩溶水体碳汇的重要组成部分,其来源、分布和迁移变化对研究岩溶碳汇的组成、结构和通量具有重要意义,其组成和结构特征常用有色溶解有机质(CDOM)反演.本研究于旱季每月采集重庆雪玉洞洞内地下水和洞外地表水,通过地下河从洞内向洞外的流动过程中水化学和CDOM光谱特性的变化,分析CDOM的变化影响因素,为研究岩溶水体DOM碳汇通量提供理论基础.结果表明:(1)雪玉洞岩溶水中CDOM以小分子易降解的内源有机质为主,类色氨酸和类酪氨酸组分占60%以上;(2)雪玉洞地下水中的CDOM主要受地下水微生物的降解作用影响,地下水流动过程中有少量易降解有机质被微生物降解,TOC和DOC含量略有降低,CDOM腐殖化程度略有增强;(3)雪玉洞地表水CDOM主要受水池中水生植物光合作用控制,水生植物生长处TOC和DOC含量明显升高,CDOM内源特征和小分子组分明显增多.     

冬季黄东海一氧化碳的分布和海-气通量研究

为探究海洋中一氧化碳(CO)的排放对全球碳循环的意义,于2019年冬季采用顶空法对黄海和东海CO的分布和海-气通量进行了研究.结果表明,调查海域大气中CO的体积分数为239×10-9～941×10-9,平均值为(588±155)×10-9.大气中CO体积分数最高值出现在北黄海近岸站位,最低值出现在东海南部,整体呈现黄海...     

Photo-production of dissolved inorganic carbon from dissolved organic matter in contrasting coastal waters in the southwestern Taiwan Strait, China

Photo-production of dissolved inorganic carbon (DIC) from chromophoric dissolved organic matter (CDOM) is an important transformation process in marine carbon cycle, but little is known about this process in Chinese coastal systems. This study investigated an estuarine water sample and a coastal seawater sample from the subtropical waters in southeast of China. Water samples were exposed to natural sunlight and the absorption and fluorescence of CDOM as well as the DIC concentration were measured in the summer of 2009. The estuarine water had higher CDOM level, molecular weight and proportion of humic-like fluorescent components than the seawater that exhibited abundant tryptophan-like fluorescent component. After a 3-day irradiation, the CDOM level decreased by 45% in the estuarine water and 20% in the seawater, accompanied with a decrease in the molecular weight and aromaticity of DOM which was inferred from an increase in the absorption spectral slope parameter. The photo-degradation rates of all the five fluorescent components were also notable, in particular two humic-like components (C4 and C5) were removed by 78% and 69% in the estuarine water and by 69% and 56% in the seawater. The estuarine water had a higher photo-production rate of DIC than the seawater (4.4 vs. 2.5 μupmol/(L.day)), in part due to its higher CDOM abundance. The differences in CDOM compositions between the two types of waters might be responsible for the higher susceptibility of the estuarine water to photo-degradation and hence could also affect the photo-production process of DIC.     

东平湖CDOM吸收光谱特性及其来源解析

为分析东平湖有色可溶性有机物（CDOM）吸收特性、来源和空间分布的季节变化,分别于2013年8、12月以及2014年3月采集了35个表层水样,分析了各基本水质参数、CDOM吸收系数[a（440）]、比吸收系数[a^*（440）]和相对分子量参数M值的分布规律及CDOM吸收系数与水质参数之间的相关关系.结果表明：东平湖CDOM吸收系数a（440）呈现出枯水期 > 丰水期 > 平水期的规律,空间分布与CDOM比吸收系数[a^*（440）]相似.M值呈现出丰水期 < 平水期 < 枯水期的变化趋势.丰水期CDOM吸收系数与叶绿素a（Chla）具有显著相关关系;丰、平水期两季CDOM吸收系数与DOC存在显著相关关系.丰水期CDOM同时受外源和内源输入的影响,但以内源输入为主,主要来源于浮游植物降解产物;老湖镇湖区外源特征明显.平水期CDOM亦受内源和外源输入的双重影响,但浮游植物的腐烂降解不是CDOM的主要来源;北部湖区以外源输入为主.枯水期CDOM整体表现出较强的自生源特征,但相关分析显示,浮游植物降解并不是CDOM的主要来源,自生源特征可能与挖沙活动导致的悬浮物浓度增高有关;东南湖区因大汶河输入的影响呈现出较强的外源特征.利用东平湖丰、平水期两季CDOM浓度反演DOC浓度具有可行性.     

太湖梅梁湾有色可溶性有机物对光的吸收

探讨了太湖梅梁湾不同湖区有色可溶性有机物(CDOM)对光的吸收、光衰减系数的变化及与DOC浓度的关系、CDOM吸收对光衰减系数的贡献率以及指数函数曲线斜率S值.结果表明,不同类型湖区CDOM吸收系数差异明显,a_d(440)、a_d(320)的变化范围分别为1.22～2.58m^-1,6.24～10.69m^-1;DOC浓度最高值出现在梁溪河口,为12.74mg/L,最低值出现梅梁湾口,为6.87mg/L,大致呈由湾内向湾口逐渐递减的趋势;DOC与CDOM吸收系数在波长320nm以下存在显著性相关,波长320～700nm CDOM吸收对光衰减系数的贡献率在0.69%～60.9%间变化,400nm以下紫外短光部分贡献率均大于20%,空间上短波部分贡献率在河口区、五里湖比梅梁湾内及沿岸带要大;CDOM吸收的指数函数曲线斜率S在13.9～18.1m^-1间.     

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.     

太湖北部湖区CDOM光学特性及光降解研究

通过对太湖北部不同湖区2005—2006年4个典型月份水体中有色可溶解性有机物(CDOM)的生物-光学特性进行研究,系统分析了太湖北部湖区水体中CDOM的生物-光学特性和时空分布变异规律,并对CDOM在自然光暴晒下的降解特性进行初步研究. 结果表明,湖水中CDOM的分布,空间上竺山湾>梅梁湾>贡湖湾>大太湖,入湖河道附近要高于其他水面,时间上按冬季到次年秋季逐渐递减;表征CDOM 谱形变化的指数函数S值没有显著性时空差异,冬、春季CDOM吸收系数与ρ(叶绿素a)完全没有相关性,夏、秋季CDOM的空间分布则与ρ(叶绿素a)分布较为一致,吸收系数与ρ(叶绿素a)存在正相关;CDOM定标后的荧光值与其吸收系数在4个月内均存在相对恒定的线性关系;在接受自然光特别是紫外辐射暴晒后,CDOM吸收明显降低,发生显著的光化学降解,其降解过程符合拟一阶动力学衰减反应.