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.     

三峡库区城镇化影响下河流DOM光谱特征季节变化

三峡库区城镇化进程对河流溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)的组成和输运具有重要影响.本文选取三峡库区高城镇化河流桃花溪和低城镇化河流普里河,于春季(4 月)和夏季(8 月)采集水样,运用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术,分析DOM的季节变化和空间特征.结果表明,桃花溪和普里河的...     

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.      

应用多元统计研究城市河流沉积物孔隙水中DOM紫外光谱特征

应用紫外-可见光吸收光谱研究白塔堡河丰水期沉积物孔隙水中水溶性有机物(DOM)的来源、结构及腐殖化程度.采集白塔堡河干流13个沉积物孔隙水样品,分析DOM紫外光谱特性,推演出9个紫外光谱指数(SUVA254、E2/E4、E4/E6、E2/E3、S275~295、S350~400、A2/A1、A3/A1和A3/A2),研究DOM的组成与结构特征,评价DOM的腐殖化水平.白塔堡河沉积物孔隙水中DOM组成、机构及腐殖化水平呈现沿农村河段向城镇与城市河段递变,农村河段DOM分子量大于城镇与城市河段的,农村河段的DOM分子的聚合度、芳化度、腐殖化水平高于城镇与城市河段的,而DOM中富里酸的含量沿农村河段向城镇与城市河段增加.A2/A1、A3/A1和A3/A2和其它6个指标呈负相关,表明DOM的腐殖化水平随着A2/A1、A3/A1和A3/A2的值增大而升高,而随着其它指标的增大而降低.A2/A1、A3/A1和A3/A2更加精确地评价DOM腐殖化水平,辨识不同采样点DOM腐殖化进程.     

三峡库区消落带水体DOM不同分子量组分三维荧光特征

本研究利用超滤技术和三维荧光光谱,以三峡库区典型消落带水体溶解性有机质(DOM)不同分子量组分为对象,分析和讨论了不同分子量级分的组成差异和输入来源.结果表明,该区域DOM分子量分布情况较为分散,但胶体(M_r1×10~3~0.22μm)和真溶态组分(M_r1×10~3)均对DOC总质量贡献相当.不同分子量级分中均存在A、C、B、T峰,其相对含量分配均呈现出一致趋势,即真溶态(M_r1×10~3)低分子量组分(M_r1×10~3~10×10~3)中分子量组分(M_r10×10~3~30×10~3)高分子量组分(M_r30×10~3~0.22μm).另外,DOM随超滤分子量等级降低,FI和BIX值增加,"内源"输入特征增强;腐殖化程度降低(HIX值下降).陆源输入主要影响高、中分子组分,而内源输入主要影响低分子及真溶态部分.同时,沿岸不同土地利用类型对水体DOM性质和组成影响明显.土地利用类型多样性、生态景观结构复杂程度越高,水体DOM不同分子量等级中各荧光组分也越复杂.     

高清质谱解析河岸带湿地溶解有机质分子组成特征及其环境意义

河岸带湿地土壤溶解有机质(Dissolved organic matter,DOM)对陆源污染物的迁移和对河流水体富营养化进程均具有重要影响.本研究以典型河口冲积岛——崇明岛河岸带湿地DOM为研究对象,采用液相四级杆飞行时间质谱(Liquid chromatography quadrupole time-of-flight mass spectrometry,LC-Q-TOF-MS)技术分析河岸带湿地土壤DOM的分子组成特征,探究河岸带湿地DOM可能的主要来源.研究结果表明:LC-QTOF-MS技术成功地解析了复杂混合物DOM的分子组成特征,其中脂类化合物是崇明岛河岸带湿地土壤DOM的主要组分,占到28.87%~43.87%,其次为蛋白类物质和羰基类化合物,分别占到总DOM的17.46%~36.54%和19.13%~31.28%,最少的是脂肪酸类、糖类和氨基酸类物质,其三者之和仅为12%左右.同时,崇明岛河岸带湿地DOM分子主要来源于河岸带湿地植物光合生产和陆上区域农业面源径流、生活污水和工业废水的排放,其空间分布受小流域土地利用类型影响.研究结果为复杂混合物的分子组成解析和河岸带湿地管理提供一种新思路.     

高DOM渗滤液厌氧-好氧-混凝处理工艺

采用厌氧-好氧-混凝工艺,对垃圾焚烧厂高DOM渗滤液进行处理,当进水ρ(COD_Cr)平均值为10 800 mg/L时,出水ρ(COD_Cr)平均值可达208 mg/L;同时,着重针对各工艺单元出水DOM不同分子质量分布区间的ρ(COD_Cr)以及DOM组成成分的变化进行了研究.结果表明:该处理工艺对DOM分子质量＜50 ku的有机物去除率均可达到94.7%以上,而对分子质量＜2 ku的有机物的去除率可达99.0%;对渗滤液DOM组成成分〔腐殖酸(HA)、富里酸(FA)和亲水性有机质(HyI)〕的去除率均达到90.0%以上,表明该组合工艺用于处理垃圾焚烧厂渗滤液是可行的.      

天津市典型排污河水体中溶解性有机质的荧光分布特征分析

利用三维荧光光谱研究了天津市两条典型排污河(大沽排污河和北塘排污河)沿河水体中溶解性有机质(DOM)的荧光分布特征,并通过对荧光参数——紫外区类富里酸峰中心位置的荧光强度与可见区类富里酸峰中心位置的荧光强度比值(r(A,C))和激发光波长370nm时荧光发射光谱强度在450nm与500nm处的比值(f450/500)的分析,探讨了水体中DOM的来源.结果表明,大沽排污河除中游个别位置外,其它位置水体均能检出紫外区类富里酸、类蛋白、可见光区类腐殖质、紫外区类腐殖质,总体上呈中游少、上下游多的特点;而北塘排污河水体中DOM的荧光峰从上游到下游呈增多趋势,但检出数量比较少.两条排污河水体中DOM均以紫外区类腐殖质最强.两条排污河水体中DOM的荧光强度与其水质参数之间存在显著相关性,而大沽排污河的相关系数更大.结合荧光参数r(A,C)和f450/500的分析和现场对入河排污口的调研,发现两条排污河的溶解性有机质来源均以入河排污口排污汇入(陆源)为主,另外还有少量沉积物有机质释放(微生物作用).     

三峡库区消落带土壤溶解性有机质溯源:基于氮/碳比值的线性双端元源负荷分析

土壤溶解性有机质(soil DOM)作为陆地系统天然有机质的重要组成部分,以其活跃的生物地球化学性质,在污染物的环境行为中扮演着极其重要的作用.而了解其来源和结构组成是进一步明确其"结构-反应活性"的关键和前提.本文以三峡库区消落带土壤DOM为研究对象,基于传统氮/碳比值(N/C)及衍生的双端元源负荷模型,讨论该溯源方法在分子水平上的合理性;同时采用光漂白试验,进一步讨论各样本反应活性与其源负荷的相关性.结果表明,N/C值和双端元线性混合模型值均表明土壤DOM具有"陆源"和"内源"的双重特性——这与其他高级分析技术溯源结果基本一致.这种传统溯源分析结果在分子水平上具有合理性,但仅仅反映DOM结构和来源在特定面相上的信息,只能证明库区土壤DOM属于"混合型来源",却无法提供分辨率更高的特定组分来源信息.另外,N/C元素比值及源负荷分别和光漂白动力学过程极显著相关,因此可作为较方便的指标,快速简单判断DOM的光化学反应活性.但在关注DOM本身生物地球化学的研究工作中,仍建议使用多重方法的比较分析,以便于提高单一解析方法的分辨率.     

白塔堡河不同粒级有机物的三维荧光特征解析

利用三维荧光扫描(3DEEM)和体积积分法(FRI),分析了辽河流域白塔堡河在春汛期水中溶解性有机物(DOM)、小粒径有机物(0.22~0.7μm)和大粒径有机物(>0.7μm)的分布。结果显示:白塔堡河中有机物以芳香类蛋白质和溶解性微生物代谢产物为主,腐植酸类物质含量极少;5类组分在不同粒径有机物中分布相似,在0.22μm以下的DOM中分布最多;溯源分析显示,DOM来源较单一,表现出较强的内源生物降解特性,而颗粒状有机物则表现出内源和陆源的双重特性;多元统计分析显示,白塔堡河点位有机物分布基本上呈现区域性分布特征。     

基于层次分析法评价清水廊道陆向缓冲带工程适宜性

清水廊道陆向缓冲带是截留陆域污染入河前的最重要生态屏障,评价其工程适宜性,不仅要体现出陆向缓冲带对外源污染物拦截效果以及所选缓冲带技术本身的特点,还要体现出污染物拦截技术对于清水廊道周边环境、社会和经济等方面综合影响。基于层次分析法,选取了18个评价指标,构建清水廊道陆向缓冲带工程适宜性评价体系,并对光明大堰河清水廊道陆向缓冲带污染拦截工程进行适宜性评价。结果表明:在所评价的8个河段中,非常适宜的河段占62.5%,适宜的河段占37.5%,河段总体处于污染拦截效果较好状态。基于层次分析法的清水廊道陆向缓冲带污染拦截工程评价方法可将河岸带的功能管理、植被及生态重建、土地利用、滨水区规划和设计融入工程评价中,为清水廊道工程的实施提供理论支撑和数据支持。     

河流不同分子量溶解性有机质对全氟化合物赋存形态的影响

目前有关水体全氟化合物(PFASs)赋存特征的研究主要集中于总溶解态,对溶解性有机质(DOM)结合态PFASs的研究较为匮乏,尤其忽视了不同分子量DOM对PFASs赋存形态的影响. 为阐明河流上覆水体不同分子量DOM对PFASs赋存形态的影响,本文以长江干支流为例,分析了河流上覆水体11种典型PFASs (C4~C12)的浓度及组成,研究了不同分子量DOM结合态PFASs的赋存特征. 结果表明:①长江上覆水体中PFASs的平均浓度为52.6 ng/L,其中全氟戊酸(PFPeA)和全氟己酸(PFHxA)是最主要的单体污染物;由于受点源污染的影响,武汉段PFASs总溶解浓度及其单体浓度均显著高于其他采样点. ②长江上覆水体中DOM的浓度范围为0.08~3.84 mg/L (以C计),将水体DOM按分子量分离为<1 kDa、1~3 kDa、3~5 kDa、5~10 kDa和>10 kDa五种组分,各采样点中<1 kDa的溶解性有机碳(DOC)浓度(1.56~3.84 mg/L)显著高于其他分子量的DOC浓度. ③对于所检出的PFASs,<1 kDa DOM结合态PFASs (含自由溶解态)的浓度亦显著高于其他分子量DOM结合态PFASs的浓度,且其占水体总溶解态PFASs的比例均在85%以上,说明水体DOM结合态PFASs具有较高的生物有效性. 研究显示,水体不同分子量DOM结合态PFASs的赋存特征存在差异,因此对水体PFASs进行生态风险评价时需综合考虑不同分子量DOM结合态的含量及其生物有效性.      

灞河流域DOM荧光光谱特征及其对细菌组成的影响

为了探讨溶解性有机质（DOM）来源组成对细菌群落结构和多样性的影响,以及细菌群落结构在控制DOM组成及降解中的作用,本研究基于三维荧光光谱-平行因子分析（EEM-PARAFAC）技术研究了灞河水体枯水期（12月）DOM的荧光组分特征及空间分布变化;采用高通量测序技术分析了水体中细菌群落特征.结果表明：灞河水体DOM荧光组分中含有3个腐殖质类组分（C1：240,320/400nm;C2：260-295/478-504nm;C5：240/480nm）和2个蛋白类组分（C3：240,272~284/350~360nm;C4：255~275/326~336nm）,5组分之间相关性较好,表明这2类荧光组分具有相似的来源属性;灞河水体门水平中相对丰度最高的为变形菌门（Proteobacteria,54.22%）,其次为拟杆菌门（Bacteroidetes,19.40%）、厚壁菌门（Firmicutes,12.28%）、蓝藻菌门（Cyanobacteria,6.46%）和放线菌门（Actinobacteria,3.13%）;河流水体中的营养盐含量、水温、电导率及pH值均对细菌群落组成有一定影响.DOM各组分与浮游菌群表现出一定相关关系,且腐殖类和蛋白类组分沿河流纵向梯度对比明显,不同细菌群落对DOM的质量和不稳定性可能有不同的反应.本研究可为河流生物地球化学过程对微生物种群组成和功能影响的研究提供一定的基础数据.     

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...     

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.     

东江流域主要支流溶解性有机质污染特征初探

溶解性有机质（DOM）是天然水体的重要组成部分,其组分构成及含量能够反映河流污染特征。研究利用三维荧光光谱技术对2014年3—4月东江流域8条一级支流下游DOM的荧光组分进行分析。通过寻峰法和平行因子分析（PARAFAC）识别出两种类腐殖质组分（Peak A和Peak B）和两种类蛋白质组分（Peak C和Peak D）;并结合常规水质指标,探索各支流的主要污染源,为东江流域水质管理提供科学依据。结果表明：1)东江流域淡水河和石马河两种类蛋白质显著高于其他支流,两种类腐殖质出现缺失现象。2）8条支流样点的DOM中,Peak C、Peak D与各常规水质参数相关性显著,说明东江流域DOM能够较好地反映水质情况。3）东江流域中上游支流自然生境良好,受到人为活动影响强度低。中游支流受农业及工业的双重污染,类腐殖质及类蛋白质的含量较上游河流有显著增加。下游支流受人为活动影响剧烈,河岸带自然生境破坏严重,河岸固化,使得类腐殖质缺失;工业废水及生活污水大量排放,类蛋白质含量显著上升。4）与国内外其他河流相比,东江流域各支流、珠江干流广州河段及河口、辽河流域太子河均呈现以类蛋白质为主要组分,与长江流域以及国外河流存在显著差异,说明东江流域人类产生的有机污染严重,亟须治理。     

两江交汇处水体溶解性有机质的吸收和荧光光谱特征:以渠江-嘉陵江、涪江-嘉陵江为例

利用三维荧光和紫外-可见吸收光谱手段,分析了渠江、涪江和嘉陵江交汇处水体DOM特征变化.结果表明,干支流各采样点水体DOM的FI值1.4,HIX值0.8,表现出明显陆源输入特征,整个研究区域水体混合模式为非保守混合,对交汇处水体DOM地化特征变化有一定贡献,但并非主导因素.河流沿岸不同土地利用类型对交汇处水体DOM特征改变有明显影响,聚类分析发现,所有采样点可分为两大类,一类为沿岸以森林和农田生态系统为主(渠江-嘉陵江交汇处),另一类为沿岸以城市用地为主(涪江-嘉陵江交汇处),前者向干流水体中输入芳香化程度和腐殖化程度较高的DOM,后者以浓度较高而结构相对较简单的DOM输入为主.此外,涪江-嘉陵江交汇处类蛋白质荧光组分信号增强,出现荧光T峰,表明人为活动对水体质量的影响明显.     

Spatiotemporal optical properties of dissolved organic matter in a sluice-controlled coastal plain river with both salinity and trophic gradients

Due to the combined effect of sluices and sea tide, the sluice-controlled coastal plain river would be characterized by both trophic state and salinity gradients, affecting the spatiotemporal optical properties of dissolved organic matter (DOM). In this study, we investigated the spatiotemporal variation of water quality parameters and optical properties of DOM in the Haihe River, a representative sluice-controlled coastal plain river in Tianjin, China. A significant salinity gradient and four trophic states were observed in the water body of the Haihe River. Two humic- and one protein-like substances were identified from the DOM by the three-dimensional fluorescence spectra combined with the parallel factor (PARAFAC) analysis. Pearson's correlation analysis and redundancy analysis (RDA) showed that the salinity significantly affected the abundance of chromophoric DOM (CDOM) but did not cause significant changes in the fluorescence optical characteristics. In addition, the effect of Trophic state index (TSI) on the CDOM abundance was greater than that on the fluorescence intensity of fluorescent dissolved organic matter (FDOM). In the water body with both salinity and trophic state gradients, TSI posed a greater influence than salinity on the CDOM abundance. Our results fill the research gap in spatiotemporal DOM characteristics and water quality variation in water bodies with both salinity and trophic state gradients. These results are beneficial for clarifying the joint influence of saline intrusion and sluices on the DOM characteristics and water quality in sluice-controlled coastal plain rivers.