城市不同类型水体有色可溶性有机物来源组成特征

过去几十年里,我国飞速的工业活动和城市化进程对城市地表水体生态系统产生巨大影响,地表水体水质变化直接影响城市居民用水安全、城市景观维护及城市热点区域碳循环过程.通过2020年6月采集长春市各类水体（城市河流、公园湖泊及水库）共50个样品,结合光谱吸收及三维荧光光谱-平行因子分析法（EEMs-PARAFAC）分析了各类水体的有色可溶性有机物（CDOM）光学特性、组成特征及潜在来源.结果表明,长春市城市河流DOC浓度显著高于水库水体（t-test,P<0.05）.城市河流水体的CDOM吸收系数a₂₅₄均值显著大于公园湖泊和水库（t-test,P<0.05）,表明城市河流水体中CDOM浓度最高.CDOM光谱吸收斜率S_275-295与光谱吸收斜率比S_R均值均表现为公园湖泊>水库>城市河流（t-test,P<0.001）.平行因子分析法解析三维荧光光谱得到3个荧光组分,陆源类腐殖酸C1（E_x=260 nm,E_m=452 nm）、微生物作用类腐殖酸C2（E_x=245/290 nm,E_m=388 nm）和类色氨酸C3（E_x=275 nm,E_m=340 nm）.城市河流水体各组分荧光强度均值均显著高于公园湖泊与水库（t-test,P<0.005）,水库水体陆源类腐殖酸C1荧光强度均值显著高于微生物作用类腐殖酸C2和类色氨酸C3（t-test,P<0.005）,城市居民生活污水排放对长春市城市水体,尤其是城市河道中有机碳贡献较大,且该部分有机质中微生物降解潜力强的类蛋白组分贡献率高.因此,应加强城市污水排放管控以有效保障长春市城市水体经济、环境与生态功能的发挥.     

Photodegradation of chromophoric dissolved organic matters in the water of Lake Dianchi,China

Water samples were taken from Lake Dianchi, on the Yungui Plateau of southwest China, and experiments were conducted to simulate the photochemical degradation characteristic of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in the lake water. Three groups of experiments under different light conditions: ultraviolet (UV) light, visible light, and dark, were done and variations of fluorescence properties, UV absorbance, and dissolved organic carbon (DOC) concentrations during the experiments were analyzed to study the photodegradation process of CDOM with time. The result showed that light irradiation led to significant photochemical degradation of CDOM, resulting in changes in florescent properties, absorbance losses, decreases in aromaticity and average molecular weight, as well as decline in DOC concentration in the water. It was also observed that UV irradiation had greater effect than visible light did. However, various fluorophores had different sensitivities to the same irradiation condition, that is, protein-like fluorophore at the low excitation wavelengths is more sensitive to UV irradiation than the other fluorophores, and is more readily to undergo photo-degradation. In addition, visible light irradiation did not have significant impact on DOC in the water, with DOC concentration decrease by 5.57% –59.9% during the experiment time. These results may provide new knowledge on the environment behavior of CDOM in the water of Lake Dianchi.     

黄河兰州段水体中有色溶解性有机质组成、空间分布特征及来源分析

利用紫外-可见吸收光谱、激发发射矩阵荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC),分析黄河兰州段水体有色溶解有机质(CDOM)的组成、空间分布以及来源.结果表明,黄河兰州段水体CDOM可能是由芳香性结构的小分子组成,解析出的4个组分中,类蛋白质(1个组分)含量最多,占总荧光强度的51.06%,类腐殖质(2个组分)次之,占36.74%,非类腐殖质(1个组分)最少,占12.20%,类蛋白质组分和类腐殖质组分来源不同.CDOM属于"类蛋白质-类腐殖质"复合主导型,以生物来源的类蛋白质为主.从上游到下游河段,CDOM的空间分布格局大体有一个先降低再升高再降低的过程,其趋势主要受到类蛋白质含量变化的影响.类蛋白质的含量受到了居民/商业污水排放、河岸及水上餐饮、娱乐设施、船舶运输以及少量工业企业废水排放等各种高强度人为活动干扰.黄河流经兰州市受到了一定的内源污染,建议对黄河兰州段水体进行内源污染的控制.     

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.     

秦岭北麓河流夏季有色溶解有机物分布特征及影响因素

以秦岭北麓辋川河水体为研究对象,利用紫外可见吸收光谱、荧光光谱结合平行因子分析法解析了夏季辋川河水体有色溶解性有机质(CDOM)的组成结构,并探讨了水体有色溶解性有机质的来源,运用冗余分析法和Pearson相关性分析阐明了光学参数与水质参数的相关性.结果表明,①辋川河水体CDOM由类色氨酸组分C1(245, 300/335 nm)、短波类腐殖质组分C2(240, 320～340/405 nm)和长波类腐殖质组分C3(270, 350～370/470 nm)组成,其中组分C1与C2具有一定的同源性(r=0.859,P0.001).②CDOM吸收系数α(355)表明辋川河水体CDOM浓度处于较低水平,并且α(355)与DOC浓度相关性显著(r=0.850,P0.001),这有利于建立DOC反演模型.③水体荧光指数FI(2.36±0.20)、HIX(3.66±2.47)、BIX(1.56±0.82)和新鲜度指数(β:α)(1.33±0.62),以及光谱斜率比S_R(0.76±0.25)表明,辋川河水体CDOM呈现强自生源、低腐殖化和非陆源的特征.④冗余分析结果表明类腐殖质组分(C2、C3)受藻类代谢和微生物作用影响,而类色氨酸组分(C1)与陆源输入有关,类色氨酸组分C1与DTN呈负相关关系,类腐殖质组分C2和C3与TP、DTP和DOC呈现正相关关系.本文阐明了夏季秦岭北麓河流水体有色溶解有机质的特征及影响因素,为秦岭流域水体治理提供理论依据.     

太湖水华前表层水CDOM的光谱特征与来源解析

有色溶解性有机质（CDOM）是水生态系统中营养盐生物地球化学循环的重要环节,为探究太湖水华前表层水中CDOM的组分特征与来源,采用紫外-可见光谱与激发发射矩阵荧光光谱-平行因子分析（EEM-PARAFAC）技术对表层水中的CDOM组分进行了解析,结合CDOM光学参数（a₃₅₅、SUVA₂₅₄、a₂₅₀/a₃₆₅、FI、BIX和HIX）辨识其空间差异与污染来源,并与太湖CDOM组分历史数据进行了初步对比.结果表明,a₃₅₅、SUVA₂₅₄和a₂₅₀/a₃₆₅显示太湖东部表层水CDOM呈现高浓度、高芳香性和低相对分子量的特征,而北部与之相反.平行因子分析法从CDOM中分离出4个组分,类酪氨酸（C1）、两种类色氨酸（C2、C4）和类富里酸（C3）,且主要组分C1与C2和C3组分具有较强的线性关系,不同组分来自相似污染源,荧光指数显示,太湖CDOM不同区域间受内源与陆源输入影响存在差异,但整体腐殖化程度较低.这表明太湖CDOM组分以类蛋白（C1、C2和C4）为主（>85%）且以自生源为主,可生化利用性好.     

Seasonal variability in CDOM absorption and fluorescence properties in the Barataria Basin, Louisiana, USA

Absorption and fluorescence properties of chromophoric dissolved organic matter(CDOM) along a 124 km transect in the Barataria Basin,a large estuary located in Louisiana,USA,were investigated during high and low flow periods of the Mississippi River in the spring and winter of 2008-2009. Mean CDOM absorption at 355 nm from the marine to the freshwater end member stations ranged from(3.25 ± 0.56) to(20.76 ± 2.43) m-1 for the three month high flow period whereas it varied from(1.48 ± 1.08) to(25.45 ± 7.03) m-1 for the same stations during low flow period. Corresponding salinity values at these stations indicated the influence of river and shelf exchanges in the lower basin and precipitation and runofl in the upper basin. An inverse relationship of CDOM absorbance and fluorescence with salinity observed in the basin could be a useful indicator of salinity. CDOM fluorescence also varied over a large range showing an approximately 8 to 12-fold increase between the marine and freshwater end members for the two flow seasons. Excitation-emission matrix spectral plots indicated the presence of various fluorescence components with highest being the A-peak,lowest the T-peak,and the C and M-peaks showing similar trends along the transect. During low flow season the A/C ratio were well correlated with station locations indicating increased terrestrial influence towards the upper basin. CDOM absorption and fluorescence at 355 nm were highly correlated and independent of CDOM sources suggesting that fluorescence could be used to characterize CDOM in the basin.     

天然日光辐照下河口区CDOM的光化学降解

2005年5月初和5月末,对经0.2μm滤膜过滤的九龙江口低盐度水样进行了2次每天6h、为期1周的天然日光辐照实验,研究有色溶解有机物(CDOM)的荧光与吸收性质的光化学降解特征.结果表明, CDOM的类腐殖质荧光(λEx/λEm = 350/450nm)、类色氨酸荧光(λEx/λEm = 225/350nm)以及吸收系数在初夏短期日光辐照下均发生明显的光化学降解,其降解过程符合一级动力学方程,相应计算出类腐殖质和类色氨酸荧光以及吸收系数a(280)的半衰期分别为3.5～5.1 d、3.0～4.5 d及6.3 d.吸收损失光谱研究表明,对CDOM光降解起主要作用的是太阳辐射的紫外波段.照射42h后,类腐殖质荧光的损失(70%)远高于吸收系数a(280)的损失(约40%),表明CDOM荧光团比发色团更易被光漂白,但两者之间仍保持良好的正相关性.与对照组相比, CDOM经日光辐照后其A250/A350比值增大,表明光化学降解可使其平均分子粒径变小.结果表明, CDOM在入海后可通过光降解作用在近海海域发生转化及清除,光降解是陆源 CDOM 入海后的一个重要归宿.     

太湖、巢湖水体CDOM吸收特性和组成的异同

2009年4、6月,分别对太湖、巢湖进行了野外试验.利用光谱微分技术分析了2个湖泊CDOM吸收光谱的变化特征,根据吸收系数的光谱微分特征,对240～450nm的吸收系数进行分段,分别对每一段计算光谱斜率S值.在A段,巢湖、太湖CDOM的S值分别在:0.0166～0.0102nm-1[平均值(0.0132±0.0017)nm-1]和0.029～0.017nm-1[平均值(0.0214±0.0024)nm-1]之间,在B段,其S值分别在:0.0187～0.0148nm-1[平均值(0.0169±0.001)nm-1]和0.0179～0.0055nm-1[平均值(0.0148±0.002)nm-1]之间,在C段,其S值分别在:0.0208～0.0164nm-1[平均值(0.0186±0.0009)nm-1]和0.0253～0.0161nm-1[平均值(0.0197±0.002)nm-1]之间.结果表明:①太湖水体的吸收系数及对各组分吸收的贡献要小于巢湖水体的,标准化吸收系数要大于巢湖水体的.②不管是太湖还是巢湖,CDOM的吸收系数的微分光谱在260nm左右为谷值,在290nm左右为峰值,CDOM吸收系数可以分成(A、B、C)3段.③太湖水体中CDOM腐殖酸的相对含量整体要低于巢湖水体的.④S值反映CDOM组成的敏感性,与CDOM的组成有关,当CDOM中腐殖酸相对含量较高时,敏感性最强的是B段的S值,其次是C段的;反之,敏感性最高的是C段的,其次是A段的,最弱的是B段的.     

千岛湖有色可溶性有机物光谱学特征及环境指示意义

有色可溶性有机物的光谱学特征能在一定程度上揭示湖泊溶解性有机物来源及其迁移转化规律,探究其光谱学特征对水质保护具有重要的现实意义.本文基于2018年10月在国家级水源供给水库千岛湖布设的60个采样点进行样品采集,运用光谱吸收及三维荧光,结合平行因子分析等方法揭示该湖有色可溶性有机物的光谱特征及其在空间上的变化,进而揭示有机物来源和迁移转化规律,探讨荧光光谱在水质监测应用等方面的指示意义.三维荧光矩阵经平行因子分析解析获得4种荧光组分包括陆源类腐殖酸C1、类酪氨酸C2、类色氨酸C3及微生物作用的类腐殖质C4.类腐殖质组分C1和C4与溶解性有机碳、有色可溶性有机物特征波长吸收系数a(350)均呈现出由西北入湖河口至其它湖区递减的分布趋势,并且C1和C4与溶解性有机碳、a(350)具有很好的相关性与之印证,说明上游新安江输入是千岛湖有机物的主要来源,类腐殖酸是主要的荧光组分.两种类蛋白组分包括类酪氨酸C2和类色氨酸C3分布均具有高度的空间异质性,高值均集中分布在靠近淳安县的湖心区及大坝附近的东南湖区,且该两个组分与叶绿素a浓度无显著相关性.从上游新安江河口至下游大坝出水口方向类腐殖酸组分所占比重逐步减小,而类蛋白组分所占比重增大.结合对该湖周边城镇居民用地分析表明湖心区及东南湖区类蛋白组分一定程度上可能来源于淳安县居民区生活污水的排放;同时,来自上游的类腐殖酸不断稀释及光降解转化为类蛋白组分可能是荧光光谱组成空间变化的又一个原因.C1为主要的荧光信号并与溶解性有机碳、a(350)及叶绿素a浓度具有更好的线性拟合优度,说明陆源类腐殖酸C1相比于其他荧光组分对有机物反演更为准确灵敏.由此表明,千岛湖有色可溶性有机物荧光光谱对有机物来源和迁移转化规律及水质监测等方面具有重要的环境指示意义.