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.     

达里诺尔湖水体DOM荧光特征及其来源解析

达里诺尔湖（简称“达里湖”）是内蒙古自治区高原地区重要的生态屏障,探究达里湖水质状况及污染来源,对加强流域水环境治理、改善水环境质量具有十分重要的意义.于2018年9月及2019年6月对湖水进行采样,并通过三维荧光光谱结合PARAFAC（平行因子分析）模型,探究达里湖水体DOM（溶解性有机质）来源及其与水质的关系.结果表明:①达里湖水体中pH较高,ρ（DOC）（DOC为溶解性有机碳）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）相对较高,均超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水质标准限值.②水体中DOM含4种荧光组分.夏季水体DOM主要分布于河流入湖口附近,其中,类腐殖质荧光组分（紫外区类富里酸和可见区类富里酸）占总组分的62.93%,类蛋白类荧光组分（类色氨酸和类酪氨酸）占总组分的36.07%;秋季水体DOM主要分布于东南侧,其中,类腐殖质荧光组分占总组分的40.52%,类蛋白类荧光组分占总组分的59.48%.③达里湖采样点荧光参数表明,达里湖DOM自生源特征较强,腐殖化程度较低.类腐殖质荧光组分与ρ（DOC）、ρ（Chla）均呈正相关,类色氨酸荧光组分与pH呈正相关,类络氨酸与ρ（DTN）、ρ（NH4+-N）、ρ（DTP）均呈正相关.研究显示,达里湖DOM具有陆源与生物源双重特性,DOM的形成与微生物、细菌、浮游生物的生命活动密切相关.      

鄱阳湖不同湿地植物生物炭衍生DOM的光谱特征

目前有关天然湿地植物生物炭衍生溶解性有机质（BDOM）光谱特征尚缺乏系统的分析,因此,本研究采用紫外可见吸收光谱、三维荧光光谱结合平行因子分析法（PARAFAC）、荧光区域积分法（FRI）对鄱阳湖3种湿地植物（苔草、南荻和芦苇）的物质组成和光谱特征进行了分析.结果表明,热解温度对湿地植物BDOM的生物地球化学特征有很大影响,随热解温度的升高其稳定性提高,在500℃及以上的热解温度下可产生有效固碳生物炭.热解温度是影响BDOM释放的关键因子,BDOM释放量与温度呈显著负相关.BDOM释放含量总体上呈苔草>南荻>芦苇的规律.随着热解温度的升高,BDOM的分子量、类蛋白质浓度、有色溶解性有机质相对丰度、富里酸比例和芳香性逐渐下降,而腐殖化程度、自生源成分则先上升后下降.此外,通过PARAFAC解析出2个类腐殖质组分和2个类蛋白质组分,且苔草BDOM中荧光组分总体多于南荻和芦苇.FRI结果表明,300℃下BDOM以类富里酸为主,其他条件下BDOM以络氨酸类蛋白质、色氨酸类蛋白质为主.并且,本研究利用主成分分析进一步探究了这些光谱参数间的相互关系,结果表明,苔草的溶解性有机碳含量、蛋...     

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显著低于其它河流,而光谱斜率比S_R显著高于杭埠河,表明城市污染物径流排入降低了南淝河水体DOM的芳香性,但对其分子量影响较低.南淝河DOM荧光指数（FI）和生物源指数（BIX）大于其它河流,而腐殖化指数（HIX）低于其它河流,指示其DOM自生源高于其它河流.使用EEM-PARAFAC从河流DOM中提取出4种类腐殖质组分（C1~C4）和2种内源类蛋白荧光组分（C5、C6）,其中,类腐殖质组分包括陆源有机质（C1、C3和C4）和微生物降解产物（C2）.沿河流方向,5条河流河水溶解性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）、 a（355）和DOM荧光组分呈不同的空间变化特征,其中丰乐河、杭埠河、岐阳河和兆河DOM受农田土壤径流输入影响明显,而南淝河DOM主要受城市污染物径流和污水处理厂出水影响.     

思林水库荧光溶解性有机质的特征、来源及其转化动力学

利用三维荧光光谱(EEM)结合平行因子分析(PARAFAC),研究了思林水库冬季(1月)、春季(4月)、夏季(6月)和秋季(10月)上游入库水体、库区表层水(0 m)、库区深层水(20 m)、出库水体的荧光溶解性有机质(FDOM)不同组分的特征、来源及其转化动力学.结果表明,思林水库的溶解性有机质由3种荧光组分组成,分别是:陆源类腐殖质(C类,C1)、浮游植物源的微生物类腐殖质(M类,C2)和浮游植物源的类蛋白或类色氨酸或类酪氨酸(C3).其中陆源类腐殖质的荧光强度随着入库水、库区表层水、库区深层水和出库水逐渐减少,这表明由于光化学作用、微生物作用、大坝拦截效应等环境因素的影响,类腐殖质随着水体由入库向出库的流动而逐渐降解.相反,微生物类腐殖质(M类)的荧光强度结果表明,在入库-出库过程中,微生物类腐殖质处于产生及部分或完全降解的波动中,这表明微生物类腐殖质是浮游植物的原生产物,并且对于光化学作用、微生物作用和大坝拦截效应有很强的不稳定性.类蛋白或类色氨酸或类酪氨酸主要新产生于夏季和秋季的表层水体中,在冬季和春季表层和深层水体中也有产生;并在出库过程中逐渐减少.这表明类蛋白或类色氨酸或类酪氨酸是浮游植物的原生产物;并且它们受到光化学作用、微生物作用和大坝拦截效应的共同影响,在表层和深层水中生成和降解.因此,这些结果意味着通过平行因子分析确定的荧光溶解性有机质组分的方法,对于更好地理解溶解性有机质在水库水体的转化动力学机制至关重要.     

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.     

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.      

土地利用对典型喀斯特河流溶解性有机质的直接和间接影响

土地利用可向河流直接输送陆源有机质直接影响河流溶解性有机质（DOM）丰度,也可通过增强河流营养负荷间接加强DOM的本地生产.研究基于紫外-可见光吸收光谱（UV-VIS）和三维荧光-平行因子分析（EEM-PARAFAC）技术研究雨季（7月）芙蓉江河流DOM组分特征和空间分布,并采用相关分析和偏最小二乘路径模型（PLS-PM）辨析和量化多尺度下土地利用对DOM的直接和间接影响.结果表明,土地利用对DOM的直接影响普遍强于间接影响.不同DOM组分对水体营养状况和土地利用的响应各异,溶解性有机碳（DOC）和有色溶解性有机质（CDOM）更易受水体营养状况影响,荧光溶解性有机质（FDOM）则对土地利用更为敏感.土地利用对DOC和CDOM的直接影响强度随空间尺度略有波动,但总影响强度无明显的空间尺度差异,对FDOM的直接影响强度在河段500 m缓冲区尺度最大,且随尺度增大而降低.旱地、城镇用地、其它建设用地、斑块密度（PD）、边缘密度（ED）和香农多样性指数（SHDI）为增加河流DOM丰度的典型土地利用指标,水田、灌木林、最大斑块指数（LPI）和聚合度指数（AI）为有效减少DOM丰度的典型土地利用指标.总氮（TN）、硝态氮（NO₃^--N）和溶解性总磷（DTP）与土地利用和DOM密切相关,即氮、磷元素在"土地利用-河流DOM"中有着重要的"中介"作用.FDOM可作为衡量近河段土地利用直接向河流输入陆源有机质强弱的指示参数.     

春灌背景下黄河上游清水河流域DOM的空间分布规律

运用三维荧光光谱技术结合紫外-可见吸收光谱表征技术,以及各种分析统计方法,对清水河流域水体中溶解性有机质（DOM）的空间分布、光谱特征及污染来源进行了解析,以期为黄河流域水环境治理及污染溯源提供较为可靠的信息.结果表明清水河流域春灌季水质指标空间差异性较大.DOM中类蛋白质物质浓度高于类腐殖质物质浓度,自生源特征强于陆源特征,且新生成的DOM占比较大,即DOM主要来源于水体微生物活动和细菌降解代谢的产物.PARAFAC解析得到6个主成分,包括4个类蛋白质组分（C1、C2、C3、C5）和2个类腐殖质组分（C4、C6）,其中类蛋白质组分的空间差异性大于类腐殖质组分,受水库水和污水处理厂排水等水体内源影响较大.PCA分析得到4个主成分,组分C5、氟离子、组分C2和HIX可分别作为该4个主成分的描述性指标.     

基于有色溶解性有机质(CDOM)解析陆源污染物在东海区域的分布特征

随着"陆海统筹"海洋保护战略的提出,近海水质修复越来越依靠对污染源数据的准确掌握,而活性磷酸盐和总无机氮等常规水质指标不能对海洋中陆源污染物进行有效指示.因此,本研究利用三维荧光光谱结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）等技术分析了象山港和东海不同深度有色溶解性有机质（CDOM）的组成和分布特征,探讨基于CDOM快速分析技术的近海水质评价方法.结果表明,象山港水质受沿岸排放影响显著,其氮磷营养盐、陆源腐殖质（EEM-PARAFAC组分C1和C4）和生活源类蛋白质（C3和C5）物质显著高于东海表层水体.在东海水体中,5个荧光组分的高值区主要分布在北部近岸表层海域,与盐度分布相反,清晰表明长江冲淡水等陆源输入对CDOM的显著影响.相关性分析表明,陆源物质输入是东海表层水体中污染物的重要来源,而底层污染物的来源则更为复杂.总体上,污水类物质较大程度地改变了东海北部表层CDOM的组成.本研究表明,利用EEM-PARAFAC等技术可快速有效地识别海洋中CDOM的来源,深刻揭示了陆源排放对海洋水质的影响程度,可为"陆海统筹"海洋保护策略提供技术支撑.     

城郊与城镇河流中溶解性有机质与重金属的相关性

溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)在水体环境中广泛存在,对重金属在水环境中的环境行为有重要影响.本研究为探讨DOM与重金属的相关性,以宁波市城郊流域樟溪和城镇流域芦江为例,利用三维荧光技术分析不同城镇化梯度下河流水体溶解性有机质(DOM)的结构组成特征,分析DOM各项参数与重金属之间的相关性.结果表明,城镇化程度较高的河流水体具有较高的DOC、有色溶解性有机质(CDOM)和荧光溶解性有机质(FDOM)浓度;城郊流域与城镇流域水体中DOM均含有4个荧光峰,类富里酸荧光峰A和C以及类蛋白荧光峰B和T,且城镇流域水体荧光峰B和T的强度显著高于城郊流域,DOM腐殖化程度与芳香性也具有同样的趋势;城镇流域水体中重金属As、Cu和Mn浓度显著高于城郊流域.DOM与重金属的相关性结果表明,城镇河流中DOM与Cu、Cr、Mn、As、Zn和Pb都存在显著的正相关关系,而城郊河流中DOM只与Mn、Pb和Cu呈显著正相关,与其它重金属相关性不明显.总之,城镇化水平影响河流水体中CDOM的浓度和性质,而CDOM浓度和性质与重金属的行为密切相关.     

长江口CDOM的光谱吸收特征以及DOC物源示踪意义

通过测定2009年冬季长江口芦潮港至嵊泗海域表层水中有色可溶性有机物(CDOM)的光谱吸收和溶解有机碳(DOC)的浓度,分析CDOM的吸收系数α(355)和光谱斜率s值的空间分布特征,并探讨其来源及其与DOC的关系。结果表明:CDOM光学属性随盐度逐渐降低,18.96～28.00的盐度范围内,α(355)为0.268 9～1.183 1 m-1,均值为0.824 9 m-1,低于丰水期,与国内外研究相比偏低,表明长江口CDOM受控于陆源径流输入,CDOM浓度可能和长江流域植被覆盖率和以及径流量有关。光谱斜率s值的范围为0.011 3～0.017 4 nm-1,均值为0.015 3 nm-1,略低于丰水期。DOC浓度与盐度的负相关关系(R2=0.882)表明该研究区域的溶解有机质(DOM)输入主要来自陆源,CDOM与DOC的相关关系为CDOMα(355)=0.371DOC+1.012(R2=0.48),表明研究区域内CDOM对DOC具有一定的物源指示意义。     

李家河水库上游水体溶解性有机物组分与来源

以李家河水库上游水体为研究对象,运用三维荧光光谱法解析水体溶解性有机物（DOM）的来源和特性,并探讨了DOM组分干湿季变化特征及影响因素.结果表明,李家河水库上游水体DOM由3个荧光组分组成,分别为类络氨酸（220nm,270nm/300nm）、UVA类腐殖质（250nm/430nm）和类色氨酸（225nm,280nm/335nm）,其中类络氨酸为主要组分,但其含量干湿季变化不大,而UVA类腐殖质和类色氨酸含量呈现出显著的季节差异.荧光特征指数表明,李家河水库上游水体DOM的来源具有显著的陆源特征,其特征在湿季更加显著.水体DOM各荧光组分在干湿季均与TP呈正相关;在湿季,类络氨酸组分与Chl-a、浊度和COD_Mn呈正相关,而在干季无相关性.UVA类腐殖质与DOC在干湿季均存在正相关关系,且在湿季相关性（P<0.01）大于干季（P<0.05）.类色氨酸与COD_Mn相关性也表现出湿季（P<0.01）大于干季（P<0.05）的特征.     

三峡库区城镇化背景下河流DOM的吸收及荧光光谱特征

研究城镇化对河流溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)组分和化学结构、来源与迁移规律的影响,对水生态系统保护及生物地球化学循环研究具有重要意义.运用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术,研究三峡库区不同城镇化程度的典型河流(桃花溪、南河和普里河)的DOM光谱学特征.结果表明,河流城镇化程度越高,DOM和有色溶解性有机质(chromophoric dissolved organic matter,CDOM)浓度越大,河流DOM的腐殖化程度和芳构化程度越小,疏水性组分越少,DOM中类蛋白物质相对浓度越高,DOM的新近自生源特性越强.河流DOM均以富里酸类为主(E3/E4均值 3. 5),CDOM浓度与DOM浓度显著正相关(P 0. 01),各河流DOM腐殖化程度(SUVA254)、芳构化程度(SUVA280)和疏水组分(SUVA260)极显著正相关(P 0. 01).桃花溪、南河、普里河的荧光指数均值为1. 715 7～1. 757 1,DOM的腐殖质来源均为外源输入和微生物、藻类生产两种方式混合,且以内源产生为主.     

区域土地利用类型对水源水中溶解性有机物丰度和荧光组分的影响

以潮白河密云段水体为研究对象,采用三维荧光光谱法及平行因子分析解析了潮白河饮用水源中溶解性有机物(DOM)来源和荧光特性,结合方差分析探讨了不同季节和区域土地利用类型对DOM浓度和荧光组分强度的影响.结果表明,潮白河密云段水体荧光溶解性有机物(FDOM)由5种荧光组分组成,包括微生物腐殖质2种,自生酪氨酸,还原醌类和陆...     

贵州草海水体溶解性有机物的荧光光谱特征及来源解析

为探明草海水环境污染物分布特征及来源状况,采用三维荧光光谱技术结合平行因子分析法,对草海水体中溶解性有机物组成特征进行剖析,分析有机物组分在枯水期和丰水期的浓度特征及分布差异,并采用多个荧光指数解析水体溶解性有机物的来源.结果表明,草海水体溶解性有机物中包含2种类型的4种组分,即自生源产生的腐殖质类物质C1(360/4...     

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.     

不同组成有机质对土壤中砷迁移行为的影响

本研究选择腐植酸(HA)、黄腐酸(FA)和鸡粪提取的可溶性有机质(DOM)三种天然有机质,加入供试土壤,以溴离子作为示踪剂,通过四组模拟土柱实验,获得不同有机质组成的土壤中As (V)的穿透曲线,并用CXTFIT 2.1软件拟合,计算阻滞系数R_d值,同时测定流出液中As (V)的形态变化。结果表明:HA抑制了As (V)的迁移,而加入FA和DOM后As (V)在土壤中的移动性显著增强。四种处理(CK、土壤+HA、土壤+FA、土壤+DOM)中As (V)的阻滞系数R_d值分别为17.82、19.53、10.13和12.2,土柱中残留的As分别占As总量的27.4%、31.7%、19.2%和18.2%。腐植酸以芳香族含量为主,分子量较大,吸附固定As的能力较强;黄腐酸和提取的可溶性有机质主要结构为烷基碳和氧烷基碳,H/C和O/C值较高,与As存在竞争吸附,促进As的迁移。     

喀斯特小流域河流溶存甲烷浓度时空变化特征

以宜昌境内喀斯特河流下牢溪为研究对象,通过对流域内15个采样点为期1a间隔约2周1次的水量、水质及CH₄浓度同步监测,探讨河流溶存CH₄浓度时空变化规律及影响因素.结果表明：下牢溪溶存CH₄浓度变化范围为0.002~1.492μmol/L,全年平均浓度0.133μmol/L,整体表现为大气CH₄的源.河流溶存CH₄浓度呈现夏秋高、冬春低的变化特征,主要受温度驱动.雨季CH₄浓度受温度和降雨共同调控.温度越高,产生流量稀释效应的降雨量阈值也越大.下牢溪CH₄浓度空间分异性显著,小型拦水坝前浓度最高,最低值出现在河底坡降较大的天然峡谷型河道.人为活动不同程度的提高了相应河段的CH₄浓度水平,是小流域CH₄浓度空间分布格局的重要影响因素.流域CH₄浓度空间分布无明显时间稳定性特征,这可能与陆源输入及水平、垂向输出等动态因素有关,实施全流域采样监测对小型河流碳排放估算十分必要.