富营养化巢湖沉积物溶解性有机质光谱时空分布特征及其环境意义

通过紫外吸收光谱（UV-vis）和三维荧光光谱（3D-EEMs）,研究典型富营养化湖泊巢湖沉积物溶解性有机质（DOM）光谱时空分布特征.结果表明,巢湖表层沉积物DOM的a（254）含量为13.1~101.7 m^-1,平均值为（32.2±16.2）m^-1.其中,夏季沉积物a（254）的含量（（46.6±25.6）m^-1）要显著高于其它季节,且湖心区a（254）平均值和变异性均小于湖滨区.表层沉积物DOM的S_275~295值从春季到冬季上随时间呈明显上升趋势.沉积物DOM荧光强度在夏季最高,在垂直剖面上总体呈下降趋势.DOM组分以酪氨酸类蛋白质和溶解性微生物产物为主,各组分在空间分布上无明显差异.巢湖沉积物DOM荧光指数（FI）为2.56~4.89,腐殖化指数（HIX）为0.57~6.78,生物源指数（BIX）为0.31~1.54.巢湖沉积物DOM主要来自于生物源,藻的生长循环会显著影响富营养化湖泊沉积物DOM的来源和性质.     

太湖溶解有机质光谱和氮磷污染的区域分布差异特征

对太湖水体溶解有机质三维荧光光谱、紫外吸收系数、溶解性有机碳(DOC)、总氮和总磷的分布特征进行了研究,定量估算了溶解有机质的来源. 研究发现:太湖水体溶解有机质的各物理化学参数以及氮磷质量浓度的区域分布特征明显. 水体三维荧光光谱显示有2个特征的类蛋白荧光峰,但不同湖区水样荧光峰位置以及强度并不完全一致. ρ(DOC)和荧光强度〔Fn(355)〕与吸收系数(α)有显著的相关性,但其相关关系也存在明显的区域特征. 根据有机质光谱学和理化指标的分布特点、梯度变化规律及地理特征要素,将太湖分为4个区域(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ区),讨论了各区域的特征和变化规律. 利用有机质来源与荧光光谱指数的定量关系,估算了溶解有机质的来源贡献率,结果显示,北部湖区城市污水、陆源和生物活动对DOM的来源均有影响,其他湖区DOM以生物作用为主,陆源贡献率均不超过25%.      

超滤、三维荧光光谱与高效体积排阻色谱联合表征地表水环境中溶解有机质的性质

超滤、三维荧光光谱以及高效体积排阻色谱3种研究方法的结合可以表征不同类型荧光物质的相对分子质量分布规律,进而揭示它们的来源以及组分差异.用截留相对分子质量为1 000的再生纤维素超滤膜对几种不同类型地表水体中的溶解有机质进行分离后,利用三维荧光光谱以及相对分子质量分布特征谱图表征超滤完成后滞留液中相对分子质量较高的组分和渗透液中相对分子质量较低的组分中溶解有机质的性质.结果发现,湖北神农架大九湖沼泽水中原先被强腐殖酸荧光吸收峰E(Ex/Em: 360 nm/462 nm)掩盖的类富里酸荧光吸收峰A(Ex/Em: 260 nm/450 nm)和C(Ex/Em: 320 nm/439 nm)以及类蛋白荧光吸收峰B(Ex/Em: 275 nm/312 nm)和D(Ex/Em: 220 nm/308 nm)因其相对分子质量较小而被分离进入渗透液中,可被荧光检测;贵州红枫湖南湖内源产生的类蛋白荧光吸收峰B(Ex/Em: 280 nm/334 nm)和D(Ex/Em: 225 nm/328 nm)在原水中含量太低,即使采用灵敏度高的荧光检测手段也很难从原水中直接鉴别出来,但超滤后却因其相对分子质量大而被保存在超滤滞留液中.此外,研究还发现不同来源的类富里酸荧光物质和类蛋白荧光物质其相对分子质量大小也存在差异.如红枫湖南湖内源产生的类蛋白荧光物质具有较大的相对分子质量分布,被保存在超滤滞留液中;而贵州阿哈湖外源输入的类蛋白荧光物质相对分子质量则较小,易通过超滤膜进入渗透液中.因此, 3种研究方法的联合可以为研究地表水体中溶解有机质的性质提供方便直接的定性信息.     

东平湖表层沉积物有机质分布特征及其环境意义

依据表层沉积物样品测定结果,着重分析了东平湖表层沉积物有机质浓度的空间分布特征及其影响因素,并结合历史数据对20世纪90年代以来东平湖沉积物有机质浓度变化状况进行了研究。同时,对东平湖沉积物有机质地球化学行为的环境意义进行了探讨。研究结果表明:东平湖表层沉积物中有机质浓度为0. 74%～2. 83%,平均值为1. 56%。在空间上具有湖区东南向西北方向舌状递减趋势。大汶河来水所携带的外源有机质输入是控制东平湖有机质分布特征的主要因素,养殖业与旅游业的发展以及区域性污废水排放等因素也有一定影响。受外源污染物入湖量显著降低等因素的影响,21世纪以来东平湖有机质浓度较20世纪90年代明显下降。此外,有机质矿化过程中释放的营养盐增加了东平湖水质恶化及水体富营养化的风险,但沉积物中有机质对重金属的吸附、络合作用则有效降低了东平湖重金属污染危害。     

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.     

有机质分解对青海湖湖水溶解无机碳同位素（δ13CDIC）的影响及其指示意义——来自沉积物捕获器的研究

青海湖沉积物稳定碳同位素常常被用来指示古环境的变化,然而准确地解译其信号需要充分认识溶解无机碳同位素比值（δ¹³C_DIC）变化及其控制因素。本文利用沉积物捕获器连续一年收集的青海湖湖水及颗粒物,通过其中湖水的δ¹³C_DIC和细颗粒沉积物中碳酸盐稳定碳同位素（δ¹³C_carb）的同步分析,结合湖水δ¹³C_DIC的垂直分布和表层沉积物δ13Ccarb及有机碳同位素（δ¹³C_org）,探讨了有机质分解在δ¹³C_DIC和δ¹³C_carb中的调节作用。结果表明,从沉积物捕获器中获得的湖水δ¹³C_DIC的变化主要受控于与外界隔绝后（微）生物对有机质的分解作用,但这种（微）生物分解作用并不会影响到δ¹³C_carb比值。这些现象反映了（1）还原环境下（微）生物对有机质的分解作用对水体δ¹³C_DIC有重要影响和（2）青海湖自生碳酸盐主要从上层湖水沉淀,且形成后不再与周围水体发生交换作用。     

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.     

南湖水系溶解性有机质来源及时空分布特征

加强南湖及周边水体(简称南湖水系)水环境治理对于改善杭嘉湖水网水质具有重要意义。采用紫外-可见吸收和三维荧光光谱技术,分析2018—2019年南湖水系在不同水期溶解性有机物(DOM)的分布状况、荧光特征及其组分与主要水质参数的相关性,以探究南湖水系DOM的组成、来源及生物有效性。结果表明:南湖水系DOM浓度在枯水期(5.63 mg/L)显著高于丰水期(4.81 mg/L);三维荧光光谱解析出3个类蛋白峰和1个类腐殖质峰,其中类蛋白峰对总荧光强度的贡献率为90.80%,且枯水期贡献率高于丰水期;DOM及其组分的分布具有空间差异性,呈北部、西部高,东南部低的趋势,荧光指数表现为枯水期(1.75)高于丰水期(1.70);腐质化指数与生源指数均显示,南湖水系有机质的生物可利用性较高,且枯水期高于丰水期;水体DOM与氨氮和有机氮之间呈显著正相关。南湖水体中DOM主要来源于城市生活源排放和内源释放,且西北部区域存在污水直排或管网渗漏现象,控制外源DOM输入可有效控制水系中氮的水平。     

两个水库型湖泊中溶解性有机质三维荧光特征差异

应用三维荧光光谱技术(3D-EEM),研究了两个典型水库型湖泊(长寿湖和大洪海)水体中溶解性有机质(DOM)的荧光光谱特征,结合沿岸生态系统差异,讨论其对两个湖泊中DOM性质及来源的影响.结果表明,沿岸生态系统的差异性(尤其是人为干扰)是导致两个水体DOM地球化学特征存在明显差异的重要原因.两湖水体中DOM均存在4个荧光峰,且长寿湖样本中类蛋白物质含量更高;而大洪海水体中腐殖化程度较高的组分(C峰)含量较高.相关性分析表明,两湖DOM样本中类蛋白和类腐殖组分来源不同,而A、C峰代表的类腐殖组分存在共源性.通过荧光参数分析显示,沿岸以森林系统为主的大洪海水体DOM陆源性更强,腐殖化程度高;而长寿湖受两岸农田、果园的输入以及人为排放影响,其水体DOM具有明显的自生源特征,新生DOM含量较高,其荧光特征也反映了该区域水体受人为干扰较大.与其他不同湖泊对比,进一步表明沿岸生态系统类型及人为土地利用是决定水体DOM来源和特性的关键因素.     

博斯腾湖有色可溶性有机物来源及季节变化特征

博斯腾湖是中国西北地区最大的外流湖,近年来随着湖区周边废水排入量的增加,严重威胁到湖泊周边地区居民的饮用水安全.对博斯腾湖开展有色可溶性有机物(CDOM)的来源及季节变化研究对该湖水质保护具有非常重要的意义.通过平行因子分析法解析博斯腾湖CDOM三维荧光光谱,得到类腐殖酸组分C1(255 nm/420 nm),类酪氨酸组分C2(270 nm/324 nm)和类色氨酸组分C3(230 nm/340 nm).2018年夏季盐度与C1呈显著负相关(r=-0.64,p<0.01),与C2呈显著正相关(r=0.65,p<0.01),这表明河流等外界输入是夏季湖水中类蛋白质和类腐殖质荧光组分的主要来源,夏季强烈的蒸发作用使得微生物活性增强.而2019年秋季盐度与C3呈显著正相关(r=0.70,p<0.01),与C2呈显著负相关(r=-0.51,p<0.05),意味着淡水输入直接稀释河口区CDOM中的类蛋白组分.整体上,博斯腾湖CDOM浓度在黄水区附近最大,且夏季CDOM浓度较秋季更大(t-test,p<0.001),意味着夏季水质更差.河口区各指标的变异程度较大,受淡...     

岗南水库沉积物溶解性有机物光谱时空分布特征及环境意义

为探究岗南水库沉积物溶解性有机物(DOM)的时空演变机制,本文使用紫外-可见光谱(UV-vis)和三维荧光光谱-区域积分法(EEM-FRI),分析了岗南水库沉积物DOM的来源及分布特征.结果 表明:岗南水库夏季沉积物DOM的相对浓度显著高于春季、秋季以及冬季(P＜0.05);E2/E3值显示岗南水库沉积物DOM分子量为...     

Characterization of dissolved organic matter fractions from Lake Hongfeng, Southwestern China Plateau

With XAD-series and ion exchange resins, dissolved organic matter (DOM) from Lake Hongfeng in Southwestern China Plateau was isolated into 6 fractions, i.e., humic acid (HA), fulvic acid (FA), hydrophobic neutrals (HON), hydrophilic acids (HIA), hydrophilic bases (HIB) and hydrophilic neutrals (HIN). Those fractions were characterized by high performance size exclusion chromatography, fluorescence spectroscopy and UV absorbance. Among the 6 fractions, FA was predominant and accounted for 51% of the total DOM. The weight-average (M_w) and number-averaged (M_n) molecular weight of these fractions ranged from 1688 to 2355 Da and from 1338 to 1928 Da, respectively. A strong correlation was observed between specific UV absorbance at 280 nm, E₂/E₃ (absorbance at 250 nm to 365 nm), and the molecular weight for DOM fractions. UV-Vis fulvic-like fluorescence peaks were found in all fractions. Protein-like fluorescence peaks existed in HON may indicate that microbial activity was severely in Lake Hongfeng. There was a significant relationship between fluorescence intensities and specific UV absorbance at 254 nm for those DOM fractions, suggesting their similar luminescence characteristics. The values of fluorescence index (f_450/500) indicated that hydrophobic fractions may derive from terrestrial sources, and the hydrophilic fractions from microbial and terrestrial origins. Those results suggest that there were inter-relationships between molecular weight, fluorescence and absorbance characteristics, and also subtle consistencies between the hydrophilic and hydrophobic properties and the sources for these 6 fractions from Lake Hongfeng.     

城市污水处理过程中溶解性有机物及荧光物质的变化规律

以锦州市W污水处理厂为研究对象,利用三维荧光光谱分析技术和荧光区域积分(FRI)方法考察了城市污水处理过程中溶解性有机物及荧光物质的去除状况.利用XAD树脂将DOM分为5个部分:疏水性有机酸(HPO-A)、疏水性中性有机物(HPO-N)、过渡亲水性有机酸(TPIA)、过渡亲水性中性有机物(TPI-N)和亲水性有机物(HPI).结果表明,HPO-A和HPI是该污水处理厂进水中的主要DOM组分,并且DOM中的荧光物质主要为类芳香族蛋白质荧光物质和类富里酸荧光物质.在该污水处理厂内,生物降解作用是TPI-A和HPI的主要去除机制,HPO-N和TPI-N主要是由深度处理工艺(絮凝-沉淀-过滤)去除的,生物处理工艺和深度处理工艺对HPO-A的去除能力接近,而生物处理工艺和深度处理工艺对TPI-N的去除效果均较差.生物处理工艺对HPO-A、TPI-A和HPI中的荧光物质有较强的去除能力,而对HPO-N和TPI-N中荧光物质的去除效果较差.深度处理工艺能够有效去除HPO-A和HPO-N中的荧光物质,而对TPI-A、TPI-N和HPI中的荧光物质无明显去除作用.     

太湖梅梁湾有色可溶性有机物的光化学降解

经0.22μm孔径过滤的太湖梅梁湾水样在UV-B辐射的照射下,有色可溶性有机物(CDOM)吸收和荧光强度明显下降,且与UV-B光源距离、辐射时间及辐射剂量呈正相关关系.拟合结果表明,CDOM吸收系数和荧光值的下降随时间符合一阶动力学方程,距光源5,15,25,35,45cm处时,CDOM吸收系数[a(280)]光化学降解的一阶动力学常数分别为0.0156,0.0116,0.0060,0.0051,0.0029;对应的荧光值F_n(355)的一阶动力学常数分别为0.0256,0.0198,0.0141,0.0102,0.0055.CDOM光化学降解过程中吸收系数与定标后的荧光值存在显著的正相关.实验结果用于野外情况可以推导出太湖表层水体中CDOM在夏季也会发生明显的光化学降解.     

水环境中秸秆源溶解有机质的组成及光化学活性特征

利用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱和稳态光化学反应技术,对水环境中水稻和小麦秸秆短期（91d）分解释放的溶解有机质（DOM）的组成、结构和光化学活性进行了研究.结果表明：在水环境中,秸秆分解释放DOM过程可分为物理淋溶、易分解组分分解和难分解组分分解三个阶段,其中易分解组分是该分解过程中秸秆DOM的主要来源;随分解周期增长,秸秆源DOM的芳香性、腐殖化程度及分子量不断增大,而生物可利用性逐渐减小;秸秆源DOM中的类酪氨酸、类腐殖酸和类富里酸在秸秆分解过程中逐渐累积,至分解末期,3种组分在水稻和小麦秸秆DOM中的含量分别增加了4.2%~14.3%和5.9%~12.8%,而类色氨酸和溶解性微生物分泌物相对不稳定,会被逐渐分解;秸秆源DOM的紫外和荧光光谱特征指数SUVA₂₅₄、E2/E3、S_275~295、S_R、BIX和FI均与其光生HO×、¹O₂和三线态DOM间具有良好的相关关系（r > 0.61,P < 0.05）,因此秸秆源DOM的光化学活性由其芳香结构、分子量及生物可利用性共同决定.鉴于此,研究认为,探讨生物可利用组分的光化学活性,及构建光谱特征指数预测DOM光化学活性的数学模型,是今后秸秆源DOM生态环境作用研究的两项重要内容.