岩溶地表河旱季有色溶解有机质组成及来源:以金佛山碧潭河为例

岩溶水体中的有机碳汇是岩溶碳汇的重要组成部分,为探明地处亚热带的岩溶地表河——碧潭河水体CDOM的组成及来源,于2017年1~3月开展从上游至下游9个点位的调查,利用三维荧光光谱结合紫外-可见吸收光谱以及常规水化学指标,分析碧潭河CDOM组成和来源及其影响因素.结果表明:(1)碧潭河水体中HCO_3~-的质量分数70%、Ca~(2+)+Mg~(2+)的质量分数80%,为主要阴阳离子,水化学性质主要受岩石风化作用的影响;(2)水体CDOM在旱季主要由类腐殖酸(C1)、类富里酸(C2)和类酪氨酸(C3)组成,FI、BIX、HIX以及β:α的平均值分别为2.06、0.87、4.35和0.69,较高的FI、BIX、β∶α以及较低的HIX显示碧潭河水体CDOM在旱季整体而言具有较强的自生源特征;(3)水体中DIC质量浓度与C2、C3荧光强度得分的相关性系数分别为0.515(P0.05)和0.644(P0.01),表明水生生物光合作用固定DIC对水体中CDOM的形成起到重要作用,该过程是对岩石风化碳汇的转换和稳定.     

三峡库区内陆腹地典型水库型湖泊中DOM吸收光谱特征

溶解性有机质(DOM)是湖泊生态系统重要组成部分,其性质和结构决定了其在污染物(例如汞)环境行为中扮演着重要角色.本研究选取三峡库区内陆腹地典型水库型湖泊——长寿湖,采用吸收光谱表征方法,通过1年时间对DOM地球化学变化规律进行了定性定量分析,并结合汞观测数据,讨论了DOM对不同形态汞浓度的影响.结果表明,和1月相比,长寿湖4~11月DOC差异性低于CDOM,4~11月间差异性不显著.有色组分变化是解释DOM季节性变化的重要原因.DOM中主要生色团仍然来自于大分子量的芳香性组分.而CDOM三波长模型可较好对DOC的年际观测进行反演.同时,SUVA254和S275~295季节性变化特征较明显,1月芳香性和分子量均最小,4月上升.与其他类型湖泊相比,长寿湖水体DOM芳香性和分子量大小均低于森林湖泊,但高于高原湖泊.周边生态系统和土地利用类型对湖泊DOM差异影响明显.另外,SUVA254和DOC与各形态Hg无明显相关性,但水体生色组分和分子量大小是控制溶解态和活性汞的重要因素;而湖区甲基汞变化可能与湖泊初级生产力导致的有机质富集和迁移关系密切.     

青藏高原多年冻土区典型植被下河流溶解性有机碳的生物可利用性

选取青藏高原多年冻土区12条河流样品进行分析,结合流域内植被类型、流量大小、多年冻土面积与河流溶解性有机碳(DOC)的质量浓度、化学组成、生物可利用性之间的关系及分解动力学进行讨论.结果表明,分别在高寒草甸(AM)、高寒沼泽草甸-高寒草甸(ASM-AM)、高寒草甸-高寒草原(AM-AS)、高寒草甸-高寒草原-裸地(AM-AS-BL)为主的流域内,河流DOC的质量浓度依次为(5.17±0.21)、(5.02±0.50)、(3.55±0.25)和(2.79±0.41)mg·L-1,DOC的生物可降解性程度(BDOC)依次为(23.54±2.62)%、(23.66±3.31)%、(18.17±5.26)%和(11.72±15.56)%;相应地,流域内植被覆盖度越小,河流DOC的芳香性程度越大,DOC的可生物降解性和降解速率随着降低,并且BDOC在培养的过程中的反应遵循一级反应动力学原理;此外,连续多年冻土区河流的BDOC大于非连续多年冻土区的河流BDOC,大河的BDOC小于源头小河的BDOC.研究表明,流域内植被类型是影响多年冻土区河流BDOC的主要影响因素,同时,流量大小和多年冻土对BDOC也有一定的影响.     

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.     

多元数理统计法研究太子河本溪城市段水体DOM紫外光谱特征

在太子河本溪城市段7个点位采集表层水样,应用多元数理统计法研究其DOM的来源、组成、结构及腐殖化水平.推导出9个紫外光谱指数(SUVA254、E_2/E_3、E_2/E_4、E_4/E_6、S_(275~295)、S_(350~400)、A_2/A_1、A_3/A_1和A_3/A_2)用于研究DOM的组成与结构特征,进一步评估DOM的腐殖化水平.研究表明:太子河本溪城市段水体中DOM的腐殖化程度呈现城市河段及工业废水排放分布特征,本溪钢铁厂排放废水所含的DOM为聚合程度低且相对分子质量较小的有机物;E_2/E_3与E_2/E_4呈现极显著性正相关(P0.01),与S_(275~295)、S_(350~400)和A2/A1呈显著负相关(P0.05),表明太子河本溪城市段水体DOM腐化程度不仅与有机物分子缩合度有关,同时与富里酸和胡敏酸比值密切相关;DOM组成结构特征与A_2/A_1、SUVA_(254)和S_(275~295)呈显著正相关,而与E_2/E_3和E_2/E_4呈显著负相关;得分图显示7个采样点分别位于3个35%置信度的椭圆内,进一步验证太子河本溪城市段水体中DOM组成与结构、腐殖化水平呈现城市河段及工业废水排放分布特征,表明太子河本溪城市段DOM深受人类活动的影响.     

不同水体溶解性有机物的混凝去除特性

采用硫酸铝、工业氯化铁、无机高分子絮凝剂(PAC)3种无机混凝剂,对广州珠江、北京密云、天津滦河不同原水进行了混凝实验,分析了不同混凝剂去除水体有机物的特性以及不同水体溶解性有机物(DOM)的内在分级特征与其混凝去除率的关系.实验结果表明,①珠江水体由于碱度低,pH较易下降,高投药浓度下此水体DOM更易被氯化铁去除;中低投药下,在南方水体中,PAC与盐类絮凝剂对去除DOM的混凝性能差别不如在北方水体中明显,表明南北方水体DOM的内在特性存在一定差异,即北方水体DOM中可混凝去除部分的有机物易发生电中和作用,带有较多负电基团,南方珠江水体DOM含带电基团的有机物相对较少,而中性有机物含量相对较高,这与进一步分级结果一致.②所有水体从混凝收敛点看,总溶解性有机碳(DOC)去除率都是工业PAC最高,显示电中和(憎水化)-沉淀(吸附)可能为这些水体DOM的主要去除机理.③从不同水体的DOC平均去除率看,珠江水体高于密云水体,它们又明显高于滦河水体.对水体DOM进一步的化学分级研究结果表明,DOC去除率越高的水体,其中的憎水中性物质(HoN)含量也越高.这表明,除了碱度、总有机碳(TOC)外,原水DOM的内在化学分级特征也是影响水体DOC混凝去除率的重要因素.     

黄土丘陵区不同坡向对土壤微生物生物量和可溶性有机碳的影响

选取黄土高原丘陵沟壑区延河流域两个典型植被区(森林植被区、草原植被区)下相同植被不同坡向(阳坡、阴坡)的土样进行分析,研究了不同坡向土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)、微生物生物量磷(SMBP)和可溶性有机碳(DOC)的含量及其相互关系.结果表明,森林植被区阳坡、阴坡0～10 cm土层SMBC分别为532.1～792.5 mg·kg-1、333.6～469.8 mg·kg-1,SMBN分别为53.66～87.31 mg·kg-1、47.58～61.38 mg·kg-1,两者均表现为阳坡高于阴坡,草原植被区SMBC分别为68.90～75.34 mg·kg-1、65.29～128.67 mg·kg-1,SMBN分别为13.94～18.61 mg·kg-1、13.00～20.10mg·kg-1,两者均表现为阴坡高于阳坡;两个植被区SMBP与SMBC、SMBN变化不一致;SMBC占SMBC与DOC之和(SMBC+DOC)的比例在森林植被区阳坡最高,达77.74%,在草原植被区按阴坡到阳坡、0～10 cm土层到10～30 cm土层的顺序依次递减.相同植被区不同坡向土壤水分、温度的差异对土壤微生物生物量产生重要影响,进而使SMBC占SMBC+DOC的比例不同,SMBC+DOC比SMBC更能反映土壤碳素有效性,森林植被区阴坡阳坡0～10 cm土层土壤微生物群落结构可能已发生明显改变.     

Concentration, sources and wet deposition of dissolved nitrogen and organic carbon in the Northern Indo-Gangetic Plain during monsoon

Precipitation represents an important phenomenon for carbon and nitrogen deposition. Here, the concentrations and fluxes of dissolved organic carbon (DOC) and total dissolved nitrogen (TDN) with their potential sources were analyzed in wet precipitation during summer monsoon from the Northern Indo-Gangetic Plain (IGP), important but neglected area. The volume-weighted mean (VWM) concentration of DOC and TDN were 687.04 and 1210.23 µg/L, respectively. Similarly, the VWM concentration of major ions were in a sequence of NH₄⁺ > Ca²⁺ > SO₄^2- > Na⁺ > K⁺ > NO₃^? > Cl^? > Mg²⁺ > F^? > NO₂^?, suggesting NH₄⁺ and Ca²⁺ from agricultural activities and crustal dust played a vital role in precipitation chemistry. Moreover, the wet deposition flux of DOC and TDN were 9.95 and 17.06 kg/(ha?year), respectively. The wet deposition flux of inorganic nitrogen species such as NH₄⁺-N and NO₃^?-N were 14.31 and 0.47 kg/(ha?year), respectively, demonstrating the strong influence of emission sources and precipitation volume. Source attribution from different analysis suggested the influence of biomass burning on DOC and anthropogenic activities (agriculture, animal husbandry) on nitrogenous species. The air-mass back trajectory analysis indicated the influence of air masses originating from the Bay of Bengal, which possibly carried marine and anthropogenic pollutants along with the biomass burning emissions to the sampling site. This study bridges the data gap in the less studied part of the northern IGP region and provides new information for policy makers to deal with pollution control.     

人工湿地脱氮途径及其影响因素分析

简述了人工湿地脱氮模型。各种形态的氮在人工湿地系统中可以通过氨的挥发、植物吸收、介质沉淀吸附以及微生物硝化/反硝化作用等过程被去除。讨论了各脱氮途径对人工湿地脱氮的贡献,在大多数人工湿地的pH条件下,湿地地面氨挥发可以忽略,湿地植物叶片氨挥发量尚不清楚。湿地介质的直接吸附是短期的。植物在湿地脱氮过程中起了重要作用,但一般认为植物直接吸收和存储只占湿地脱氮的一小部分,一般低于30%。微生物的硝化/反硝化作用,是人工湿地脱氮的最主要的形式。讨论了影响人工湿地硝化作用的主要因素:溶解氧,pH和温度。大多数人工湿地的pH适合硝化作用,溶解氧和温度对湿地硝化作用的影响最大。温度不仅影响微生物的硝化作用,而且可以间接地影响植物的生长从而影响人工湿地的脱氮性能。     

珠江水质和含氮消毒副产物的时空变化

研究区域是珠江广东省段的3条干流(西江、北江、东江)及交汇处(广州),目标是研究分析2年内29个采样点的常规水质指标的时空变化及溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)对于消毒副产物生成势(specific disinfection byproduct formation potential,SDBPFP)的影响.结果表明,对于常规水质指标浓度而言,在时间上,西江、北江、东江三者基本无变化,但交汇处有稍微的变化,一般在7、10月份浓度偏高;在空间上,各干流及交汇处沿径流方向浓度呈逐渐增大趋势,且交汇处水质指标的浓度普遍高于干流.水体的PO34-浓度、总氮(total nitrogen,TN)浓度最高分别超出《国家地表水环境质量》Ⅴ类水质标准10倍、4倍.溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)浓度与UV254呈良好的线性关系,R2=0.901;但DON与卤乙腈(halogenacetonitrile,HANs)浓度的线性关系较差,R2为0.440.卤乙腈生成势(specific halogen acetonitrile formationpotential,SHANFP)与DOC/DON比值基本无线性关系.