河流底泥中溶解性有机物的释放途径及影响因素研究

以沈阳市新开河底泥为研究对象,考察了河流底泥中溶解性有机物（DOM）的释放途径,并分析了时间、温度、pH值、底泥粒径、盐度和上覆水体中溶解性有机碳（DOC）浓度对河流底泥DOM释放的影响.此外,还研究了底泥释放对上覆水体中DOM的光谱学特性的影响.结果表明,对底泥DOM释放影响程度最高的是间隙水的混合作用,其次是底泥表层静态释放,而悬浮颗粒释放对底泥DOM释放的影响程度较小.底泥DOM的释放量随温度,pH值,底泥粒径,盐度的增大而增大.上覆水体DOC浓度较高时,DOM由上覆水体向底泥迁移.扰动作用能够影响底泥DOM的迁移.类富里酸荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质是底泥DOM中的主要荧光物质.河流底泥DOM向上覆水体释放的主要是激发波长分别为280~300nm和320~380nm的荧光物质.并且,扰动作用促进了荧光物质由底泥向上覆水体的释放.     

北运河上覆水DOM组分含量特征及对水质的影响

基于三维荧光光谱,紫外-可见光谱技术,对比分析了汛期非汛期北运河通州区域上覆水中溶解性有机物（DOM）的组成、来源及结构特征,建立了上覆水中N和P的含量与DOM组成之间的关系,确定了反映潜在富营养化生态风险的指标.结果表明,北运河通州地区上覆水中DOM含量在9.17~27.78mg/L之间,总体呈现非汛期>汛期,上游>下游,DOM含量时空特征差异显著.汛期DOM分子量与非汛期相比较小,DOM芳香程度汛期低于非汛期;在上游和下游,汛期上覆水DOM A₂₅₃/A₂₀₃大于非汛期.汛期DOM受陆源腐殖质和生物源的共同影响,而非汛期主要受微生物活动的影响.汛期蛋白质类和腐殖质类物质的浓度水平显著低于非汛期,非汛期蛋白质类组分相对占比较多,而汛期腐殖质类组分相对占比较多.在汛期,上覆水DOM中C1、C3、C4组分的最大荧光强度可间接反映北运河富营养化的潜在风险.     

不同溶解氧水平下沉积物DOM的释放及光谱特性

溶解性有机质(DOM)广泛分布于土壤和水环境中,沉积物中DOM的释放是水体DOM的重要来源,探明沉积物中DOM的释放规律,可为水体重金属污染和有机物污染治理提供理论支撑。该文以鄱阳湖湿地沉积物为研究对象,探讨了时间以及溶解氧水平对沉积物中DOM释放的影响,运用三维荧光光谱法对不同溶解氧水平下上覆水中DOM进行了光谱分析,并结合荧光指数、生物源指数和荧光区域积分法对DOM进行了性质和来源的分析。结果表明,随着时间的增加,DOM的累积释放量逐渐增加,在240 h时达到最大值并稳定。随着溶解氧水平的增加,DOM的累积释放量先减小后增加,在溶解氧为0%和100%时,累积释放量较大。不同溶解氧水平下,吴城沉积物释放到上覆水中DOM的荧光峰为C峰和T峰,湖口沉积物释放到上覆水中DOM的荧光峰为C峰、T峰和B峰,梅溪沉积物释放到上覆水中DOM的荧光峰为A峰、C峰和T1峰。除梅溪采样点外,缺氧条件下,释放出来的DOM主要来源于陆源输入,有氧条件下,释放出来的DOM既有陆源输入,又有内源产生的新生源DOM。因此,溶解氧水平对沉积物中DOM的释放有显著影响。     

基于EEMs与UV-vis分析苏州汛期景观河道中DOM光谱特性与来源

为探究汛期连续强降雨对苏州景观河道中溶解性有机物的影响,应用三维荧光光谱（EEMs）结合平行因子分析（PARAFAC）和紫外-可见吸收光谱（UV-vis）技术,分析了汛期不同时期苏州景观河道中溶解性有机物的光谱特性和来源.结果表明,整个汛期时期水体中共有4种溶解性有机物（DOM）荧光组分,包括2种类腐殖质组分（C1和C4）和2种类蛋白质组分（C2和C3）,相关性分析表明荧光组分C2、C3和C4之间存在显著相关性.汛期初期时受初期雨水影响,河道中DOM的总荧光强度较强,而在汛期中期和后期,DOM的荧光强度显著降低.荧光特征参数表明,在汛期初期时DOM的内源性特征显著,到中期时陆源性显著,到后期又以内源占主导.整个汛期SUVA₂₅₄、SUVA₂₆₀和E2/E3都呈现相同趋势,先降低而后升高.受汛期连续强降雨的影响,河道中氮磷营养盐含量增加,但在汛期较强的水动力条件下,藻类并未大量增殖,直到汛期结束后藻类开始大量增殖.荧光组分C2、C3和C4与特征参数（FI、HIX、BIX和β：α）有显著相关性（P<0.01）,所有荧光组分与DOC均有显著相关性（P<0.05）,荧光组分C1与叶绿素a （Chla）有显著相关性.主成分（PCA）分析表明汛期不同时期河道中DOM组分差异显著,汛期连续强降雨对水体中C2、C3和C4组分含量影响显著.     

白洋淀典型淀区沉积物间隙水溶解性有机物的光谱时空演变特征

使用紫外-可见光谱（UV-vis）和三维荧光光谱-平行因子分析法（EEM-PARAFAC）,分析了白洋淀2019年春季、夏季和秋季沉积物间隙水中溶解性有机物（DOM）的来源及分布特征.结果表明,白洋淀夏季沉积物间隙水DOM的相对浓度显著高于春秋季;E2/E3值显示夏季的间隙水DOM分子量要高于春秋季.使用EEM-PARAFAC从间隙水中提取了3种类蛋白组分（C1、C2、C3）和2种类腐殖质组分（C4、C5）;类蛋白是DOM的主要构成组分,占比达到（63.56±16.07）%.DOM总荧光强度、各组分荧光强度及其相对丰度季节差异不显著,空间差异显著;养殖区的类蛋白物质占主体,自然区的类腐殖质物质占主体.沉积物间隙水的高BIX、FI、β：α以及低HIX,表明沉积物间隙水DOM具有低腐殖化,强自生源特征.与此同时,环境因子与荧光组分的回归分析可以为管理者预测沉积物间隙水水质提供支持.     

周村水库主库区水体热分层形成过程中沉积物间隙水DOM的光谱演变特征

运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC)以及紫外-可见光谱技术,对周村水库热分层形成过程中沉积物间隙水中溶解性有机物(DOM)的垂向分布及光谱特性进行分析.结果表明:周村水库沉积物间隙水DOM的紫外-可见吸收光谱吸收系数的变异系数在-400%~400%之间,表明其性质在不同深度上存在差异; E2/E3变化说明随着热分层的形成,富里酸所占DOM的比例也随之升高; E3/E4 3. 5以及SR 1表明DOM为生物源,以富里酸为主;荧光光谱中出现了类富里酸峰(C1、C3)、类蛋白峰(C2、C5)和类腐殖酸峰(C4、C6);类富里酸以及类蛋白是DOM的主要构成组分; DOM总荧光强度、各组分荧光强度随着热分层形成过程呈下降趋势,垂向间和采样点的分布差异明显;热分层形成过程中水库沉积物间隙水的高BIX、FI、β:α以及低HIX,表明沉积物间隙水DOM以生物活动的内源为主,具有低腐殖化,强自生源特征.     

滇池优势挺水植物茭草和芦苇降解过程中DOM释放特征研究

利用室内分解模拟实验,研究了滇池外海优势挺水植物茭草和芦苇(成熟期)的叶在水环境中降解过程,分析了其释放于水体中水溶性有机质(DOM)浓度和化学结构变化特征.结果表明,植物分解可造成上覆水pH值升高,茭草和芦苇分解过程中上覆水中DOM浓度的变化趋势基本一致.两种植物上覆水中水溶性有机碳(DOC)和水溶性有机氮(DON)的浓度均在8h达到最大值,水溶性有机磷(DOP)的浓度在24 h达到最大值.同时,茭草和芦苇残体内DOM释放强度和速率的变化趋势也基本一致.两种植物DOC、DON和DOP的释放强度和速率都在8 h达到最大,且8 h的释放强度、释放速率、释放比例依次为DOC>DON>DOP.另外,茭草和芦苇分解过程中DOM结构变化分析表明上覆水紫外吸收光谱中SUVA254值先升高再降低,傅里叶红外光谱中—OH特征峰消失,三维荧光光谱中类腐殖酸单位有机碳荧光强度增强.     

北运河上覆水DOM分子组成和结构特征

利用高分辨傅里叶变换离子回旋共振质谱技术(FT-ICR-MS)及分析手段综合表征了北运河上覆水中DOM分子组成和结构特征,揭示了DOM分子组成的迁移转化规律,并评估了DOM分子组成的潜在环境影响.结果表明:北运河上覆水DOM分子化合物主要由木质素(63.19%)和蛋白质(12.96%)组成.上覆水中稳定DOM分子公式主要由难降解木质素和不断循环且再生的基本代谢物及分泌物组成,独特DOM分子公式的多样性与人为活动强度有关,优先被转化或降解的相同DOM分子公式主要为携带高化学活性羧基和羟基的木质素和不稳定的脂质、蛋白质和碳水化合物.北运河具有外源废水输入量高的特点,致使上覆水具有大量不稳定DOM化合物,增加了河流富营养化的潜在风险.     

玄武湖表层沉积物间隙水与上覆水中微量金属的含量及相关性研究

应用ICP-AES对南京市玄武湖表层沉积物间隙水和上覆水中的金属元素进行定量测试,并对间隙水和上覆水中的金属离子浓度进行了相关性分析。结果表明,大部分间隙水中的金属离子浓度高于上覆水,且在两者中不具有相同的浓度分布趋势;相关性分析表明,除Mn外,其它元素在间隙水和上覆水中的浓度无明显相关性,但是Fe和Mn与其它金属元素之间存在明显的相关性。     

同温混合初期主库区沉积物间隙水DOM的光谱特征——以周村水库为例

运用紫外-可见光谱技术以及结合平行因子分析法的三维荧光光谱（EEM-PARAFAC）技术,对周村水库秋末同温混合初期的沉积物间隙水中溶解性有机物（DOM）的光谱特征进行分析.结果表明：周村水库沉积物间隙水DOM的紫外-可见吸收光谱并无明显特征峰,吸收系数的变异系数在50%~330%之间,表明其性质在不同深度上存在差异;E2/E3、E3/E4随深度增加,说明富里酸所占DOM的比例随沉积物深度增加而升高;三维荧光光谱中分离了4个组分,分别为类富里酸（C1、C2）、类蛋白（C3）和类腐殖酸（C4）;类蛋白（C3）与类腐殖酸（C4）具有显著的相关性（P<0.01,R=0.905）;DOM总荧光强度以及各组分荧光强度随着沉积物深度的增加均呈下降趋势,但DOM中腐殖质所占比例随深度逐渐增加,各样点间各荧光组分的荧光强度与组分比例差异显著;水库沉积物间隙水的高FI（1.8~2.0）和BIX（>1.0）,以及低HIX（<4.0）的荧光特征指数,说明不同深度DOM的腐殖化程度低,均来源于微生物作用.     

荧光光谱法研究丙酮与牛血清白蛋白的相互作用特征

在模拟动物体生理条件和不同温度下,用荧光光谱、三维荧光光谱、同步荧光光谱、紫外可见吸收光谱法等研究了丙酮(ACET)与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用,证实了丙酮有很强的猝灭BSA荧光强度的能力.分别用Sterr-Volmer方程、Lineweaver-Burk双倒数方程和热力学方程等分析和处理试验数据,得到了它们相互作用的生成常数KLV(平均值为7.073×106L·mol-1)、热力学参数(△Hθ、△Gθ和△Sθ的平均值分别为-3.982kJ·mol-1、-26.51 kJ·mol-1和73.31J·K-1)和结合位点数(平均值为1.266)等.这为研究ACET对BSA构象的影响、ACET的毒理效应和生物学效应提供了重要信息.     

除草剂莠去津对过氧化氢酶中酪氨酸微区的影响

应用紫外差光谱和荧光光谱研究了除草剂莠去津对过氧化氢酶中酪氨酸微区的影响.通过紫外差光谱发现,当9.1＜pH＜9.9之间变化时,差光谱吸收△A_260nm急剧变化,酪氨酸酚羟基的表观离解常数pK_侧链=9.5莠去津与过氧化氢酶作用后,可能是由于氢键的作用,紫外差光谱和荧光光谱都有一定的红移现象产生,但其表观离解常数未发生改变.SDS对其荧光性质有较大的影响;过氧化氢酶的荧光能被KI碰撞猝灭研究表明,酪氨酸残基可能是处于过氧化氢酶的亲水内核,莠去津可能与过氧化氢酶形成氢键,但对酪氨酸微区影响不大.     

不同原料堆肥胡敏酸的荧光特性

从以植物、鸡粪、生活垃圾、污泥、牛粪和杂草为主要原料的6种堆肥产品和草炭中提取胡敏酸类物质,对他们的激发、发射、同步和三维荧光光谱进行了研究. 结果表明:各荧光谱图中,草炭胡敏酸特征荧光峰出现在最大波长处,植物、牛粪和生活垃圾堆肥胡敏酸次之,鸡粪和杂草堆肥胡敏酸紧接其后,污泥堆肥胡敏酸最低,并且含有较强的类蛋白荧光. 各类堆肥的类富里酸荧光峰强度与类胡敏酸荧光峰强度的比值从小到大及腐殖质化程度由高到低均依次为0.708(草炭堆肥),0.893(植物堆肥),0.932(牛粪堆肥),0.940(生活垃圾堆肥),1.155(杂草堆肥),1.206(鸡粪堆肥)和1.521(污泥堆肥). 相对于草炭胡敏酸,堆肥胡敏酸普遍分子结构简单、芳构化程度较低,且具有较强的土壤元素活化能力,并且植物、牛粪和生活垃圾堆肥的胡敏酸在增大土壤环境容量及降低污染土壤中重金属移动性方面效果最佳.      

四种金属离子对CHBr_3和小牛胸腺DNA间结合作用的影响

采用紫外光谱和荧光光谱法研究了CHBr3与离体小牛胸腺DNA(ctDNA)间的相互作用,以及Cu2+、Co2+、Cd2+、Mg2+4种金属离子单独或共存时对CHBr3与ctDNA结合的影响.结果表明:4种金属离子与CHBr3、ctDNA均能发生基态络合反应,络合物的生成导致体系的紫外吸收峰强度和形状改变,使ctDNA-溴化乙锭体系的荧光发生了不同程度的猝灭;向CHBr3-ctDNA-溴化乙锭体系中分别或同时加入4种金属离子后,Cu2+、Co2+、Cd2+可减弱两者之间的结合,减弱顺序为Cu2+Co2+Cd2+,Mg2+可加强两者之间的结合,4种金属离子同时加入后出现不同于4种金属离子单独加入时的中间类型.据此推断,CHBr3可能主要是通过嵌插作用与ctDNA碱基结合,金属离子对CHBr3与ctDNA结合的影响主要取决于金属离子与DNA的碱基和磷酸基团间结合的相对亲和比.     

含生物质炭城市污泥堆肥中溶解性有机质的光谱特征

以外源添加生物质炭的城市污泥堆肥过程中溶解性有机质(DOM)为研究对象,讨论了其紫外-可见和荧光光谱特征变化.结果表明:与对照组相比,外源添加生物质炭的处理其堆肥DOM的芳香性和腐殖化程度更高,有利于提高堆肥的腐熟度,且外源添加花生壳炭的处理较添加小麦秸秆炭的处理更有利于堆肥腐熟度的提高.外源添加花生壳炭的处理在堆肥21d后,其堆肥腐熟度可能达到峰值,而外源添加小麦秸秆炭的处理其堆肥腐熟度则随着堆肥时间的进行而增加.对照组和处理组堆肥DOM的FI>0.7,BIX>0.8,表明其来源为自生源,可能与微生物对有机物的降解有关.因此,通过对城市污泥堆肥过程中DOM的光谱特征分析,能较好地评估城市污泥堆肥腐熟度的情况.     

光谱法研究胞外聚合物与四溴双酚A的相互作用

利用三维荧光光谱和红外光谱研究污水处理厂活性污泥中萃取的胞外聚合物与四溴双酚A之间的相互作用.结果显示,活性污泥胞外聚合物中存在3个明显的荧光峰,分别为,E_x/E_m=230/300nm(峰A)、E_x/E_m=240/350nm(峰B)和E_x/E_m=270/370nm(峰C).荧光滴定结果表明,3个荧光峰随着四溴双酚A 的加入均发生不同程度的猝灭.修正的Stern-Volmer模型和Ryan-Weber非线性模型计算胞外聚合物与四溴双酚A之间的结合常数,二者间的结合常数值(lg K)在4.23~6.27之间.红外光谱和同步荧光结果显示,胞外聚合物与四溴双酚A 结合导致胞外聚合物原有的蛋白质结构发生变化.同时,考察了不同环境条件(pH值、电导率以及离子)对两者作用的影响.结果表明:pH值和离子变化对胞外聚合物与四溴双酚A结合强度有影响,但电导率的变化影响并不显著.     

猪粪与秸秆协同发酵产热及溶解性有机质的转化特征

采用量热计法和三维荧光光谱,分别对猪粪发酵产热不同阶段温度、热值以及溶解性有机质(DOM)的转化特征进行了研究. 结果表明:在不同C/N(猪糞与芦苇秸秆物料配比)的4组发酵产热试验中,纯猪粪发酵产热温度高于室温时间达到60d,累积热量损失最多达8.862kJ/g,是增温技术最为理想的配比;随着发酵产热的进行,纯猪粪发酵产热样品中类蛋白化合物荧光比值(P_1,n+P_2,n,0.625~0.546)逐渐减少,类富里酸物质荧光比值(P_3,n,0.140~0.173)与类胡敏酸物质荧光比值(P_5,n,0.051~0.097)逐渐增多,腐殖化程度逐渐加强,但是与其他各组相比其腐殖酸类物质增加最少,腐殖化程度最低;不同C/N物料产热过程中,尽管不同区域的荧光强度与热值的相关性不同,但不同C/N物料释放的热量均来源于微生物对简单有机化合物的分解.      

兰州市大气颗粒物多环芳烃的恒能量同步荧光光谱特征研究

通过传统单波长激发/发射荧光光谱法与恒能量同步荧光光谱法进行对比,对大气颗粒物中多环芳烃(PAHs)进行了定性定量分析,采用恒能量同步荧光光谱法在不同能量差下建立了15种典型PAHs成分的恒能量同步荧光法的标准谱库.在各PAHs在最佳能量差下进行定量分析,结果表明,除苊荧光信号响应较差外,其余PAHs的LOD和LOQ分别为0.0580～3.18、0.232～12.7 ng·mL~(-1).15种PAHs的空白和一定浓度下的加标回收率范围在82.8%～120.0%,相对标准偏差范围在0.51%～5.87%之间,以恒能量同步荧光光谱进行了兰州地区大气颗粒物中15种PAHs分布特征分析.     

同源地人工湖水体和底泥中有机物组成及有机结构的分析研究

采用XAD-8大孔吸附树脂对水体和底泥中的有机物进行组分分离,并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱(3DEEMs)对自然水体和底泥中的疏水酸(腐殖酸、富里酸)、疏水碱、疏水中性物质和亲水物质进行表征和对比.结果表明,水体中有机物含量:亲水物质富里酸腐殖酸疏水碱疏水中性物质,底泥中有机物的含量为:腐殖酸富里酸亲水物质疏水碱疏水中性物质.根据红外、紫外、三维荧光光谱可知底泥中有机物的芳香程度、不饱和程度及分子量大小略高于水体有机物.根据荧光指数(FI)和自生源指标(BIX)可知,底泥和水体的腐殖酸和富里酸主要来源于陆生动植物和土壤有机质,而其余物质主要源于细菌和藻类活动.