垃圾渗滤液中溶解性有机物组分的三维荧光特性

运用三维荧光光谱技术研究了垃圾渗滤液中六种DOM组分的荧光特性。结果表明:类富里酸、类色氨酸和腐殖酸类物质是垃圾渗滤液DOM的主要组成,其中大量紫外区类富里酸物质的存在,是导致其可生化性差的主要原因。HOA含有较多紫外区类富里酸和较少可见区类富里酸,HIA正好相反;HIN组分主要包括紫外区和可见区类富里酸;HOB、HIB和HIN三种组分在各区域荧光信号都较强,包括HON组分在内,这四种组分荧光峰位置主要集中在类腐殖酸、紫外区类富里酸及可见区类富里酸三个区域;但不同组分的荧光强度差别较大,HOB和HIB在紫外区类富里酸有较强荧光强度,HIN在紫外区类富里酸、可见区类富里酸区域均有较强荧光强度;与这三者相比,HON在各位置的荧光信号中等;而HOA和HIA的荧光强度相对较弱,说明有机酸类物质的荧光特性较差。     

环滇池土壤溶解性有机质(DOM)的光谱特征及来源分析

利用紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术,结合平行因子分析法,对环滇池地区土壤中溶解性有机质(dissolved organic matters, DOM)的结构特征和来源进行了研究。结果显示,所有样品的紫外-可见光谱曲线均呈现出相似的特征,吸收系数随着波长的增加而降低,并在250～280 nm波段存在一个明显的肩状吸收峰。柴河水库和滇池东部地区土壤DOM的芳香性(A₂₅₀/A₃₆₅)、分子量(S_R)、腐殖化程度(SUVA₂₅₄)和所含疏水组分(SUVA₂₆₀)均高于其他三个区域。三维荧光光谱显示,环滇池土壤DOM中含有紫外可见光区类富里酸峰、可见光区类富里酸峰和两种类腐殖酸峰。荧光指数(fluorescence index, FI)和自生源指标(autochthonous index, BIX)均表明该地区土壤DOM有着典型的陆源特征,且类蛋白成分生成量较少,生物可利用性较低。平行因子分析法(PARAFAC)将土壤DOM分成四个荧光组分,四个组分之间有着非常显著的相关性(p＜0.01),表示具有同源性。此外,类富里酸荧光组分对DOM的贡献率最大,说明土壤DOM中富里酸物质的含量相对较多。     

秸秆还田对旱田黄土可溶性有机质三维荧光光谱的影响

以西北旱田黄土为研究对象,分析玉米秸秆还田前后黄土可溶性有机质(DOM)的三维荧光光谱差异,探讨黄土腐殖化程度的变化情况及对Pb(Ⅱ)赋存形态的影响。实验结果表明：黄土DOM的荧光峰主要分布在λ_ex/em=240～270/280～340区域和λ_ex/em=325/450附近,分别归属为紫外区类富里酸以及可见光区类富里酸和腐殖酸类物质的荧光峰。秸秆还田60 d后,紫外区类富里酸荧光峰值增加,在λ_ex/em=250/440附近和λ_ex/em=320～350/350～400区域出现新的腐殖酸荧光峰。黄土腐殖化程度随秸秆还田时间的延长而增加,Pb(Ⅱ)的生物有效性随腐殖化程度的增加而降低。三维荧光光谱可以有效表征秸秆还田前后黄土DOM的变化特性。     

溶解有机质的三维荧光光谱特征研究

利用三维荧光光谱研究了河流、湖泊等不同来源溶解有机质(DOM)的荧光光谱特性。河流DOM的三维荧光光谱图中含有类富里酸荧光峰A和C以及类蛋白荧光峰B和D,一般而言,类富里酸荧光峰强度比较大,或者只有类富里酸荧光,但是受人类活动污染河流DOM的三维荧光光谱图中具有极强的类蛋白荧光。同样,红枫湖DOM可以由陆源输入,还可以由水体内微生物活动产生,具有4个荧光峰,受人类活动影响比较显著的百花湖DOM则表现出强的类蛋白荧光。贵阳市地下水中DOM含量相对较低,一般只含有类富里酸荧光峰,但是若受生产生活污水污染,也可检测出强的类蛋白荧光峰。考察DOM含量(以DOC表示)与类富里酸荧光强度(peak C)以及在254 nm处紫外吸收光谱强度的关系时发现它们都具有良好的线性相关关系(r2＝0.82和0.95),而紫外区类富里酸荧光与可见区类富里酸荧光之间也存在良好的线性相关关系(r2＝0.96)。此外,pH对DOM的三维荧光光谱具有显著影响,并且类富里酸荧光峰A和C的pH值效应基本一致,荧光强度最大值出现在pH 10左右,类蛋白荧光峰B的pH值效应与之略有区别,荧光强度最大值出现pH 8.5左右。     

不同浓度猪、奶牛粪水中温厌氧发酵沼液中DOM的光谱特征

养殖粪水中物质的组成变化决定其潜在的环境效应,溶解性有机质（DOM）是养殖粪水的重要组成部分。研究对总固体浓度（TS）分别为4%和8%的猪、奶牛粪水进行批次中温厌氧发酵试验,分析了猪粪和奶牛粪沼液中DOM的含量变化,并结合三维荧光光谱（3DEEM）和平行因子分析法（PARAFAC）,解析沼液DOM的荧光光谱特性及组分变化特征。结果表明,中温厌氧发酵结束后,沼液中DOM含量均极显著（p＜0.001）降低。沼液DOM主要包含类酪氨酸、类富里酸、类色氨酸和类胡敏酸4种荧光组分,其中类胡敏酸的相对含量均显著（p＜0.05）增加,但类富里酸的相对含量仅在TS为8%的处理中增加,而在TS为4%的处理中降低。沼液DOM的腐殖化指数均极显著（p＜0.01）增加,但猪粪沼液DOM的腐殖化程度明显高于奶牛粪沼液。研究结果为畜禽粪便沼液农田利用的潜在环境效应评价提供理论支撑。     

交替冻融对黑土可溶性有机质荧光特征的影响

土壤可溶性有机质(DOM)是土壤有机质研究中最有意义的量化指标,交替冻融作用能够影响土壤DOM的荧光特征.文章利用三维荧光分析交替冻融对黑土DOM光谱特征的影响,并基于光谱特征的改变,评价交替冻融对黑土活性腐殖质和腐殖程度的影响.研究表明,与未冻融样品相比,冻融样品DOM的紫外区类富里酸荧光峰发生红移,说明土壤中有机物分子芳香化程度增高,腐殖程度上升;部分冻融样品产生了类蛋白荧光峰,说明冻融过程中微生物降解活动增强;冻融样品的活性腐殖质含量和腐殖程度均较未冻融高,说明交替冻融作用增加了土壤肥力;紫外区类富里酸荧光峰值与可见区类富里酸荧光峰值的比值(r(a,c))与活性腐殖质含量之间、r(a,c)与腐殖程度之间,都存在显著的正相关关系(相关系数分别为0.88,0.77),说明r(a,c)可以评价黑土冻融后土壤活性腐殖质含量和腐殖程度的变化.     

洱海上覆水DOM荧光特征及对富营养化的指示意义

湖泊溶解性有机物（DOM）组成特征对水质具有重要的影响,研究上覆水DOM组成特征对指示湖泊富营养化现状具有重要意义。采用荧光光谱区域体积积分分析法（FRI）定量分析洱海上覆水DOM组分时空变化,以及DOM组分与水质因子间的关系,对比分析不同来源入湖水体、不同富营养化程度高原湖泊上覆水DOM组分荧光特征。结果表明,洱海上覆水体DOM主要以类腐殖酸为主,其次为类富里酸,洱海DOM总量及类腐殖酸组分中部较高,色氨酸和络氨酸等类蛋白质DOM南部较高,类富里酸DOM北部较高。藻华易发期（10月）类蛋白质和类富里酸DOM较低,类腐殖酸DOM显著增加,DOM生物源降低,DOM生物活性降低。洱海沉积物内源释放和入湖河流主要影响上覆水中类腐殖酸DOM,湿沉降主要增加类蛋白质DOM。在湖泊贫营养阶段类富里酸DOM对水质影响较大,在富营养阶段类腐殖酸DOM对水质影响较大。随着湖泊富营养化程度的加剧,上覆水类蛋白质和类富里酸DOM所占比例呈下降趋势,微生物降解产物和类腐殖酸DOM所占比例呈增加趋势。DOM荧光组分占比变化对湖泊富营养化具有指示作用。     

镜泊湖水体水溶性有机物荧光特性研究

通过黑龙江省区域镜泊湖水体6个点位样品采集(样品号J1-J6),利用荧光检测技术,结合三维荧光光谱区域积分(FIR),研究了水溶性有机物(DOM)的荧光特性。传统荧光光谱显示J4和J5 DOM分子缩合度较高;三维荧光光谱显示J6点位DOM中类蛋白特征峰最为显著;对所有点位DOM的三维荧光光谱5个区域积分(A_Ⅰ,A_Ⅱ,A_Ⅳ：类蛋白区域;A_Ⅲ：类富里酸区域：A_Ⅴ：类胡敏酸区域)显示：所有点位DOM区域积分中A_Ⅴ区域占有比例最大,并且以J4和J5点位最高,J6点位最低。通过对腐殖酸区域(A_Ⅲ和A_Ⅴ积分比例之和)与类蛋白区域(A_Ⅰ,A_Ⅱ,A_Ⅳ积分比例之和)积分比值表明,J4(4.94)和J5(5.18)点位比值相近;J1(3.52)和J2(3.66)点位比值接近;最小值为J6点位(2.11)。综合以上分析证实,镜泊湖水体各点位DOM腐殖化程度为：J4,J5>J1,J2>J3>J6点位。     

重庆主城区两江溶解有机质的荧光光谱特征

应用荧光发射、三维荧光光谱(EEM)技术研究了重庆主城区长江、嘉陵江水体中溶解有机质(DOM)的荧光光谱特征在2008年4～8月的变化规律,以"5·12"汶川地震及唐家山堰塞湖事件与7和8月丰水期为出发点,结合两江各采样段面的pH,DO,DOC,TOC与EEM指纹特征、荧光指数(f_(450/500))等参数,探讨了两江DOM的组成、分布及其变化规律,着重阐述了EEM中类腐殖酸、类富里酸和类蛋白质3类荧光峰的环境生态行为特征及其影响。实验结果显示两江水体中DOM以类富里酸和类腐殖酸为主,嘉陵江类蛋白质较强,两江水体汇合后,各荧光峰都有所减弱;5月、6月和丰水期两江DOM的类蛋白显著增强,多为陆源所致,丰水期两江各荧光峰在汇合后明显降低。     

小麦秸秆堆肥水溶性有机物的结构和组成演变

堆肥是小麦秸秆资源化利用重要的途径之一,然而目前关于秸秆单一物料堆肥的研究较少。水溶性有机物（DOM）被普遍认为是堆肥中最活跃的有机组分,因此探讨DOM的演变特征可有效评价秸秆的腐熟过程。以小麦秸秆好氧堆肥过程中的DOM为研究对象,利用总有机碳、紫外-可见光光谱（UV-Vis）、三维荧光光谱（EEM）结合平行因子（PARAFAC）分析方法,阐明小麦秸秆堆肥过程中DOM的含量、结构和组成的演变特征。结果表明：堆肥过程中DOM的有机碳含量降低了23%,说明DOM是堆肥中活跃的有机质组分。值得注意的是,堆肥前期DOM微生物降解最为剧烈。UV-Vis谱图显示DOM光谱随堆肥进行不断降低,表明堆肥过程芳香族物质不断降解。EEM光谱显示出显著的荧光峰演变趋势,由堆肥前期较强的类蛋白荧光峰（D,E）演变为堆肥后期较强的类腐殖质荧光峰（H）,表明堆肥过程DOM的物质组成发生改变。通过光谱参数SUVA₂₅₄和HIX的观测,发现随着堆肥进行,DOM的芳香度和腐殖化程度呈现动态变化,整体呈增强趋势。由此可推测堆肥过程DOM降解的成分主要为非腐殖质,而腐殖质类物质的相对含量则不断提升、整体芳构化和腐殖化程度增加。EEM-PARAFAC进一步定量分析了DOM组分的演变特征。随着堆肥的进行,DOM中的类蛋白物质（C3）相对含量显著降低（~46%）,而类富里酸（C1）和类腐殖酸（C2）物质相对含量分别提高了45%和80%。DOM中的组成由堆肥初期的C1∶C2∶C3=41∶17∶42演变成堆肥后期的53∶27∶20。结果揭示出堆肥过程中类蛋白物质发生显著的降解,而类腐殖质则由于分子聚合生成作用和微生物降解速率较慢等因素逐渐演变成堆肥DOM的主要组分。相关性分析结果显示HIX与C1和C2均呈现极显著正相关（r=0.806~0.853）,表明腐殖化指数(HIX)可有效指示DOM的腐殖质物质组成。本研究结果可为进一步优化小麦秸秆堆肥条件,改善秸秆有机肥质量提供科学依据。     

三维荧光光谱-平行因子法解析再生水补给人工湿地DOM的光谱特征

采用三维荧光光谱技术和平行因子分析,对北方某潜流-表流复合人工湿地水体中溶解性有机质（DOM）的光谱特征、演变过程及其来源进行研究,以期为深入理解人工湿地的作用机理和污染物溯源提供科学依据。结果表明,人工湿地中各阶段的出水呈现相似的三维荧光特性,均出现明显的类腐殖质尖峰和类蛋白峰,但强度有所不同。混凝沉淀对类蛋白和类腐殖质两种DOM的荧光强度均有一定的削减作用;潜流湿地出水的荧光图谱显示,微生物代谢副产物和类色氨酸等类蛋白峰强度明显降低,而类腐殖质峰强度无明显变化,这表明潜流湿地对再生水中的类蛋白物质具有明显的降解作用,而对类腐殖质物质降解效果较弱;相反,在表流湿地出水的荧光图谱中发现类蛋白峰和类腐殖质峰的强度均削弱,而且在表流湿地下游3 km处的强度达到最低。这一趋势归因于潜流湿地中滤料表面生物膜对DOM的生物降解以及表流湿地内部活跃的微生物活动和水生植物的根系对DOM的吸附作用。平行因子分析结果显示,该湿地水体DOM中包含5个荧光组分,分别为类富里酸组分C1（240, 330/430 nm）、微生物活动相关的类腐殖质组分C2（285, 330/380 nm）、类色氨酸C3（230/350 nm）、微生物代谢副产物C4（280/320 nm）和陆源类腐殖质C5（270, 380/470 nm）。采用多种荧光光谱指数对湿地中DOM的来源进行解析,荧光指数和自生源指数均表明该湿地中DOM的来源以生物代谢输入为主,而陆源输入的影响较小;腐殖化因子则表明该湿地存在弱腐殖化的特征且生物来源占主导地位。斯皮尔曼相关性分析表明5个荧光组分具有同源性,而且与水中氮元素的迁移转化密切相关。     

武汉市不同类型天然水体中溶解性有机质的三维荧光光谱特征

基于三维荧光光谱（3D-EEM）技术,结合荧光区域积分法（FRI）和荧光特征参数,研究了武汉市4种不同类型（河流、湖泊、水源水、雨水）的天然水体中溶解性有机质（DOM）的三维荧光光谱特征,并和近十年武汉东湖相关的研究数据进行了比对。结果表明,5种荧光组分均有检出,分别为类酪氨酸荧光组分（C1）、类色氨酸荧光组分（C2）、类富里酸荧光组分（C3）、溶解性的微生物代谢物类荧光组分（C4）和类腐殖酸荧光组分（C5）。从荧光特征上来看,水质较差、存在轻中度富营养化、受污染较重的湖泊类水样中C1、C2和C3组分的荧光强度最高,相对较清洁的水源水、雨水与作为对照的自来水中DOM的荧光组分相似,仅C5组分存在差异;从DOM的来源上看,武汉市内不同类型天然水体中DOM具有显著的陆源（陆生植物和土壤有机质等）为主、内源（微生物、藻类等）为辅的混合输入特征;河流、湖泊、雨水和水源水中DOM的陆源组分占比均值分别为46.2%,56.4%,54.2%和51.6%,内源组分占比均值分别为12.3%,10.1%,10.4%和9.7%。相关性分析表明,C1,C2和C3组分之间具有显著的相关性（R2>0.98）,主要来自陆地来源,具有同源性;C4、C5组分分别和总磷（TP）、总有机碳（TOC）之间具有较强的正相关性（R2>0.73）。与历史数据进行对比分析发现,近10年武汉东湖湖水中DOM的陆源组分（类酪氨酸、类色氨酸、类富里酸）呈逐步上升的趋势,但是在2020年东湖湖水DOM组分的陆源组分骤降,类腐殖酸和微生物代谢组分明显上升。     

PARAFAC解析北方典型蔬菜大棚土壤DOM三维荧光光谱

DOM是土壤中一种活跃的组分,研究其组成、分布和腐殖化特点对揭示土壤地球化学环境行为特征具有重要意义。蔬菜大棚作为一种特殊的土地利用类型,受人类活动影响较为强烈,长期人类活动的作用会影响其土壤中DOM构成和土壤腐殖化过程的空间分布。但关于蔬菜大棚土壤DOM特征的研究鲜见报道。基于此,利用三维荧光图谱技术,结合PARAFAC模型,解析具有长期种植年限的北方典型蔬菜种植基地土壤DOM的特征。结果显示,蔬菜大棚土壤DOM主要由类富里酸(C1)、类胡敏酸(C2)和类蛋白 (C3)物质组成,以C1组分为主。空间分布特征显示：在垂直方向上,随着剖面深度的增加,C1和C2组分都明显减少,而C3组分先增后减,DOM的腐殖化程度从0～20到30～40 cm明显降低,到40～50 cm又有所增加;在水平方向上,C2组分的含量在每层的空间变异均较大,C1组分在每层的空间变化均较小,C3组分介于上述二者之间,土壤的腐殖化指数在每层的空间变异均较大。上述结果表明,蔬菜大棚土壤的腐殖化进程在表层较快,此外,腐殖化进程具有较大的空间变异特性。本研究的意义在于：(1)通过三维荧光光谱揭示了了北方蔬菜大棚土壤DOM的组成及其空间异质性特点;(2)将PARAFAC模型用于土壤DOM的分析中,并成功对其DOM的组分特征进行定量表征,对土壤DOM的研究提供了新的思路。     

垃圾渗滤液水溶性有机物荧光谱特性研究

选取不同填埋年限的垃圾渗滤液样品,利用荧光检测技术,分析了渗滤液水溶性有机物(DOM)组成变化。DOM荧光同步扫描光谱表明,在填埋的0～5年,结构简单的化合物在较短波长(335,385 nm)的特征峰荧光强度急剧降低,而在5～10年的降低幅度较小。DOM三维荧光光谱显示,填埋0年,垃圾渗滤液DOM产生2个类蛋白荧光峰(Ex/Em = 270 nm/355.5 nm和Ex/Em=220 nm/350 nm);而填埋5年后,类蛋白荧光峰消失,形成2个分子结构复杂的类富里酸荧光峰(Ex/Em=330 nm/412.5 nm和Ex/Em=250 nm/416.5 nm),表明DOM分子中简单化合物减少,缩合度高的化合物增加。而后随着填埋时间的推移,DOM成分相对稳定,以富里酸类物质为主,但其数量及芳构化程度则呈增加的趋势。以上结果证实,随着填埋年限的增加,DOM分子呈复杂化趋势。     

超滤/纳滤双膜工艺处理苦咸水过程中DOM三维荧光特征分析

为探明“超滤-纳滤”双膜深度处理工艺处理苦咸水过程中DOM组分三维荧光特征的变化规律,采用三维荧光光谱研究了双膜工艺净水过程中DOM组分变化,发现原水中主要含有两个强度较高的尖峰和两个强度较低的尖峰,随着净水的流程,水样中的荧光峰值逐渐减弱。采用平行因子分析的方法对净水过程中的水样进行了定量分析,在对各水样进行三线性分解的过程中发现水样中主要含有以高激发光类色氨酸和低激发光类色氨酸为代表的类蛋白物质,以紫外类富里酸和可见类富里酸为代表的类富里酸两类因子,并通过水样中各因子的最大荧光峰强度的变化分析了DOM组分的变化规律,其中原水的类蛋白物质因子和类富里酸因子的荧光峰强度分别为0.351 08和0.175 55,类蛋白物质荧光峰的荧光强度大于类富里酸荧光峰,说明原水受到了一定程度外源有机物的污染。在经过水厂原有“混凝-沉淀-过滤”的工艺处理后,DOM的去除效果不佳,类蛋白物质在经过常规工艺处理后仅下降了22.27%,而对于类富里酸具有一定的去除效果,下降了47.57%。“混凝-沉淀-过滤”的常规工艺中未完全去除的DOM将进入“超滤-纳滤”双膜法净水工艺,双膜法工艺中超滤单元对DOM没有很好的去除效果,主要起预处理作用,保障进入纳滤单元的水质;对DOM去除起主要作用的是纳滤单元,经纳滤单元处理后,水中DOM大幅下降,两类因子的荧光峰强度分别为0.013 67和0.002 56,与原水相比,类蛋白物质下降了96.11%,类富里酸物质下降了98.54%。因此,在使用“超滤-纳滤”双膜法工艺处理苦咸水的过程中,应该注意在前处理中选用合适的预氧化处理以加强常规工艺对DOM的去除,在保证除盐效果良好的情况下以减轻DOM对膜污染的影响,本研究将为双膜法的推广应用及其膜污染的控制提供进一步理论基础和科学依据。     

不同辅料与生物沥浸深度脱水污泥混合堆肥中溶解性有机质的光谱特征研究

生物沥浸深度脱水污泥为主料,四种农林有机废物为辅料,设4个处理组（T1：污泥+甘蔗渣、T2：污泥+秸秆、T3：污泥+米糠、T4：污泥+木屑）进行混合堆肥,采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEM),研究不同辅料堆肥过程中溶解性有机质（DOM）结构特征和组分含量的演化规律。UV-Vis结果显示,四个处理组在堆肥过程中DOM的芳香度和不饱和度皆有所增加,其中T3处理组的增加幅度最大。四个处理组的紫外参数SUVA₂₅₄和SUVA₂₈₀均呈现递增趋势,其中T3处理组的变化幅度高于其他三个处理组,表明芳构化程度加深,DOM分子量逐渐加大;E₂₅₃/E₂₀₃和E₂₅₃/E₂₂₀在堆肥结束时显著增加,表明DOM中苯环上的脂肪链发生氧化分解,转化为羧基羰基等官能团,A_226～400随堆肥进行增加而E₂₅₀/E₃₆₅减小,表明共轭程度增加。FTIR结果表明堆肥过程中多糖类、脂肪族类物质含量在减少,包括带有苯环的芳香族等不饱和有机物在增加,其中T4处理组的转化程度优于其他三个处理组。发射荧光光谱显示荧光峰位置由334 nm红移至422 nm附近,说明共轭程度低的物质不断降解,芳香基团不断缩合,生成结构复杂的类腐殖质物质。同步荧光光谱中代表类蛋白物质的荧光峰随堆肥时间由强变弱,代表腐殖质的荧光峰由弱变强,A_250～308值降低,A_308～360和A_363～500值上升,说明了类蛋白质物质在不断降解而类胡敏酸物质和类富里酸物质含量在上升。结合平行因子（PARAFAC）模型分析四个处理组的三维荧光光谱,将DOM解析为三类荧光组分,根据每个组分所在的激发、发射波长位置分析判断,三类组分分别是类富里酸物质,类胡敏酸物质和类色氨酸物质,且C1（类富里酸物质）和C2（类胡敏酸物质）组分所占百分比呈现增加趋势,C3（类色氨酸物质）组分所占百分比呈现减少趋势,表明类蛋白物质减少而类腐殖质物质增加,其中T3和T4处理组的腐殖化程度较好。综合分析,米糠和木屑作为辅料时堆肥腐熟度更好。