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。     

北运河水体中荧光溶解性有机物空间分布特征及来源分析

利用激发发射矩阵荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC),研究了北运河荧光溶解有机物(fluorescent dissolved organic matter,FDOM)的荧光组分及其空间分布特征,并对各河段FDOM的来源进行了分析.结果表明,北运河水体FDOM的组分中,代表类腐殖物质的组分含量较多,占总荧光强度平均比例的76.18%,而类蛋白质物质占23.82%.各组分荧光强度与氮、磷等污染物呈显著相关关系,说明FDOM与氮、磷等元素的迁移转化有关系;溶解性有机质呈现出明显的空间分布格局,从上游到下游为先降低后升高.上游区域的FDOM含量受工业废水和沿岸农业径流的影响,溶解性有机质含量较高;中游区域主要受少量生活废水排放的影响,溶解性有机质含量较低;下游区域FDOM来源于周边畜禽养殖废水、生活污水、乡镇工业废水和农田退水等,该区域类蛋白物质的相对丰度明显增加,溶解性有机质含量最高.污水处理厂出水中DOM的含量较高,表明污水处理效果有待进一步提高.     

白塔堡河水体DOM分布特征及来源

利用三维荧光光谱法和Pearson相关性分析,研究了典型东北城镇型河流——白塔堡河水体溶解性有机物(DOM)的污染特征,并解析了其来源。结果表明:白塔堡河水体DOM的荧光峰类型主要有紫外区类富里酸峰(A峰)、可见区类富里酸峰(C峰)、类蛋白峰(B峰)和类蛋白峰(T峰);水体DOM主要组分及其浓度顺序为蛋白类物质>溶解性微生物代谢产物>富里酸类物质>腐殖酸类物质,水体DOM浓度空间分布表现为中下游>上游;水体DOM来源表现为内源和外源的双重特性,其中内源污染不容忽视;水体DOM各组分浓度与氨氮(NH₃-N)和总磷(TP)浓度呈显著正相关,与溶解氧(DO)浓度呈负相关。     

典型岩溶水系统中溶解性有机质的运移特征

西南岩溶水系统中有机质和养分有独特的产生、分解和保存方式,了解有机质与养分循环耦合机制是恢复和优化调控这些脆弱生态系统退化的科学基础.以桂林寨底地下河系统为研究对象,对岩溶地下水的补给、径流、排泄过程中DOM的性质和行为变化进行示踪分析,为深刻认识岩溶地下水DOM的生物地球化学循环提供科学依据.结果表明共检验出3种DOM荧光组分,其中C1、C2为陆源输入的类腐殖质荧光有机物,C3则为内源类蛋白酪氨酸荧光有机物.DOM荧光组分以陆源类腐殖质荧光组分为主,反映了夏季丰水期外源输入对地下水系统DOM的重要贡献.与传统理化指标相比,岩溶地下水系统的DOM空间变化更加明显,也更能反映出地下水系统的细微变化.传统的理化指标主要反映地下河系统的区域特征,而DOM荧光组分则更多地反映了采样点的类型差异.     

白洋淀水体溶解性有机质荧光光谱特征研究

利用三维荧光光谱以及平行因子分析法对白洋淀荧光溶解性有机物(FDOM)的结构组分、空间分布特征和来源做了分析,并探讨了FDOM与水质指标的相关性;结果表明,白洋淀FDOM由3种类蛋白质组分(89.75%)和1种类腐殖酸组分(10.25%)组成;荧光指数、生物源指数和腐殖化指数均显示水体中FDOM的来源主要是自生的微生物、水生植物的自生源;相关性分析表明,白洋淀水质变化与腐殖化过程有较大的联系,而淀内大范围的水生植物的腐解和养殖区内细菌、微生物的作用在这一过程中应该贡献较大。     

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.     

利用三维荧光技术分析太湖水体溶解性有机质的分布特征及来源

利用三维荧光光谱法研究了太湖125个样点表层(0.5m)和底层(1.5m)水体溶解性有机质(DOM)的组成和分布特征,并对不同湖区DOM的来源进行了分析.结果表明,太湖大部分湖区水体DOM以类蛋白物质为主,其中,竺山湾DOM中的腐殖质和类蛋白物质含量均较其它湖区高.太湖水体DOM的分布存在区域差异性,即:竺山湾湖区西部湖区梅梁湾湖心区贡湖湾南部湖区.分析认为,太湖DOM的来源具有陆源输入与内源微生物降解的双重特征,但竺山湾和西部湖区以陆源输入为主,而梅梁湾、贡湖、南部湖区及湖心区以内源微生物降解为主.分析各类荧光峰强度与水质参数的相关性发现,太湖水体DOM4类荧光峰之间呈显著正相关关系,DOM的4类荧光峰均与总氮(TN)、总磷(TP)、硝酸根离子(NO3-)、铵根离子(NH4+)呈显著正相关关系(p0.01),DOM的各类荧光峰强度和溶解氧呈显著负相关(p0.01),这可能是由于水体DOM含量升高后,微生物比较活跃,消耗大量的溶解氧所致;DOM的各类荧光峰强度和溶解性有机碳(DOC)之间的相关性不显著,可能与不同湖区样品中一些非荧光物质在DOM中的比例不同有关.     

溶解性有机质的时间分辨荧光和稳态荧光光谱

有色溶解性有机质(CDOM)是水环境中多种生物地球化学过程的驱动者和参与者,结构复杂。尽管对CDOM稳态光谱的研究较多,但是对其激发态特别是激发单重态(~1CDOM~*)的研究鲜有报道。该文在亚纳秒水平上研究了~1CDOM~*的衰减动力学过程,拟合结果显示~1CDOM~*的寿命小于10 ns。分析了通过积分荧光衰减动力学曲线和利用稳态荧光光谱仪2种方法得到的CDOM稳态荧光光谱的差别,并解释了两者之间的差异主要来自检测器的检测性能和是否进行光谱校正。相比于强度权重平均寿命(τ_f),振幅权重平均寿命(τ_α)可以更加准确地描述不同发射波长下CDOM的荧光衰减过程。     

蠡湖表层沉积物荧光溶解性有机质(FDOM)荧光光谱特征

应用三维荧光光谱技术(EEMS),研究了蠡湖表层沉积物荧光溶解性有机质(FDOM)光谱特征,并探讨了沉积物中FDOM来源及与有机氮(SON)、无机氮(SIN)之间的相关性.结果表明,蠡湖表层沉积物FDOM由2类3个荧光组分组成,即类腐殖质荧光组分C1(240,310/420 nm)、C2(260,360/460 nm)和类色氨酸荧光组分C3(225,275/340 nm).总荧光强度变化范围为:49.97~159.19 R.U.·g-1,在空间上呈自东向西依次递减,且沿岸区高于湖心区的趋势,C1、C2和C3相对比例分别为33.63%、26.87%、39.49%.荧光指数(FI)、生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)的变化范围分别为:1.96~2.22、0.69~0.94、2.62~4.39,显示蠡湖表层沉积物FDOM的来源具有自生源特性,主要为自生微生物、藻类等新近自生源.相关性分析表明,表层沉积物FDOM各组分与SON和SIN均呈显著正相关(P0.01),且与SIN的相关性较高.     

海洋溶解有机物荧光特征研究进展

20世纪90年代以来,三维荧光光谱技术的应用促进了海洋溶解有机物荧光特性研究的飞速发展,本文对海洋溶解有机物荧光的类型、荧光峰的位置、荧光效率、荧光定性定量,以及荧光与浮游植物增殖的关系、荧光在河口和大洋区的分布等进行了综述.     

某酸性矿山排水中溶解性有机物的特征分析

采集安徽某酸性矿山排水（AMD）水库不同离岸距离的表水层水样,结合傅立叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）与三维荧光光谱（EEMs）技术对水样中溶解性有机物（DOM）来源和组分特征进行分析.三维荧光结果表明,样品中内源性色氨酸类荧光峰峰强与离岸距离正相关,且基于三维荧光特征指数（FI,HIX,BIX）分析判断DOM主要来自于内源.FT-ICR MS在分子层面进一步表明,内源性组分（脂类,脂肪族/蛋白类,糖类）在近岸点样品DOM所占比重相对较低（66%）.AMD中DOM的主要成分为CHO（40%~50%）、CHON（25%~30%）、CHOS （22%~36%）等化合物.DOM包含有高比例的CHOS化合物主要与AMD水体高浓度硫酸盐有关.     

河流与海洋溶解有机物荧光激发-发射矩阵光谱的测定

通过对河流与海洋现场样品、微藻培养液和牛血清蛋白溶液的实验,确定了HITACHI F-4500型荧光分光光度计的测定河流和海洋溶解有机物荧光激发-发射矩阵光谱的激发和发射通带分别为5 nm和10 nm,波长扫描速度为12 000 nm/min,标准偏差在0.6%~8%。     

城市纳污河流有色溶解有机物时空演变特征

利用平行因子分析和主成分分析方法,结合紫外吸收光谱与三维荧光光谱技术,研究了典型城市纳污河流-河北洨河水体有色溶解有机物(CDOM)的来源及随季节和空间变化特征,探讨了水体CDOM与水质指标间关系.结果表明:洨河水体CDOM主要为新近微生物源产生,受人类活动影响较大.CDOM浓度在时间变化上表现为春夏(2、5月)低,而秋冬(8、11月)高,从上游至下游呈现先升高再降低变化特征.荧光鉴别出的4种组分:组分1(类富里酸),组分2(类腐殖酸)及组分3(类胡敏酸)为类腐殖质,组分4为类蛋白物质.不同季节各组分来源及分布存在差异,除夏季外其他季节水体类蛋白与类腐殖质来源相似,尤其与类胡敏酸组分;类蛋白组分在各季节分布变化显著,冬春含量相对较高.洨河水体荧光物质与氨氮、亚硝氮具有共同来源,其中类腐殖质对COD贡献较为明显.采用光谱分析法并结合平行因子、主成分分析及聚类分析方法可识别污染源空间分布,揭示河体CDOM随季节变化规律.     

典型可溶有机质与磺胺二甲嘧啶的络合作用研究

以藻源有机质(AOM)和腐殖酸(HA)作为典型生物大分子可溶有机质(DOM)和腐殖化DOM,采用荧光猝灭滴定和光谱分析考察磺胺二甲嘧啶(SMZ)与DOM的络合作用.三维荧光光谱结合平行因子分析显示AOM荧光组分主要由类酪氨酸和类色氨酸物质组成,而类富里酸和类腐殖酸物质是HA荧光组分的主要构成.4种荧光组分可与SMZ发生不同程度的静态猝灭,且猝灭过程中DOM分子构象改变.同步荧光光谱结合二维相关图谱进一步发现类酪氨酸优先于类色氨酸组分与SMZ发生络合作用.Ryan-Weber非线性模拟拟合表明AOM中各荧光组分与SMZ的络合稳定常数(logK)大小为:类富里酸(3.33)类酪氨酸(3.12)类色氨酸(2.15)类腐殖酸(1.57);而HA中大小为:类富里酸(3.06)类腐殖酸(2.02).总体上生物大分子DOM对SMZ的亲和力高于腐殖化DOM.DOM与SMZ的相互作用可改变水环境中抗生素的形态和归趋,影响其生物有效性和生态毒性.     

溶解性有机质特性分析与来源解析的研究进展

溶解性有机质(DOM)是一类包含了复杂结构及交互作用的溶解性有机混合物,其表生行为和环境效应十分丰富.其在水体中滞留时间长,存在状态时刻处于变化中,与多种营养物质存在耦合效应,并影响着污染物的水环境归趋,是既古老又年轻的学科.目前,大多数研究成果都是建立于DOM分析技术与特性解析基础上.为了得到纯化的溶解性有机质,往往需要综合膜过滤、非离子大孔树脂、离子交换树脂、冷冻干燥、真空旋转蒸发、吸附剂富集等技术.光谱、色谱技术、高分辨率质谱等仪器的综合使用为研究溶解性有机质吸附、结合、络合、光诱导等环境行为提供了技术保障.DOM的表观特征广泛应用于研究其在水环境中的存在状态和环境行为,也是监测水处理过程中有机质去除效果的重要手段;其微观形态、分子量分布、化学键组成等内部特征的解析是认知其分子和结构、解释其作用机理和预测其环境归趋的基础.DOM来源复杂,单一指标很难判断有机质的来源,甚至会产生不同的研判结果,而综合运用多种新技术、新方法是DOM来源解析研究的发展趋势.     

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).     

典型城市河流底泥溶解性有机质与重金属响应机制研究

应用三维荧光光谱(EEMs)结合平行因子(PARAFAC)分析、典范对应分析(CCA)和结构方程模型(SEM),以沈阳市建城区黄泥河、新开河、满堂河为研究对象,测定河流底泥营养盐和重金属浓度,检测溶解性有机质(DOM)三维荧光光谱,研究城市河流底泥DOM与重金属响应机制。总氮(TN)和总磷(TP)的平均浓度均为新开河>黄泥河>满堂河,TP平均浓度均大于650 mg/kg,根据US EPA底泥分类标准属于重度污染。基于相关性分析,黄泥河Cu、Ni、Cr具有同源性,新开河As、Cd和Hg具有同源性,满堂河As和Zn具有同源性。基于PARAFAC分析,DOM含有5个荧光组分,即陆源类腐殖质(C1)、类富里酸(C2和C3)、类胡敏酸(C4)和类色氨酸(C5)。C1的丰度占总丰度的30.31%,C2和C3占37.76%,显示陆源类腐殖质和类富里酸为DOM的主要组分。黄泥河与新开河DOM受外源影响较大,而满堂河受内源影响较大。CCA分析表明:C3、C5、Cr和Pb是影响黄泥河底泥的特征因子,Hg是影响新开河底泥的特征因子,TP、As和Zn是影响满堂河底泥的特征因子。基于SEM分析,TN、TP、C1、C2、C3和C5对重金属的权重分别为25.46%、22.16%、17.52%、15.42%、9.11%和10.33%,表明TN和TP是3条河底泥重金属的主要影响因子。营养盐对重金属的路径系数为-0.18,重金属对Hg、As、Zn、Cd路径系数分别为-2.83、-1.69、-1.91和-3.24,表明它们具有同源性;此外,DOM与重金属路径系数为0.11,重金属对Pb和Cr的路径系数为1.58和1.00,表明DOM与Pb和Cr具有同源性。