基于三维荧光及平行因子分析的川西高原河流水体CDOM特征

川西高原草甸和高寒湿地是青藏高原重要土壤碳库之一,高原河流水体溶解性有机碳特征及其与土壤碳库关系研究,对于理解高寒区域土壤碳输出通量及强度具有重要意义.本文对川西高原高山峡谷区河流(岷江上游、杂谷脑河、抚边河)和高原夷平面河流(白河)水体有色溶解性有机质(CDOM)采用三维荧光及平行因子法(EEM-PARAFAC)进行了分析.结果表明:(1)高原河流中CDOM主要有3种组分,即C_1(260/480,UVC类腐殖质)、C_2[310/420(570),UVA类腐殖质]和C_3(280/370,类色氨酸);(2)河流沿程变化特征显示,高山峡谷区河流总荧光强度值较低,变化范围窄,高原夷平面河流(白河)与其相反;同时白河类腐殖质(C_1、C_2)荧光强度远高于其他3条河流,表明白河中源于沿岸草甸和湿地的陆源腐殖质高,而其余高山峡谷区3条河流陆源腐殖质输入相对低;(3)水体荧光特征参数(荧光指数FI、自生源指数BIX、腐殖化系数HIXb、新鲜度指数β:α)表明,高山峡谷区河流CDOM来源具有外源兼内源双重特征,腐殖化程度低;高原夷平面河流CDOM腐殖化程度相对较高且降解程度低;(4)相关性分析发现4条河流中C_1、C_2极显著正相关,且白河C_1、C_2、C_3呈极显著正相关;所有河流β:α与BIX呈极显著正相关,溶解性有机碳(DOC)与355 nm处吸收系数[a(355)]相关性不显著.     

太白山自然保护区水体CDOM吸收与三维荧光特征

研究有色溶解有机物（CDOM）组成、光谱特征与影响因素,对了解水体溶解性有机物（DOM）来源、水生态及碳循环过程具有重要意义.2019年夏季在太白山自然保护区山顶湖泊以及霸王河、黑河、石头河与湑水河等5个水体中共采集了71个水样,采用紫外-可见吸收光谱与三维荧光光谱,结合平行因子分析模型与冗余分析进行CDOM光学特性、组成及来源解析.结果表明,保护区湖泊中溶解性有机物含量较少,DOC与CDOM浓度均显著低于4条河流（P<0.05）;水体中CDOM包含2类4种荧光组分,其中类腐殖质组分C1与C2是水体中CDOM主要组成部分,4条河流中类腐殖质组分相对贡献率高达82%~96%,远大于湖泊;所有水体荧光指数FI均大于1.8,自生源指数BIX与新鲜度指数β：α,均为0.6左右;河流水体腐殖化指数HIX显著大于湖泊（P<0.01）;河流DOM主要由保护区林地土壤输入,较少受人类活动影响,而湖泊水体水质受人类活动影响相对较多.冗余分析表明EC对高山湖泊水体CDOM光谱特征参数影响较大（P<0.05）,EC、DTN和DOC对4条河流水体CDOM光谱特征参数影响较大（P<0.01）.     

山东省平度市农村黑臭水体DOM三维荧光光谱的平行因子分析

运用三维荧光光谱联合平行因子法及相关性分析,以山东省平度市农村黑臭水体为研究对象,探讨其溶解性有机质（DOM）组成、腐殖化程度及来源。结果表明：该市农村黑臭水体DOM包含5类6个荧光组分,分别为类色氨酸荧光组分（C1和C6）、类腐殖质荧光组分（C2）、浮游生物活动产生荧光组分（C3）、类胡敏酸荧光组分（C4）、类富里酸荧光组分（C5）;荧光指数、自生源指数、腐殖化指数和新鲜度指数分别为1.6～1.9、0.8～1.0、0.6～3.0和0.80~0.95的水体占90%,表明该市农村黑臭水体DOM具有外源与内源双重特性,同时具有弱腐殖质特征;结合相关性分析得出,C1、C2、C3、C4之间均呈正相关,其中C2与C4呈极显著正相关（R²=0.98,P<0.01）,C5、C6与其他组分之间均不相关,表明该市农村黑臭水体DOM组分来源具有多样性。

     

夏季巢湖入湖河流溶解性有机质来源及其空间变化

使用紫外-可见光吸收光谱(UV-vis)和三维荧光光谱-平行因子分析法(EEM-PARAFAC),分析了2019年夏季巢湖流域丰乐河、杭埠河、岐阳河、兆河和南淝河水体溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)的来源及其空间变化.结果 表明,南淝河DOM吸收特征参数SUVA254显著低于其它...     

亚热带河口陆基养虾塘水体CDOM三维荧光光谱平行因子分析

利用三维荧光光谱平行因子分析(EEMs-PARAFAC)技术,对我国亚热带地区闽江、木兰溪、九龙江河口滨海陆基养虾塘水体的有色溶解性有机质(CDOM)进行了组分及来源分析.研究表明从养虾塘水体CDOM荧光光谱中解析出4个有效PARAFAC荧光组分,包括2种类蛋白质物质和2种类腐殖酸物质,其中类蛋白质组分是河口陆基养虾塘水体中CDOM的主要组成部分.水体的荧光指数FI和自生源指标BIX表明河口区滨海陆基养虾塘水体中CDOM的强自生来源贡献.而腐殖化指标HIX表明养殖塘水体具有弱腐殖化特征.类蛋白质组分与类腐殖质组分之间可能具有相同的来源属性和地化行为,盐度与CDOM呈现极显著负相关,而DOC与CDOM中类腐殖质组分(C2、C3)呈现显著正相关.本研究为进一步揭示养虾塘水体CDOM的光化学性质提供了科学依据.     

不同面源强度影响下城市河流溶解性有机质光谱特征变化

采用紫外-可见吸收光谱（UV-vis）和三维荧光光谱结合平行因子法（EEMs-PARAFAC）研究两条面源输入强度不同的城市河流春夏两季水体中溶解性有机质（DOM）含量和组成变化.结果表明,两条河流夏季水体DOM腐殖化程度和相对分子质量均显著高于春季（P<0.01）. PARAFAC模型共解析出C1（UVC类富里酸）、 C2（类色氨酸）、 C3（类胡敏酸）和C4（UVA类富里酸）这4个化学组分,C1[（31±6）%]和C2[（31±4）%]为水体DOM中主要荧光组分.高面源输入水平的河流春季各组分荧光强度均低于夏季,而低面源输入水平的河流与之相反.随机森林回归模型表明,C3%对河流水质变化敏感度最高（R²=0.75,P<0.001）,具有很好的指示作用;水面覆盖率（Cover）对C4%有显著预测重要性（P<0.001）, C4%易受光化学氧化作用影响.主成分分析（PCA）和Adonis检验表明,氮和磷为水体自生源过程的重要推动力,面源输入强度和季节变化对城市河流水体状况有显著影响（R²=0.775,P<0.001）.城...     

黑龙江流域典型断面水体DOM荧光特性分析

为研究黑龙江流域水环境腐殖质的组成、时空分布特征及来源特征,通过野外调查、静态浸泡试验和动态淋溶试验,利用三维荧光激发-发射矩阵结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）及荧光定量指标,分析水体DOM（dissolved organic matter,溶解性有机物）的荧光特性和来源特征.结果表明:①ρ（COD_Mn）在平水期和丰水期出现了畸高现象,平水期和丰水期水体DOM的相对含量高于冰封期.水体DOM识别出4种荧光组分[长波段类腐殖酸（C1）、短波段类腐殖酸（C2）、类富里酸（C3）和类色氨酸（C4）],其中类腐殖质总贡献率在50%以上,属于类腐殖质主导型.平水期、丰水期和冰封期水体DOM的FI（荧光指数）值分别为1.48~1.61、1.51~1.63和1.52~1.79,BIX（生物源指数）值分别为0.56~0.75、0.55~0.73和0.61~0.92,HIX（腐殖化指数）值分别为5.84~13.42、5.70~15.78和2.84~12.05,表明水体DOM是陆源和自生源贡献相结合,具有自生源特征和强腐殖质特征.②通过静态浸泡试验模拟土壤溶解,识别出5种荧光组分,除C1~C4外,还识别出类酪氨酸（C5）;通过动态淋溶试验模拟降雨过程,识别出4种荧光组分（C1~C4）.土壤DOM的荧光特性与水体DOM相似,表明水体DOM与土壤DOM具有相似的来源.③3个水期各荧光组分的荧光强度均与ρ（DOC）呈线性相关.其中,C1、C2和C3的荧光强度与ρ（DOC）均呈显著线性相关,平水期、丰水期、冰封期C1的相关系数分别为0.776 2、0.852 4和0.956 8,C2的相关系数分别为0.478 3、0.265 9和0.878 4,C3的相关系数分别为0.658 2、0.802 5和0.954 5;但C4的相关系数差别较大,分别为-0.064 4、0.021 9和0.847 4,说明类腐殖质荧光组分是DOC的主要来源.研究显示,黑龙江流域水体DOM以类腐殖质为主,水体DOM具有强腐殖质特征,源头水的背景值较高.      

川西高海拔河流中溶解性有机质(DOM)紫外-可见光吸收光谱特征

溶解性有机质(DOM)对全球碳循环及气候变化具有重要意义.本文选取川西北4条高海拔河流,即杂谷脑河、抚边河及岷江(高山峡谷河流)与白河(高原河流),对其天然水体中有色溶解性有机质(CDOM)的紫外-可见光吸收光谱特征进行了研究与比较.结果表明,川西高海拔河流DOC变化范围为1.55~5.66 mg·L~(-1),CDOM(以a(355)表征)变化范围为0.96~6.31 m-1,荧光溶解性有机质(FDOM)(以lg Fn(355)表征)变化保持在2.08~2.83之间.与高山峡谷区河流比较,高原河流芳香性、疏水性特征常数SUVA254、SUVA260较高,吸光度之比E2/E3、光谱斜率S275~295及光谱斜率之比SR较低,揭示了高原河流CDOM芳香性较强、疏水性组分丰富、分子结构较为复杂;SUVA254、SUVA260分别与SR、S275~295呈显著负相关,表明白河由于高通量陆源腐殖质输入影响了CDOM特征.川西高原4条高海拔河流中SUVA254、SUVA260存在显著相关关系,表明芳香性结构普遍存在于河流CDOM疏水组分中.川西高原天然河流水体中CDOM与DOM的浓度之间总体上无直接关联,因为不同天然水体在DOM形成过程中,陆源DOC输入组分和强度及转化机制存在差异.研究结果对于揭示高海拔区域在全球变化背景下有机碳循环的区域效应等方面具有重要意义.     

城镇流域水体-沉积物中溶解性有机质的荧光特性及影响因素:以宁波市小浃江为例

我国快速城镇化过程对流域水体和沉积物的溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)含量和成分产生了重要影响,探究水体-沉积物中DOM的分布特性及影响因素具有重要意义.本研究选取长三角典型城镇地区宁波市北仑区小浃江流域为研究对象,利用三维荧光光谱技术,结合PARAFAC(平行因子分析)模型及相关性分析,对小浃江流域水体及沉积物DOM光谱特性进行研究,分析DOM荧光组分特征及来源.结果表明:①小浃江水体-沉积物DOM主要包括4种组分:C1、C2、C3和C4,其中C1为陆源类腐殖质,分子量较大; C2为陆源类腐殖质,由生物降解产生,分子量较小; C3为类蛋白物质,包括类色氨酸,对微环境的变化敏感; C4为陆源类腐殖质.②小浃江水体DOM受新生内源和陆源输入共同影响,腐殖化程度较弱,腐殖质含量较低.沉积物以陆源或土壤源输入为主,内源贡献较小,DOM具有一定的腐殖化特征,腐殖质的浓度水平高于水体中腐殖质含量.③冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,水体DOM各组分相关性较高的环境因子主要为农田、城镇;而沉积物DOM各组分相关性较高的环境因子为城镇、农田、湿地.其中,城镇对沉积物中类腐殖质C4和类腐殖质的浓度参数Fn(355)影响最大.     

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.     

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。     

分层型水源水库溶解性有机物性质及其膜污染特性

利用激发-发射矩阵(EEM)荧光光谱和紫外吸收光谱研究了深水型水源水库热分层期溶解性有机物(DOM)性质及其膜污染特性随水深的变化.结果表明,水体热分层导致DOM质量浓度和性质也表现出分层特征.变温层受光化学降解影响较大,DOM质量浓度较低,同时受藻类等浮游植物分泌的内源有机物影响,DOM芳香度较低,类富里酸有机物(C1组分)和类腐殖酸有机物(C2组分)荧光强度较低,但类色氨酸有机物(C3组分)荧光强度较高;斜温层DOM受径流输入影响较大,DOM质量浓度和芳香度较高,C1和C2组分荧光强度较高.膜污染方面,变温层DOM造成的总污染最大,但可逆性较好,斜温层和等温层DOM造成的总污染较低,但可逆性较差;对超滤过程中不同荧光组分迁移的分析表明,超滤膜对C3组分截留率较高,但反冲洗对被截留的C3组分去除效果较好,而被膜截留的C1和C2组分较难被反冲洗去除.     

渤海湾两条河流及其近岸海域水体中DOM的光谱特征及影响因素

应用三维荧光光谱结合吸收光谱分析,研究了2019年夏季天津市大清河-独流减河水系和河北省黄骅市捷地减河及其河口区水体中溶解有机物（DOM）的空间分布特征、来源及其影响因素。紫外-可见光谱结果表明,研究区水体的SUVA₂₅₄与盐度有显著正相关关系;两条河流的下游水体中S_275-295均值均大于上游和中游。平行因子分析结果表明,两条河流均检测到两种类腐殖质组分C1（240,300/390 nm）和C3（260,335/477 nm）以及一种类蛋白质组分C2（225,275/339 nm）。在大清河-独流减河水系及其近岸海域水体中,这三种组分与盐度呈显著负相关关系,其中由于人为输入（TN和TP含量高,工业排污）影响导致C2与盐度的相关性弱于C1和C3。该水系水体在低盐度时C2的占比高于捷地减河,主要受到工农业废水输入与其支流子牙河汇入的共同影响,而捷地减河主要受农业废污水输入的影响。此外,自然因素（盐度、海水混合）和人为因素（人为输入、筑坝拦截）的不同导致渤海湾两条入海河流中有色溶解有机质（CDOM）的光学特性和混合行为出现显著差异。其中筑坝拦截导致独流减河坝前水体的CDOM平均分子量低于下游水体,并且增强了河口区陆源类腐殖质的去除作用。综上,三维荧光光谱结合平行因子分析能判别河流局部条件的差异对整体CDOM空间分布特征的影响,研究结果可为渤海湾地区河流及河口水体CDOM生物地球化学过程研究提供基础数据。     

渤海和北黄海有色溶解有机物(CDOM)的分布特征和季节变化

采集了2016年的4、8、12月和2017年2月渤海和北黄海表、中、底海水样品,分析了海水中有色溶解有机物(CDOM)的紫外-可见光吸收光谱和三维荧光光谱,探讨了渤海和北黄海海域CDOM的分布特征、影响因素和季节变化.结果表明,不同季节CDOM分布相似,呈近岸高、远海低的分布特征.吸收系数a(355)和光谱斜率S275-295呈显著负相关,说明CDOM受到陆源输入的显著影响.垂直分布上,8月,受强烈的光降解作用影响,表层CDOM含量最低. 2月,底层CDOM含量最低,这可能与受光照影响的初级生产力在水下分布不均匀有关.从2016年4月～2017年2月,CDOM含量先上升后下降,12月含量最高,2月含量最低. CDOM的季节变化主要受陆源输入和浮游植物生物量的季节变化控制.以光谱斜率S275-295表征CDOM的平均分子量,2月由于陆源输入最少,CDOM平均分子量最小.夏季光降解强烈,将部分大分子量有机物降解成小分子量有机物,小分子量有机物增加,因此,8月CDOM的平均分子量小于4月和12月.     

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...     

鄱阳湖沉积物溶解性有机质光谱特征

目前针对鄱阳湖流域沉积物溶解性有机质(DOM)光谱特征的研究仍较少,因此基于紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术,并结合平行因子分析法(PARAFAC),对鄱阳湖沉积物中DOM的物质组成和来源特征进行了解析.结果表明,鄱阳湖沉积物DOM的腐殖化程度较高,是陆源输入和藻类、浮游生物等内源产生的混合型,且以陆源输入为主.与碟形湖区相比,通江水域沉积物DOM的有色溶解性有机质浓度更高、 DOM粒径更大且芳香性及腐殖化程度更高.通过PARAFAC共解析出3个类腐殖质组分(C1、 C2、 C4)和1个类蛋白组分(C3).与碟形湖相比,腐殖质组分均表现为通江水域更高,其中C1组分在两区域的占比均为所有组分中最高,前者为42%,后者为46%.空间分布上,4个组分荧光强度总体上呈现东高西低的趋势,高值主要分布在都昌和南矶湿地水域附近,分析主要与丰水期水位上涨、大量植物被淹死亡和人类活动有关.主成分分析结果表明,湖区不同沉积物DOM荧光组分差异较小,但以碟形湖区沉积物DOM腐殖化程度略高.     

A/O-MBR处理餐饮废水过程中DOM特性解析

借助凝胶过滤色谱(GFC)分子量测定技术和三维荧光(EEM)光谱技术,对厌氧微网与好氧平板膜-生物反应器(A/O-MBR)联合处理餐饮废水过程中各阶段的溶解性有机物(DOM)及污泥胞外聚合物(EPS)的性质进行研究。分子量研究表明:好氧段污泥滤液的GFC谱图中在10 min以前有大分子物质析出,分析是微生物代谢产物;且随着处理过程的进行水样DOM中的分子量分布范围不断变宽。EEM光谱研究表明:进水、好氧段出水、好氧段污泥滤液的DOM中的2种主要荧光物质为高激发波长类色氨酸和可见区类富里酸,而厌氧段出水中仅有高激发波长类色氨酸,且峰强较强。同时,厌氧段出水中在形成可见区类富里酸的区域内有成峰趋势,分析是由较强的类色氨酸峰的掩蔽作用造成的。好氧段污泥EPS中存在3个明显的荧光峰,指示了色氨酸和腐殖酸的存在。     

太湖北部湖区CDOM光学特性及光降解研究

通过对太湖北部不同湖区2005—2006年4个典型月份水体中有色可溶解性有机物(CDOM)的生物-光学特性进行研究,系统分析了太湖北部湖区水体中CDOM的生物-光学特性和时空分布变异规律,并对CDOM在自然光暴晒下的降解特性进行初步研究. 结果表明,湖水中CDOM的分布,空间上竺山湾>梅梁湾>贡湖湾>大太湖,入湖河道附近要高于其他水面,时间上按冬季到次年秋季逐渐递减;表征CDOM 谱形变化的指数函数S值没有显著性时空差异,冬、春季CDOM吸收系数与ρ(叶绿素a)完全没有相关性,夏、秋季CDOM的空间分布则与ρ(叶绿素a)分布较为一致,吸收系数与ρ(叶绿素a)存在正相关;CDOM定标后的荧光值与其吸收系数在4个月内均存在相对恒定的线性关系;在接受自然光特别是紫外辐射暴晒后,CDOM吸收明显降低,发生显著的光化学降解,其降解过程符合拟一阶动力学衰减反应.