长三角典型城郊流域生物可降解性有机质的分布及影响因素

快速城镇化改变了流域水体中碳的生物地球化学循环过程,生物可利用性的溶解性有机质组分是其中最为关键的一环,辨识生物可降解性有机质(BDOM)的时空分布特征及其影响因素对流域水质管控具有重要意义和应用价值.以长三角地区典型城郊流域樟溪为研究对象,根据流域地形特征、土地利用及人类活动强度布设监测点位,于2019年分别在雨季和旱季采样,利用三维荧光平行因子(EEM-PARAFAC)方法结合源汇景观模型研究流域水体BDOM的时空分布特征.结果表明,流域中生物可降解性有机碳浓度范围在0.57～6.80 mg·L^-1,且具有较高的时空异质性,人类活动强度较高的区域水体中BDOM的浓度也相对较高,且雨季显著高于旱季.EEM-PARAFAC分析结果表明,流域BDOM主要包括陆源腐殖质(C1)和类蛋白质类(C2)这2种荧光组分.流域BDOM及其陆源腐殖质荧光组分主要受土地利用和人类活动的影响,其浓度与农业及城镇用地比例和源汇景观负荷比(LWLI)关系密切,表明城镇化过程中人类活动是影响BDOM分布的重要因素.     

PARAFAC和FRI解析ISI中DOM分布

利用平行因子分析（PARAFAC）和荧光区域积分（FRI）的方法解析三维荧光光谱（3D-EEMs）,结合主成分分析、相关性分析、聚类分析和多元线性回归分析,研究了曝气预处理改良土壤渗滤系统（ISI）处理生活污水时溶解性有机物（DOM）的垂直分布特征.根据FRI分析,ISI中DOM可以分为5个荧光区域,包括3个类蛋白物质区域（I、Ⅱ、IV）和2个类腐殖质物质区域（Ⅲ、V）.沿着垂直方向向下,ISI中DOM有溶出的现象,导致总荧光区域积分体积（TOT）与TN、TP、NH₄⁺-N、COD、TOC等都呈现显著负相关的关系,而与EC呈现显著正相关关系,其中荧光区域V与NO₃^--N浓度呈显著正相关的关系,氮素去除与DOM组成之间关系密切.通过进一步做PARAFAC分析表明,可以从DOM中识别出四种荧光组分,分别为C1类富里酸类物质和C2、C3、C4类蛋白类物质.荧光组分浓度得分值F_max表明,ISI对物质降解由易到难依次为C2 > C4 > C1、C3,即类酪氨酸最易降解,其次为类色氨酸类物质和类富里酸类物质.根据多元线性回归分析,可以用F_max间接表征TN、TP和COD等水质指标的浓度.     

平寨水库荧光溶解性有机质的来源、特征及其动态转化

利用三维激发发射矩阵光谱(3-D EEM)和平行因子分析,研究了三岔河流域平寨水库溶解有机质的来源、组成和转化情况。在平寨水库的入库水、表层水(0～5 m)、深层水(10～60 m)和出库水中,检测到了几种荧光溶解有机质组分,分别为陆源类腐殖质、自源类腐殖质和浮游植物源的类蛋白质(或类色氨酸或类酪氨酸)。陆源类腐殖质的荧光强度在入库水中略高于出库水,表明陆源类腐殖质在水库系统中相对稳定,大坝截流对其影响不大。自源类腐殖质的荧光强度在库区明显高于入库水和出库水,表明自源类腐殖质既由自源有机物分解产生,又在光化学、微生物和大坝物理拦截过程的影响下发生分解;其他荧光组分中也检测到相似的结果。水温、pH、溶解氧和有色溶解有机质表现出相似的季节变化,光化学和微生物以及大坝拦截是引起水库入库水、库区表层水、库区深层水和出库水中荧光溶解有机质时空动态变化的主要原因。     

三维荧光光谱技术在溶解性有机物研究中的应用

溶解性有机物(DOM)是天然水体中的重要组分,其结构复杂,化学形态各异,应用常规的化学实验方法难以进行有效分析、得出有价值的结论.而三维荧光光谱分析法,因其简便的操作、较高的灵敏度以及较少的样品用量等优点,被广泛的用于DOM的表征中.通过阐述近年来三维荧光光谱传统分析法及应用平行因子分析法(PARAFAC)进行DOM定性定量分析,对其应用进行了展望.     

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.      

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.     

DOM对沉积物悬浮颗粒吸附铜的促进作用及机制

沉积物悬浮颗粒对重金属吸附是重金属在湖泊中迁移的关键环节,受到多种环境条件的影响.为了探究溶解性有机质（dissolved organic matter,DOM）对沉积物悬浮颗粒吸附Cu （Ⅱ）的影响及作用机制,通过室内模拟沉积物悬浮液进行Cu （Ⅱ）吸附试验.结果表明,两种DOM （富里酸和沉积物DOM）不同程度地促进了Cu （Ⅱ）在悬浮颗粒上的吸附;吸附48 h后,吸附百分比从71.51%分别提高到了75.31%和85.69%.扫描电子显微镜-能谱结果显示,在DOM的影响下,Cu （Ⅱ）被吸附后存在于沉积物颗粒内部.紫外-可见光谱技术分析结果表明,在吸附反应过程中,Cu （Ⅱ）与DOM存在先络合后解离的过程.荧光激发发射矩阵结合平行因子分析、同步荧光光谱结合二维相关分析的结果表明,类蛋白组分能够促进Cu （Ⅱ）在沉积物悬浮颗粒上的吸附,其中类酪氨酸组分在促进Cu （Ⅱ）被沉积物颗粒吸附沉淀过程中优先发挥作用,而类腐殖酸组分几乎没有促进吸附作用.完善了湖泊重金属迁移的相关理论,为沉积物重金属污染防治提供了一定的依据.