浙皖丘陵区饮用水水库夏季有色可溶性有机物光谱特征及环境指示意义

大型水库是我国特大、大中型城市集中式饮用水供水源地且兼具调蓄洪峰、农田灌溉、旅游观光等多种功能.浙皖丘陵地区饮用水水库分布广泛,夏季因藻类增殖而面临一定的水质风险.本研究借助总氮（TN）、总磷（TP）、叶绿素（Chl a）、透明度（SDD）等水质参数,以及基于以上参数所构建的综合富营养指数（TLI）,结合有色可溶性有机物（CDOM）吸收光谱、三维荧光光谱（EEMs）及平行因子分析法（PARAFAC）,试图揭示浙皖丘陵地区共计12个饮用水库夏季营养水平、CDOM光谱特征及环境指示意义.结果表明,本研究调查水库的TLI处于25.0～48.8范围内,属中营养水平,对应a₂₅₄为7.0～10.2 m^-1.TP与Chl a、TLI、a₂₅₄、陆源类腐殖酸C2均具有显著的相关性（p<0.01）,表明TP是饮用水水库藻类增殖的主要制约因子,且与TLI关联密切.水库中Chl a浓度普遍较低,平均值为（8.4±5.7）μg·L^-1,且与类酪氨酸C1、类色氨酸C3不存在显著相关性（p>0.05）,说明藻源C...     

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...     

南水北调东线中游枢纽湖泊有色可溶性有机物来源组成特征

运用三维荧光光谱(excitation-emission matrices,EEMs)与平行因子分析模型(parallel factor analysis,PARAFAC)技术手段对南水北调东线枢纽湖泊洪泽湖、骆马湖两个水体中CDOM的来源组成特征进行分析.结果表明:①解析出两湖泊均得到3个荧光组分,陆源类腐殖质C1、类色氨酸C2和类酪氨酸C3.②两湖泊3种组分荧光强度在入湖河口附近明显高于其他水域,且丰水季节3种组分荧光强度均显著大于枯水季节(t-test,P 0. 01),其中陆源类腐殖质C1的荧光强度在丰水期最大.表明两湖水体CDOM来源与组成受上游水系来水量和水文过程的影响较大,尤其是陆源类腐殖质浓度的高低.③相关性分析得出,陆源类腐殖质C1与DOC浓度、吸收系数a(254)有极显著相关性(r~2=0. 60,P 0. 01; r~2=0. 88,P 0. 01),相关性高于其余两种组分,表明陆源类腐殖质为CDOM的主要来源.另外,陆源类腐殖质C1与SUVA、S275-295、IC∶IT具有很好的相关性(r~2=0. 49,P 0. 01; r~2=0. 61,P 0. 01; r~2=0. 93,P 0. 01),进一步说明了两湖泊CDOM来源与组成受陆源影响较大.洪泽湖、骆马湖CDOM来源与组成受到不同水文情景和入湖河流的影响,应加强丰水期对入湖河流的水质管理.     

重要饮用水源地天目湖水库有色可溶性有机物来源与组成特征

天目湖作为重要集中式饮用水源地,水体水质变化会影响其生态系统服务功能.有色可溶性有机物(CDOM)是溶解性有机物的重要组成部分,其来源与组成直接影响水处理工艺与出水品质,因而研究天目湖CDOM来源及时空分异规律对其水质供应安全及生态系统功能维护有着重要的作用.基于2017年逐月野外采样数据,运用平行因子分析法(PARA...     

城市不同类型水体有色可溶性有机物来源组成特征

过去几十年里,我国飞速的工业活动和城市化进程对城市地表水体生态系统产生巨大影响,地表水体水质变化直接影响城市居民用水安全、城市景观维护及城市热点区域碳循环过程.通过2020年6月采集长春市各类水体（城市河流、公园湖泊及水库）共50个样品,结合光谱吸收及三维荧光光谱-平行因子分析法（EEMs-PARAFAC）分析了各类水体的有色可溶性有机物（CDOM）光学特性、组成特征及潜在来源.结果表明,长春市城市河流DOC浓度显著高于水库水体（t-test,P<0.05）.城市河流水体的CDOM吸收系数a₂₅₄均值显著大于公园湖泊和水库（t-test,P<0.05）,表明城市河流水体中CDOM浓度最高.CDOM光谱吸收斜率S_275-295与光谱吸收斜率比S_R均值均表现为公园湖泊>水库>城市河流（t-test,P<0.001）.平行因子分析法解析三维荧光光谱得到3个荧光组分,陆源类腐殖酸C1（E_x=260 nm,E_m=452 nm）、微生物作用类腐殖酸C2（E_x=245/290 nm,E_m=388 nm）和类色氨酸C3（E_x=275 nm,E_m=340 nm）.城市河流水体各组分荧光强度均值均显著高于公园湖泊与水库（t-test,P<0.005）,水库水体陆源类腐殖酸C1荧光强度均值显著高于微生物作用类腐殖酸C2和类色氨酸C3（t-test,P<0.005）,城市居民生活污水排放对长春市城市水体,尤其是城市河道中有机碳贡献较大,且该部分有机质中微生物降解潜力强的类蛋白组分贡献率高.因此,应加强城市污水排放管控以有效保障长春市城市水体经济、环境与生态功能的发挥.     

基于三维荧光光谱的鄱阳湖湿地水体有色可溶性有机物组成特征和来源

有色可溶性有机物(Chromophoric dissolved organic matter,CDOM)是水生生态系统的重要组成部分,在生物地球化学循环过程中起着重要的作用.本研究基于2021年4月鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区内3个碟形湖(战备湖、白沙湖和东湖)28个采样点的水样和实测水质参数数据,运用紫外-可见吸收...     

兴凯湖有色可溶性有机物来源与组成特征—中国境内特大型界湖

运用光谱吸收与三维荧光－平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)分析了兴凯湖有色可溶性有机物(CDOM)吸收光谱、荧光光谱特征以及荧光组分与主要水质参数的相关性,以探究兴凯湖CDOM来源组成特征.结果表明:平行因子分析法解析CDOM三维荧光图谱,得到陆源类腐殖质C1、微生物作用类腐殖质C2、类酪氨酸C3和类色氨酸C4.兴凯湖中陆源类腐殖质C1能较好反演DOC、TN浓度变化,且在富营养化更强的小兴凯湖中反演效果更好.吸收系数a₂₅₄、荧光峰积分比值I_C:I_T、光谱斜率S_275-295、DOC与C1-C2、C4在兴凯湖中线性拟合程度均较好,与C1的相关性最好,这意味着陆源类腐殖质是兴凯湖CDOM库的主要贡献者,入湖河流输入是兴凯湖CDOM的重要来源之一.小兴凯湖DOC、a₂₅₄均极显著高于大兴凯湖,说明小兴凯湖的CDOM丰度要高于大兴凯湖.小兴凯湖CDOM的I_C:I_T、C1-C2和C4的值均极显著大于大兴凯湖(P<0.001),小兴凯湖S_275-295与光谱斜率比值S_R均极显著小于大兴凯湖,小兴凯湖PC1得分均值显著高于大兴凯湖品,意味着相较于大兴凯湖而言,小兴凯湖CDOM陆源输入信号更强烈,腐殖质化程度更高,亦即河流输入、农业面源污染导致小兴凯湖CDOM腐殖质化程度升高,且这一部分CDOM分子量较大,应加强兴凯湖流域中生态渔业、生态农业、生态旅游、农田退水等河流污染源排放的控制管理.     

青海湖流域有色可溶性有机物来源与特征分析

青海湖是我国最大的湖泊,该流域生态系统健康对维系青藏高原生态安全具有重要意义.关于我国青藏高原区内大型湖泊的有色可溶性有机物(CDOM)组成与来源研究甚少,对青海湖流域开展CDOM的来源及特征研究对该湖水质保护及填补空白区的研究具有重要意义.通过两次青海湖流域采样并结合三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAF...     

大型通江湖泊有色可溶性有机物对不同水文情景的响应

鄱阳湖和洞庭湖作为我国面积最大的两个通江湖泊,其湖体水质变化对长江干流水质以及湖区周围居民用水安全至关重要.通过三维荧光-平行因子分析得到4个荧光组分,研究两个湖泊的有色可溶性有机物(CDOM)光谱组成在丰、平和枯这3种水文情景下的变化规律,试图揭示鄱阳湖和洞庭湖CDOM来源及组成对不同丰枯情景的响应机制.结果表明:不同水文情景对鄱阳湖CDOM水质参数影响更为显著,CDOM吸收系数a(254)和溶解性有机碳(DOC)浓度表现为丰水期>平水期>枯水期(t-test,P<0.01),CDOM光谱吸收斜率S_275-295表现为枯水期>平水期>丰水期(t-test,P<0.01),洞庭湖a(254)在不同水文情景下差异不显著,比紫外吸收系数SUVA₂₅₄最大值出现在平水期.平行因子分析法解析三维荧光光谱得到4个荧光组分,枯水期两湖CDOM类蛋白组分贡献率较大,平水期类蛋白组分及类腐殖酸组分贡献率大致相当,丰水期两个湖泊类腐殖酸贡献率占主要部分.在空间分布上,枯水期鄱阳湖4个组分的荧光强度在上游南部湖区偏小,北部偏大...     

有色可溶性有机物在线荧光技术在水质监测中的应用

FDOM（荧光有机物）在线荧光探头是采用激发波长370 nm和发射波长460 nm下荧光强度来计算水体CDOM（有色可溶性有机物）丰度的传感器,为探究该传感器在内陆水体水质监测中的应用和适用性,以水源供给水库千岛湖为案例,通过FDOM荧光探头监测该湖泊不同季节CDOM丰度,结合CDOM光谱吸收、ρ（DOC）（DOC表示溶解性有机碳）、ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（COD_Mn）、ρ（DTN）（DTN表示溶解性总氮）、ρ（DTP）（DTP表示溶解性总磷）和ρ（Chla）等水质参数数据,揭示FDOM荧光强度与其他水质参数的耦合关系,检验FDOM荧光探头对有机物的监测能力.结果表明:①2014年5月千岛湖TLI平均值（38.4±4.4）显著高于2018年10月TLI平均值34.9±3.0（t-test,P < 0.001）,根据TLI及各水质参数平均值判定该湖处于中贫营养状态.②大部分水质参数呈现出由西北入湖河口向下游大坝出水口方向递减的趋势,表明上游新安江对该湖有机物具有较大的贡献.③FDOM荧光强度与CDOM吸收系数a（254）（R2=0.91,P < 0.01）、a（350）（R2=0.90,P < 0.01）均呈极显著正相关且具有较高的线性拟合优度,这意味着FDOM荧光强度可以很好地表征CDOM丰度.④FDOM荧光强度与ρ（DOC）（R2=0.49,P < 0.01）、ρ（TN）（R2=0.61,P < 0.01）、ρ（TP）（R2=0.75,P < 0.01）、ρ（COD_Mn）（R2=0.35,P < 0.01）、ρ（DTN）（R2=0.59,P < 0.01）、ρ（DTP）（R2=0.56,P < 0.01）、ρ（Chla）（R2=0.68,P < 0.01）均呈极显著正相关且与大多数水质参数具有相似的分布特征,并且能很好地识别潜在污染物高值区.研究显示,荧光探头在可见波长下所得陆源类腐殖酸FDOM荧光强度能很好地成为潜在污染物替代指标,并能有效呈现有机物分布特征,因而该技术在饮用水湖泊水质监测中具有潜在广阔的应用前景.      

呼伦湖水体溶解性有机物荧光特征及来源分析

呼伦湖是我国北方生态安全屏障的重要组成部分,为探究呼伦湖水体中有机物的组成及来源,利用三维荧光光谱（EEMs）结合平行因子（PARAFAC）分析技术进行溶解性有机物（DOM）荧光特征及来源研究。结果表明：呼伦湖DOM中含有3种荧光组分,分别为类色氨酸（C1）、类腐殖酸（C2）和类富里酸（C3）;平水期、丰水期和枯水期的C2和C3荧光强度占比约70%,表明呼伦湖水体DOM以腐殖质类物质为主,其中不同水期生态补水工程入湖口的C2和C3荧光强度均高于其他区域;平水期、丰水期和枯水期的荧光指数、生物指数和腐殖化指数平均值分别为1.50~1.54、0.85~1.00和4.12~4.68,表明呼伦湖DOM由陆源和自生源混合组成,具有明显的自生源特征;水质监测数据表明,2021年呼伦湖平水期、丰水期和枯水期水质均为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》劣Ⅴ类,其中平水期和丰水期的BOD₅平均值高于枯水期,而平水期总有机碳平均浓度高于丰水期和枯水期;不同水期C2和C3的荧光强度均呈显著正相关,表明DOM中组分C2和C3的产生及来源具有一致性。

     

白洋淀入淀河流溶解有机物沿程变化特征及来源解析

采用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱,结合平行因子分析、主成分分析等方法,分析了白洋淀3条入淀河流（府河、孝义河、白沟引河）中发色团溶解有机物（CDOM）的光谱特征,阐释了CDOM组成、来源及对水质的影响机制。结果发现：河流CDOM平均浓度顺序为府河>孝义河>白沟引河,其中,府河CDOM的芳香性与分子量高于其他河流,白沟引河腐殖化程度高于其他河流,孝义河CDOM中内源性物质占比高于其他河流;3条河流均检出类腐殖质组分C1、C2、C3和类蛋白质组分C4,其中C1、C2、C3来源相近,且与C4异源;3条河流各组分最大荧光强度和总荧光强度的沿程变化表明,府河CDOM为点源、面源混合来源,孝义河CDOM以点源输入为主,白沟引河CDOM来自水源本身。

     

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.     

基于三维荧光光谱——平行因子分析技术的蠡湖CDOM分布特征

利用三维荧光光谱(EMMs),并结合平行因子分析法,研究了蠡湖水体中有色可溶性有机物(CDOM)的分布特征及其来源,并探讨了不同组分荧光强度与其他水质因子间的相关性.结果表明,蠡湖水体中CDOM主要由2个荧光组分组成,分别为类色氨酸荧光组分C1(225,280/335)和类腐殖质荧光组分C2(250,300/435),并且C1和C2对总荧光强度的贡献率分别75.70%和24.30%.空间上C1和C2荧光强度自东向西依次递减,呈现东蠡湖高于西蠡湖、沿岸区高于湖心区的趋势.荧光指数(FI)、生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)都显示蠡湖水体CDOM来源于自生微生物、藻类等新近自生源,整体呈现弱腐殖质特征.相关性分析表明,CDOM与N、P元素的迁移转化密切相关,并且对透明度有重要影响.     

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.     

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.     

地下水中溶解性有机物的季节变化特征及成因

为阐明地下水中溶解性有机物(DOM)的分布特征与环境效应,联合三维荧光光谱、平行因子分析及主成分分析,研究了地下水中DOM的来源及随季节和空间变化特征,探究了地下水DOM组成对无机盐分布的影响.结果显示,地下水DOM主要来自微生物源,可鉴别出4种荧光组分,4种组分中,组分1和3为类蛋白组分,组分2和4属于类腐殖质组分.类蛋白组分来源差异较大,组成不稳定,其含量随季节变化明显,春冬季含量低而夏秋季含量高;类腐殖质组分来源相似,组成稳定,随季节变化小.两类荧光组分,尤其是类蛋白组分,是地下水氨氮的主要来源,可以影响地下水pH值.结果表明,三维荧光光谱结合平行因子和主成分分析,可以解析地下水中有机物的组成特征和季节变化规律.     

不同水文情景下高邮湖、南四湖和东平湖有色可溶性有机物的生物可利用性特征

有色可溶性有机物(CDOM)的生物可利用性直接反映其生物可降解潜力,影响水体中污染物质的迁移转化和水质优劣状况.本研究运用三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)结合室内微生物培养实验,分析了高邮湖、南四湖和东平湖CDOM光谱组成和荧光组分的生物可利用性特征,并进一步阐述其对丰水和枯水两种水文情景的响应.结果表明:①运用EEMs-PARAFAC方法解析出4种荧光组分,微生物作用类腐殖酸C1和陆源类腐殖酸C4,类色氨酸C2和类酪氨酸C3.②3个湖泊丰水期吸收系数差值Δa(254)(培养前-培养后)均为正值,而枯水期Δa(254)部分为负值,这意味着CDOM生物可利用性对季节的响应存在较大差异.③不同水文情境下,南四湖和东平湖类腐殖酸组分%ΔC1、%ΔC4均为负值,南四湖丰、枯水期和东平湖丰水期类蛋白组分ΔC2～ΔC3为正值(t-test,P<0.001,P=0.005).而丰水期高邮湖类蛋白组分ΔC2～ΔC3也为正值(t-test,P=0.008,P=0.005),这意味着不稳定类蛋白组分更容易被微生物矿化,可能生成更稳定的类腐殖酸. 3个湖泊腐殖化指数HIX、荧光...