湿地植被叶面积指数对光化学指数和光能利用率关系的影响————基于实测数据和PROSPECT-SAIL模型

光化学指数PRI(Photochemical Reflectance Index)是估算光能利用率LUE(Light Use Efficiency)的一种快速监测的有效指标,分析各种因素对二者的影响是提高估算精度的前提.论文针对三种杭州湾典型湿地植物 [旱柳(Salix matsudana),柽柳(Tamarix chinensis)和芦苇(Phragm itescommunis)],实地观测了其光合作用及日变化,叶面积指数以及同步植被光谱.同时采用PROSPECT-SAIL模型模拟叶面积指数LAI(Leaf Area Index)从小到大变化时植被冠层反射率,分析LAI的变化对冠层PRI的影响.结果表明:1)三种植被在日变化上,芦苇,旱柳和柽柳的PRI和LUE的相关性较好,R²分别为0.581 6,0.524 6和0.514 6;而对同一种植被在不考虑时间变化的条件下,PRI和LUE的相关性会有所减弱,对于LAI较小的冠层,PRI不能精确反映LUE;2)当LAI < 5时,冠层下土壤背景对冠层PRI影响较大,在不同土壤背景下,土壤亮度低的对冠层PRI影响较小;3)当LAI > 5时,土壤背景对冠层PRI影响较小,冠层自身的LAI才是影响PRI和LUE相关性的决定因素.因此,PRI和LUE关系模型还需要进一步探索和完善,引入更精确的模型和参数,不断提高LUE估算的准确度.     

ASBR处理食品废水中DOM转化过程的荧光光谱

利用厌氧序批式反应器(ASBR)处理食品废水,结合三维荧光光谱技术考察不同反应时段废水中溶解性有机物(DOM)的光谱特征和物质来源,并建立DOM特征峰荧光强度与氨氮浓度的关系.工艺运行结果表明:食品废水经过ASBR处理后,进水的COD从1100mg/L降至91mg/L,COD去除率达到91.73%,说明ASBR反应器可有效降解食品废水中的有机物质.三维荧光光谱显示,5种物质的特征荧光峰,即高激发波长色氨酸(峰A)、低激发波长色氨酸(峰B)、可见光区富里酸(峰C)、紫外光区富里酸(峰D)、类腐殖酸(峰E).随着厌氧生物处理的进行,峰A、峰B和峰C的荧光强度表现为先增加后减少的趋势;峰D荧光强度表现为微弱增加趋势;峰E荧光强度为先减少后增加趋势.荧光光谱指数FI、HIX、BIX表明,废水具有明显生物源特征.建立高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸特征峰荧光强度与色氨酸荧光强度之和与氨氮浓度在反应周期内的相关性,其相关系数分别为0.8136、0.9390、0.9153,说明可通过三维荧光光谱技术快速监测食品废水厌氧生物处理过程中的氨氮浓度.     

Studies on reflective features of Norway spruce and their possible applications in remote sensing of forest damage∗

Reflective features of Norway spruce have been studied as a part of a multi‐level experiment in order to assess and to develop methods for early forecasting of forest damages by remote sensing. Discoloration and histological changes were investigated by high resolution reflectance spectroscopy and true‐color image interpretation of histological cuts, respectively. Major changes of reflectances were detected in the visible spectral range 480–680 nm depending on degree of tree's damages and/or needle discoloration. Related histological changes depending on degree of tree's damage were hypertrophy of chloroplasts, plasmolysis and partial loss of compartmentalization. Development and use of several highly sensitive channels with narrow bandwidths between 480 and 680 nm, e.g. 480, 550, 680, 760 nm, for early assessment of forest damages by remote sensing could be recommended.     

膜-生物反应器中溶解性有机物的三维荧光分析

采用三维荧光技术研究了膜-生物反应器(MBR)处理生活污水过程及膜污染物中溶解性有机物(DOM)的变化,并与传统的厌氧/缺氧/好氧(AAO)活性污泥工艺进行了对比.结果表明,生活污水DOM中主要的荧光物质有类蛋白质(荧光峰A和B)及类腐殖质(荧光峰C),经MBR处理后,荧光峰的强度降低了16%~35%,同时类蛋白质的结构也发生了变化.与好氧段滤液相比,溶解性膜污染物中类腐殖质含量较低,主要的荧光物质为分子量较小、共轭性较弱的类蛋白质.AAO工艺中厌氧段加强了对荧光峰A和C的去除,处理过程中类蛋白质结构的变化与MBR工艺有显著不同.     

牛粪堆肥过程中水溶性有机物演化的光谱学研究

采用紫外-可见吸收光谱、1H-核磁共振(NMR)和同步荧光光谱,研究了牛粪堆肥水溶性有机物(DOM)的结构特征及其演化规律.紫外-可见吸收光谱分析显示,SUVA254由堆肥起始的1.161上升至堆肥结束的2.543;E465/E665在整个堆肥过程中呈现上升趋势,变化范围在2.333~3.500;260~280,460~480,600~700nm范围内的面积积分A1、A2和A3均呈现出先增大后减小的趋势,峰值分别出现在26,14, 14d.1H-NMR分析显示,堆肥0d到堆肥41d,0.5~3.1δ面积积分所占比例从43.06%下降至8.63%,3.1~5.5δ从56.07%上升至89.68%,5.5~10δ不足总体的6%且变化趋势不明显.同步荧光光谱结果显示,经过41d 的堆肥,蛋白质类物质区积分面积比例(APLR)由0.331下降到0.252,而富里酸类物质区积分面积比例(AFLR)由0.325增加到0.336,同时胡敏酸类物质区积分面积比例(AHLR)由0.344增加到0.412;AFLR/APLR比与同步荧光光谱3个荧光峰峰高存在显著相关性,AHLR/AFLR与两个荧光峰光强的比值I351/I284和I382/I351存在显著相关性.上述结果表明,随着堆肥进行, DOM中的非腐殖质物质转化为类腐殖质,同时其芳香性结构增多,碳链结构发生氧化反应,分子量从小变大,堆肥腐殖化程度加大,稳定度增加.     

洱海沉积物不同分子量溶解性有机氮空间分布及光谱特征

利用超滤技术对洱海沉积物溶解性有机氮(DON)进行分子量分级,探究了DON各组分空间分布特征,并运用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱对其结构进行了表征.结果表明,洱海沉积物总DON含量ω(DON)为23.46—61.40 mg·kg-1,平均值为37.19 mg·kg-1,空间分布总体呈现南部>北部>中部的趋势;分子量大于1K Da的大分子组分ω(>1KDa)占ω(DON)的比例为79.1%—93.0%,即洱海沉积物DON是以大分子为主.沉积物DON各组分的芳香性及腐殖化程度较高,芳香环取代基中活性官能团种类较多,且南部芳香性及腐殖化程度最高,北部芳香环取代基种类最多;大分子组分DON含有类富里酸荧光物质,其来源于陆源输入和微生物降解共同作用.由此可见,洱海沉积物DON主要由大分子物质组成,其腐殖化程度较高且含类富里酸荧光物质,而此类DON对藻类的生物有效性较低,这可能是洱海沉积物氮含量较高而上覆水氮浓度较低的原因之一,即沉积物DON分子组成及其结构特征可在一定程度上作为湖泊营养水平的衡量指标.     

负载型三维粒子电极降解甲基橙模拟废水研究

采用负载型活性炭为填充电极的三维电极法处理甲基橙模拟废水,研究了不同粒子电极的处理效果,考察了影响模拟废水中色度与COD去除率的因素,探讨了甲基橙降解的反应动力学,并运用紫外-可见吸收光谱初步研究了甲基橙的降解机理.结果表明,负载锰的氧化物的粒子电极处理效果最好,降解3h后,色度与COD去除率分别达95%与80%;通过单因素实验确定的最佳实验条件:槽电压12V,初始pH值为3,辅助电解质浓度0.05mol/L.反应动力学分析显示,甲基橙降解反应表现为一级反应动力学.紫外-可见吸收光谱分析结果表明,以负载型活性炭为粒子电极的三维电极法对模拟废水中的色度与COD具有很好的降解效果.     

Three-dimensional fluorescence spectral characterization of soil dissolved organic matters in the fluctuating water-level zone of Kai County, Three Gorges Reservoir

Three-dimensional fluorescence spectroscopy was used to investigate the fluorescent properties of soil dissolved organic matter (DOM) in the water-level-fluctuation zone (WLFZ) of Kai County, Three Gorges Reservoir (TGR). Most of the soil DOM analyzed in this study was found to contain four fluorescence peaks. Peaks A and C represent humic-like fluorescence, whereas peaks B and D represent tryptophan-like fluorescence. Peaks E and F, which represent tyrosine-like fluorescence, only appeared in certain soils. Soil humus was the main source of DOM in soil, and higher concentration of soil DOM was found in the exposed soil than submerged soil. Compared to the peaks A and B, the fluorescence intensities of peaks C and D were strongly influenced by the fluctuating water level. Analysis of fluorescence intensities of different peaks in soil DOM showed that WLFZ soil was not contaminated significantly. Soil DOM contained at least two types of humic-like fluorescence groups and two types of protein-like fluorescence groups. The proportion of the content of peak A in soil organic matter was quite stable. The soil DOM in exposed soil had relatively high humification and aromaticity, and periodic submerging and exposure of soil had an impact on the humification of soil DOM.     

地下水中溶解性有机物的季节变化特征及成因

为阐明地下水中溶解性有机物(DOM)的分布特征与环境效应,联合三维荧光光谱、平行因子分析及主成分分析,研究了地下水中DOM的来源及随季节和空间变化特征,探究了地下水DOM组成对无机盐分布的影响.结果显示,地下水DOM主要来自微生物源,可鉴别出4种荧光组分,4种组分中,组分1和3为类蛋白组分,组分2和4属于类腐殖质组分.类蛋白组分来源差异较大,组成不稳定,其含量随季节变化明显,春冬季含量低而夏秋季含量高;类腐殖质组分来源相似,组成稳定,随季节变化小.两类荧光组分,尤其是类蛋白组分,是地下水氨氮的主要来源,可以影响地下水pH值.结果表明,三维荧光光谱结合平行因子和主成分分析,可以解析地下水中有机物的组成特征和季节变化规律.     

苯酚三维荧光光谱特征参数影响因素的研究

用三维荧光光谱法研究了不同离子浓度,pH值对苯酚荧光光谱特征参数的影响,并探讨了腐殖酸对苯酚的荧光猝灭效应.结果表明,天然水中9种常见离子Na+、Mg2+、Ca2+、K+、NH4+、Cl-、HCO3-、SO42-、HPO42-对苯酚的荧光光谱形状和荧光强度基本无影响;NO3-的存在会使苯酚的荧光强度发生变化,荧光强度随着NO3-浓度增大而减小.苯酚在酸性和碱性条件下的存在形式不同,致使pH值对其荧光光谱特征参数影响较大:在酸性条件下,荧光强度基本保持不变;在碱性条件下,由于羟基的电离使荧光强度很弱.腐殖酸的存在使苯酚发生荧光猝灭,采用Stern-Volmer方程修正式对实验猝灭结果进行拟合,得到的拟合结果较好,相关系数为0.9995.