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.     

太湖草藻型湖区磷赋存特征及其环境意义

研究草藻型湖区上覆水和沉积物磷赋存特征及环境意义有助于明晰磷在沉积物-水界面的迁移转化过程,对于深入理解不同类型湖区的富营养化过程及富营养化湖泊的治理具有重要现实意义.在太湖典型草藻型湖区进行四季多点采样,分析草藻型湖区水体及沉积物中不同磷形态的时空差异,并揭示其环境意义.结果表明:①藻型湖区上覆水中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性无机磷(DIP)和颗粒态磷(PP)显著高于草型湖区,时间分布上大都表现出夏秋高于冬春的特点,PP是TP的主要组成部分,占比71. 8%～89. 6%.叶绿素(Chl-a)浓度与上覆水中磷赋存形态呈相似的时空分布特征.②藻型湖区表层沉积物TP含量为372. 38～529. 64 mg·kg~(-1),草型湖区为304. 29～454. 27 mg·kg~(-1),藻型湖区表层沉积物TP含量明显高于草型湖区,冬季沉积物TP含量最高,夏季最低,这与外源污染的输入以及不同环境条件下内源磷在沉积物和上覆水间的迁移转化有关.③沉积物中不同磷赋存形态数量分布由小到大依次均为:NH_4Cl-P、Fe-P、Org-P、Res-P、Al-P和Ca-P.表层沉积物Mobile-P(NH_4Cl-P+Fe-P+Org-P)在TP中的占比藻型湖区为9. 10%～16. 93%,略高于草型湖区8. 11%～13. 50%,Res-P在TP中占比藻型湖区为10. 06%～14. 97%,草型湖区为11. 02%～20. 28%.藻型湖区内源磷释放风险大,不利于磷的固定与埋藏.不同类型的湖区富营养化程度明显不同,在磷的释放与埋藏中也表现出不同变化特点.藻型湖区因其较高的内源磷负荷和释放潜力,值得特别关注.     

北京市道路雨水径流溶解性有机物化学组分特性

为探究北京市道路雨水径流溶解性有机物（DOM）的化学特性,采用三维荧光光谱、紫外-可见吸收光谱及红外光谱技术,对北京市不同交通密度道路雨水径流溶解性有机物的化学组分进行分析.结果表明,北京市道路雨水径流DOM以疏水性组分为主,且主要为疏水中性组分.道路雨水径流DOM亲水性组分主要由类芳香蛋白物质组成,疏水性组分除含大量类芳香蛋白物质外,还含有大量类富里酸物质.道路雨水径流DOM疏水性组分的芳香化程度较高、腐殖化程度较低,亲水性组分与之相反.道路雨水径流DOM酸性组分中含异构化的羧基和苯环等官能团,碱性组分和中性组分中多含醚键、酯基、酚类和醇类等官能团.交通密度对道路雨水径流DOM化学组分的物质组成、特性等无明显影响,仅影响各化学组分中的物质含量;交通密度越大,各化学组分中物质的含量越多和芳香化程度越高,腐殖化程度越低.     

溶解有机质对微生物异化还原铁过程中砷含量及其形态赋存规律的影响

基于典型的希瓦氏金属还原菌(Shewanella decolorationis S12)和石英砂负载铁砷(As-IOCS)的相互作用,探讨了不同来源及组分溶解有机质和生物/非生物条件下对上述作用过程的影响.结果表明,不同类型及组分溶解有机质(DOM)均能使石英砂上负载的铁砷微生物还原解离/解吸程度得到一定程度的加强.而非生物反应体系中,只有含氧化还原敏感官能团结构的蒽醌类物质(0.1 mmol·L-1AQS)对铁砷的解离/解吸作用产生明显影响.在0.1 mmol·L-AQS和有机络合物(2 mmol·L-1 EDTA)的影响下,使得石英砂上负载铁的微生物异化还原程度加强,导致As(Ⅴ)从石英砂负载铁上的解吸程度也随之得到加强;在未加菌体系中,AQS和EDTA和不同组分的DOM类似,对As(Ⅴ)从IOCS上解吸程度影响微弱.对于As(Ⅲ)来说,只有在AQS的影响下,其含量得到显著增加,这可能是作为氧化还原中介体的AQS,在厌氧的生物/非生物条件下,能促进电子在As不同形态之间的转移,使得高价态As(Ⅴ)向还原态As(Ⅲ)的还原转变更易进行.当S12菌液接种含量增加时,在污泥不同组分DOM的影响下,As(Ⅴ)的解吸程度在反应300h前得到明显加强,而As(Ⅲ)的含量在整个反应期间,均快速上升,表明菌液含量高的体系,微生物铁异化还原过程得以持续进行,同时也促进了As(Ⅴ)向As(Ⅲ)的还原转变.     

雌二醇在土壤/沉积物中的吸附特征及猪粪DOM对吸附的影响

天然类固醇雌激素如17β-雌二醇(E2)在极低质量浓度下(ng.L-1)即可干扰水生生物的生殖功能.为准确预测E2向水体迁移,通过摇床实验研究了E2在中国北方3种不同土壤/沉积物表面的吸附特征,同时探讨了猪粪及其堆肥可溶态有机质(DOM)对E2吸附的影响.结果发现,E2在土壤/沉积物表面吸附符合Freundlich等温吸附方程(R2>0.76),E2在河流沉积物、潮土、黑土皆表现为非线性,其中黑土吸附的非线性最强(n=0.74);吸附系数Kf介于26.2～57.5,并与有机质含量呈显著正相关(P<0.05).猪粪及其堆肥DOM显著抑制E2在土壤/沉积物表面的吸附,其中堆肥DOM的影响尤为显著.研究认为,有机质是土壤/沉积物中吸附E2的主要组分,共存猪粪DOM在较低浓度下可提高E2迁移性,增加E2向地表和地下水的迁移风险.     

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.     

两种分子量分级下DOM的组分特征及其生物毒性

分别采用超滤离心管和超滤杯两种方式制备不同分子量的溶解性有机物（DOM）,探究不同的分子量分级方式对获得的DOM组成成分特征及其生物毒性效应的影响,同时判明各组分联合作用方式.DOM分别来源于城市污水厂出水（EfOM）及商品天然腐植酸（SWR-NOM）.结果表明,两种分级方式获得的不同分子量DOM含有相同的荧光峰,腐殖酸类物质是EfOM与SWR-NOM含有的主要荧光类有机质（FDOM）,占FDOM的56%~91%.同种DOM不同分子量组分中FDOM组成相对含量一致.采用超滤离心管分级得到的DOM在不同分子量区间内SUVA₂₅₄和E2/E3的差异较大,而采用超滤杯分级时差异变化较小.对于发光细菌急性毒性,在同一分子量区间内,采用超滤杯分级获得的DOM组分检测到的发光细菌毒性值大于采用超滤离心管分级检测到的结果,但采用超滤杯分级时<1kDa组分的急性毒性效应值低于检测限.利用浓度加和模型（CA）对DOM中各组分的联合作用方式进行判断,发现DOM混合物的联合毒性符合CA模型,预测联合毒性效应占检测到的实际水样毒性的67%~104%.     

城市间PM2.5源的碳成分谱比较

为了解我国不同城市PM_2.5源的碳成分谱特征和地域差异,采集沈阳市、十堰市和乌鲁木齐市的燃煤源、柴油车尾气源、汽油车尾气源和餐饮源样品,使用热光透射法分析PM_2.5中的总碳（TC）、有机碳（OC）和元素碳（EC）,以及细分的8种碳组分（OC1,OC2,OC3,OC4,EC1,EC2,EC3和OPC_T）,构建各类污染源碳成分谱.结果表明：3个城市4类源TC/PM_2.5从高到低分别为：餐饮源（65.1%±8.4%）、柴油车尾气源（46.2%±9.5%）、汽油车尾气源（37.7%±3.5%）和燃煤源（17.3%±8.0%）;OC/TC在餐饮源中最高（98.0%±0.5%）,EC/TC在柴油车尾气源中最高（38.6%±8.5%）.3个城市同类源的碳组分含量受污染源细分后的不同类型影响有一定差异,但归一化处理后总体仍表现为燃煤源中OC2（14%~30%）和OC3（13%~23%）含量最高,柴油车尾气源中EC2（22%~56%）含量最高,汽油车尾气源中OC2（24%~41%）、OC1（16%~42%）和OC3（12%~26%）含量最高,餐饮源中OC2（21%~43%）和OC3（23%~49%）含量最高.不同污染源的OC/EC值为燃煤源在0.4~7.6之间,柴油车尾气源在0.2~5.6之间,汽油车尾气源在1.1~38.5之间,餐饮源在6.4~170.2之间.分歧系数结果显示3个城市不同源的碳成分谱具有差异性,同类源的碳成分谱具有相似性.将3个城市同类源碳成分谱合并后利用化学质量平衡灵敏度矩阵得到OC2,OC3,OC4,EC1和OPC_T可共同作为燃煤源的标识组分;EC2是柴油车尾气源的标识组分;OC1,OC2和OC3可共同作为汽油车尾气源的标识组分;OC2和OC3可共同作为餐饮源的标识组分.沈阳市、十堰市和乌鲁木齐市相同污染源相似的碳成分谱和一致的标识碳组分可为国内其他城市相关研究提供数据参考.     

南漪湖上覆水溶解性有机质的光谱特征

为考察南漪湖上覆水中溶解性有机质(DOM)的光谱特征与来源,采用紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)与三维荧光光谱(EEMs)为工具,并结合平行因子分析(PARAFAC)、荧光区域积分分析(FRI)、相关性分析、主成分分析与聚类分析对DOM进行定性与定量分析.结果显示,UV-Vis参数a(440)、E₂/E₃、E₃/E₄、S_R表明DOM具有腐殖化特征与自生源特征,且E₂/E₃、E₃/E₄与a(440)呈显著正相关关系(P<0.01,P<0.05),S_R与a(440)无显著相关关系(P>0.05),说明腐殖酸浓度越高则DOM相对分子量越大,但无法依据腐殖酸浓度大小判断DOM来源.根据a(440)计算获得溶解性有机碳(DOC)平均浓度为26.79mg/L,且该湖泊出口附近DOC浓度为10.15mg/L.荧光指数(β:α、FI、BIX、HIX、Fn (280)、Fn (355))显示该湖泊DOM具有腐殖化程度较低及强自生源特征,类蛋白组分(Fn (280))相对浓度的空间分布上由西向东逐渐增大,而腐殖酸类组分(Fn (355))相对浓度峰值出现在入湖口与出湖口.通过PARAFAC解析出3种组分,分别为类富里酸(C1)、类色氨酸(C2)和类腐殖酸(C3),且C1、C2、C3含量分别占总组分强度21.96%、13.36%、84.21%.FRI法分析显示类蛋白物质所占比例之和(区域I+II)为49.65%,该结果说明水体已受到了人为因素影响.通过相关性分析结果显示,C1、C3与β:α、BIX呈显著负相关系(P<0.001),C2与β:α、BIX、Fn (355)呈正相关系(P<0.001).通过主成分分析与聚类分析,南漪湖上覆水中DOM在16个位点间呈现不同特征,但整体上水体中DOM来源受内源输入影响较为显著,应加强该湖泊内源释放污染物控制与管理.     

生物炭输入对城郊农业区农田地表反照率及土壤呼吸的影响

为了探究生物炭输入对地表反照率及土壤呼吸的影响,通过田间小区试验的方法,在不同生物炭用量[0（CK）、0.5 kg·（m²·a）^-1（BC0.5）、4.5 kg·（m²·a）^-1（BC4.5）]不同地表条件下[种植作物（以+表示）、裸地（以-表示）],对农田地表反照率、土壤温湿度、土壤CO₂排放通量、土壤有机碳组分等指标进行了测定分析.结果表明,在作物生长前期（玉米的苗期至拔节期、小麦苗期至越冬期）,BC4.5+、BC0.5+的地表反照率相较CK+处理均有显著下降（P<0.05）,小麦季最大降幅分别为23.7%、17.9%,玉米季最大降幅分别为44.5%、44.9%.随叶面积指数增加,地表反照率在3个处理间的差异随之逐渐消失,作物覆盖可有效缓解生物炭输入导致的地表反照率的降低效应;裸地条件下,生物炭处理的地表反照率较对照处理在全部的观测中均有显著下降（P<0.05）;生物炭在输入初期可显著增加土壤CO₂释放量（P<0.05）,但其增幅随时间逐渐减小,其中BC4.5+较CK+的增幅从276.7%逐步降低至36.1%,BC4.5-较CK-的增幅从163.5%明显减弱至39.8%.生物炭处理较对照处理增加的CO₂释放量主要来自生物炭-土壤共存体系中的易分解碳组分,其土壤CO₂释放通量与土壤水溶性有机碳含量呈显著相关（P<0.05）;生物炭输入导致的地表反照率变化未对土壤呼吸产生直接的影响,而且生物炭输入可降低土壤呼吸温度敏感性Q10值,表明生物炭具有一定的化学和生物学稳定性.