筼筜湖CDOM的三维荧光光谱及其污染示踪研究

测定了2008年4～5月厦门筼筜湖52个CDOM样的三维荧光及吸收光谱,以探讨利用其光谱特征示踪高污染近海浅水湿地生物修复过程中有机污染程度的可行性。利用平行因子分析对三维荧光光谱进行解谱。结果表明,筼筜湖CDOM可识别出3类5个荧光组分,包括类腐殖质荧光组分C1(240,325/422 nm)和C5(260,380/474 nm)、类蛋白质荧光组分C2(225,275/350 nm)和C4(240,300/354 nm)以及有机污染组分C3(225/342 nm),其中C3可作为外来有机污染物输入的指纹特征。松柏湖干渠及污水处理厂排放口C3组分及DOC浓度很高,表明周边污水输入是筼筜湖有机污染的主要来源。类腐殖质荧光组分C1及吸收系数a(280)与COD之间、类蛋白质荧光组分C2与BOD₅之间均具有很好的线性相关关系,表明CDOM的光谱特性可很好地指示有机污染程度,对评价有机污染严重水域生物修复作用机理及效果有重要的参考价值。     

滇池水体有色溶解性有机质(CDOM)三维荧光光谱特征

利用平行因子分析法(PARAFAC)解析了滇池水样的三维荧光光谱,揭示了其有色溶解性有机质(CDOM)组分的分布特征,并利用主成分分析法对影响滇池水体的CDOM的主控因素以及其相对贡献进行了研究。结果表明,滇池水体CDOM可分为四个组分,分别为类腐殖质荧光组分C1(240,415),C3(265,525),C4(255,505)和类蛋白荧光组分C2(230/280,330);空间分布呈现北部和入湖河口处等污染较重的区域CDOM组分荧光强度最高,而其区域较低的趋势,且四个组分呈现正相关(p0.01),说明其来源相同。主成分分析表明,滇池水体CDOM四个组分均来源于陆源有机质(贡献率74.18%);同时,DTN,DTP,DON受四DOM组分的控制比较明显,显示出强烈的陆源性质。滇池水体CDOM组分可以与溶解性营养盐较好的多元非线性拟合,进而通过CDOM的三维荧光光谱研究,可以在一定程度上指示滇池水体富营养化水平。     

利用三维荧光光谱和吸收光谱研究雨水中CDOM的光学特性

利用荧光激发-发射矩阵光谱(excitation-emission matrix spectroscopy,EEMs)技术并结合吸收光谱初步研究了2007年厦门梅雨季节期间雨水中有色溶解有机物(CDOM)的光学特性.结果表明,雨水CDOM的吸收光谱随波长旱指数衰减,代表雨水CDOM相对含量的吸收系数α(300)范围在0.27～3.45 m-1,均值为1.08 m-1;且降雨初期CDOM含量高于降雨后期.这表明人类活动和当地的大气污染或空气质基对雨水中CDOM的贡献.雨水CDOM的EEMs光谱揭示出2类4个主要荧光峰(2个类腐殖质荧光A和C与2个类蛋白质荧光B和S)的存在.其中2个类腐殖质荧光A和c之间以及2个类蛋白质荧光B和S之间均存在一定的正相关性,说明其具有相同来源或存在某种内部联系.2个类腐殖质荧光与吸收系数α(300)之间的强正相关性,说明其控制吸收特性的基团可能与控制其荧光特性的基团具有相似性质.结果表明雨水CDOM高吸收和荧光特性在大气化学中的作用不容轻视,在受大气水体影响的太阳辐射的光谱衰减中可能起着潜在的重要作用.     

厦门港国际船舶压舱水交换的CDOM示踪研究

通过对2007年10月-2008年4月经停厦门港的不同航线9条国际船舶29个压舱水中有色溶解有机物(CDOM)的三维荧光光谱和吸收光谱分析,探讨了利用CDOM光谱参数检验进出我国港口的国际船舶是否进行了远洋压舱水交换(BWE)国际公约规定的可行性.利用平行因子分析(PARAFAC)对三维荧光光谱进行解潜,共鉴别出压舱水CDOM具有2个类腐殖质及2个类蛋白质荧光组分,其中长波类腐殖质组分C2(250,345/458 nm)可作为判断压舱水是否进行BWE的合适指标.压载舱中各荧光组分垂直分布基本均匀.利用C2组分结合吸收光谱斜率比值SR、盐度等指标.对七述船舶是否进行BWE作出了准确判断.研究结果表明,3类指标的综合应用将能更有效地对国际船舶是否进行BWE进行可靠的检验,对今后在厦门港乃至国内其他港口开展压舱水水源的快速检测提供了技术支撑.     

厦门湾有色溶解有机物光漂白的三维荧光光谱研究

利用荧光激发-发射矩阵光谱(excitation-emission matrix spectroscopy,EEMs)研究了厦门湾九龙江河口中、低盐度区表层水样中有色溶解有机物在秋季天然太阳辐照下的光化学漂白。结果表明,光漂白未引起水样中类腐殖质(C, A, M)和类蛋白质(T,B)荧光峰位置的移动。5个峰的荧光强度均随辐照时间的增加而减少,其中低盐度水样的降低幅度更大,并以指示陆源河流输入的特征荧光峰C的光漂白程度最大。根据漂白速率可将各荧光团区分出易漂白和难漂白两类组分。光漂白导致T、C峰及A、C峰之间的荧光强度比值增加,说明光漂白可引起海水中溶解有机物性质的明显改变,并且也是近海类蛋白质荧光相对类腐殖质荧光占优势的一个重要控制因素。研究结果对于探究陆源有机物在近海的转化及去除过程以及海洋光学有一定的参考价值。     

不同水文情形下巢湖有色可溶性有机物来源及分布特征

于2018年1月(枯水)、4月(平水)、7月(丰水)对巢湖开展野外观测,探讨不同水文条件下有色可溶性有机物(CDOM)的光谱组成结构及分布特征。结果表明丰水期巢湖溶解性有机碳(DOC)均值(3.90±0.40) mg·L-1与枯水期均值(3.89±0.19) mg·L-1无显著差异(t-test, p>0.05),丰水期S_275～295均值(21.48±1.56) μm-1显著大于枯水期均值(19.24±0.98) μm-1(t-test, p<0.001)。平行因子分析得到了4个荧光组分,分别为短波类腐殖质组分C1、类色氨酸组分C2、类酪氨酸组分C3和长波类腐殖质组分C4。TP,TN,Chl-a和DOC浓度与短波类腐殖质组分C1、长波类腐殖质组分C4都呈显著正相关(p<0.01);DOC与类色氨酸组分C2也存在一定正相关(p<0.05)。此外巢湖CDOM的组成与来源有明显的季节差异性,丰水期陆源类腐殖酸输入是巢湖西部湖区CDOM库主要贡献源;平水期湖泊藻类生物降解为重要贡献源。为有效保护巢湖水质,应对十五里河及南淝河流域实施一定的管控措施。     

水库型河流溶解有机物三维荧光光谱的平行因子分析

利用三维荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC)模型,研究了2008年6月水库型河流闽江中溶解有机物(DOM)的荧光组分特征及其分布变化,以探讨河流DOM的来源、动力学过程及主要控制因素。闽江DOM包括类腐殖质组分C1(<250,325/424nm)、C2(270,395/482nm)与类蛋白质组分C3(<250,280/358nm)等三种荧光组分,其中类腐殖质组分占绝对优势。利用荧光组分可对上游三条支流之间的混合进行灵敏的指纹示踪。闽江干流DOM荧光组分的含量基本一致,反映了大型水库修建对闽江有机碳循环尚未产生显著影响。利用相关和主成分分析揭示出闽江类腐殖质组分主要来源于流域土壤的冲刷,它与吸收系数a(355)之间的关系密切;而类蛋白质组分主要在水环境中产生,可用于示踪水体中总溶解氮(TDN)的变化。利用荧光组分的多元线性回归可有效地对溶解有机碳(DOC)的含量进行示踪,表明EEMs-PARAFAC是研究河流DOM动力学过程的重要手段。     

pH值对雨水中溶解有机物荧光光谱特征的影响

利用三维荧光光谱研究了pH值改变对雨水中溶解有机物(DOM)荧光组分及荧光指数的影响。2009年夏季在厦门湾采集了一个具有正常pH值的雨水样品,利用平行因子分析(PARAFAC)识别出雨水DOM具有6个荧光组分,包括4个类腐殖质(C1,C3,C4和C5)、1个类蛋白质(C2)以及1个未知组分(C6)。当pH值从初始的5.7增加到10.7,C1,C3和C5的荧光强度均呈增加趋势,而C4及C6的荧光强度则不断减小,导致类腐殖质组分所占比例不断增大;而当pH值减小、酸性增强时则呈相反的变化趋势,且未知组分C6所占比例占优势。类蛋白质组分C2的荧光强度及所占比例随pH变化基本保持不变。荧光指数(FI)、腐殖化指数(HIX)和自生源指标(BIX)也都受到pH值变化的影响。本研究表明,在雨水DOM光谱研究中,应同时测定、报道样品的pH值以便评估雨水荧光特性的"pH效应"。     

基于CDOM光学特性的近海环境富营养化监测

富营养化是河口港湾一个重要的生态环境问题。传统的富营养化监测与评价需要依靠费时费力的人工采样、实验室分析测定,周期较长,难以实现现场实时快速监测与评价。本文依据2009年2月、5月、8月和10～11月在厦门湾海域的有色溶解有机物(CDOM)与主要环境要素的调查资料,探讨了利用CDOM的光学性质反演COD,TN,TP等富营养化参数的可行性。结果表明：(1)厦门湾表层水体CDOM存在明显的空间和季节性变化,九龙江河口区的丰度最高;(2)陆源输入及浮游植物的现场生产是水体中CDOM的主要来源,因此可建立利用盐度和叶绿素a浓度估算厦门湾CDOM丰度的经验算法,该经验算法的相关系数达0.96,经验算法估算值与实测CDOM之间的相对误差为11.1%±0.71%,精度较高;(3)厦门湾各个季节COD,TN,TP与CDOM吸收系数、荧光组分之间有很好的相关性,总体表现春夏较高、秋季次之、冬季最差;(4)结合上述研究成果,利用厦门湾已建立的水质自动监测系统实时获取的盐度、叶绿素a以及经验公式推导出的CDOM荧光资料,有望克服COD,TN和TP等富营养化指标只能通过人工采样和实验室分析获取的缺点;实现对海域富营养化程度的快速监测与评价。     

河流输入对博斯腾湖溶解性有机物组成的时空影响

博斯腾湖是我国西北干旱区最大的内陆吞吐型淡水湖,近年来随着流域人类活动与污废水排放的增加,湖泊生态系统和周围居民的饮用水安全已经受到了严重影响,需重点关注河流输入对湖泊水质的影响。对夏秋两季的实测有色溶解有机物(CDOM)三维荧光光谱进行平行因子分析,解析出博斯腾湖CDOM三种组分：陆源类腐殖质组分C1、类酪氨酸组分C2和类色氨酸组分C3;同时,基于Pearson相关性分析了夏秋两季河流输入对博斯腾湖DOM的影响。结果表明,不同季节河流输入对博斯腾湖DOM的影响不同且与河流水质季节性变化直接相关。夏季开都河入湖水主要来自冬季积雪融水,携带大量陆源类腐殖质入湖,而秋季主要为冰川融水,随着入湖流量增加,携带陆源类腐殖质含量降低,整体表现为河口附近DOM浓度夏季高、秋季低。解析出的三种组分C1、 C2与C3在湖西部开都河和黄水沟入湖处含量较高,且三种组分受季节性的影响较为相似。同时对开都河河口附近采样点和其他区域采样点的DOM与电导率进行相关性分析,发现外部河流输入对博斯腾湖DOM的影响主要集中在河口附近,且河口附近区域DOC与CDOM关系显著,可以先遥感反演CDOM再估算DOM含量。研究不...     

Absorption and Fluorescence Properties of Chromophoric Dissolved Organic Matter Produced by AlgaeSCIEI北大核心CSCD

Four kinds of diatom (Chaetoceros curvisetus, Phaeodactylumtricornutum, Nitzschia closterium f. minutissima and Navicula halophile) and two kinds of dinoflagellates (Prorocentrum donghaiense and Gymnodinium) were cultured under laboratory conditions. Variations of optical properties of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) were studied with absorption and fluorescence excitation-emission matrix spectroscopy(EEM) during growth of marine microalgae in incubation experiment. Absorption spectrum revealed absorption coefficient a(355) (CDOM absorption coefficients at 355 nm) of 6 kinds of marine microalgae above increased by 64.8%, 242.3%, 535.1%, 903.2%, 836% and 196.4%, respectively. Simultaneously, the absorption spectral slope(Sg), determined between 270 and 350 rim, representing the size of molecular weight of CDOM and humic-like composition, decreased by 8.7%, 34.6%, 39.4%, 53.1%, 46.7%, and 35.7%, respectively. Applying parallel factor analysis (PARAFAC) together with EEM got four components of CDOM: C1(Ex/Em=350(260) nm/450 nm), C2 (Ex/Em=260 (430) nm/525 nm) 03 (Ex/Em=325 nm/400 nm) and C4(Ex/Em=275 nm/325 nm), which.were relative to three humic-like and one protein-like fluorescent components of Nitzschia closterium f. minutissima and Navicula halophile. In incubation experiment, fluorescence intensity of these four components during growth of Nitzschia closterium f. minutissima increased by, respectively, 8.68, 24.9, 7.19 and 39.8 times, and those of Navicula halophile increased by 2.64, 0.07, 4.39 and 12.4 times, respectively. Significant relationships were found between the fluorescence intensity of four components of CDOM, a(355) and Sg. All results demonstrated that both content and molecular weight of CDOM produced by diatom and dinoflagellate studied in incubation experiment increased, but these two parameters changed more obviously of the diatom than those of dinoflagellate; the proportion of humic-like components in the composition of CDOM also increased clearly with the growth of marine microalgae, but protein-like fluorescent component had only a slow growth. Furthermore, the absorption spectrum of CDOM produced by different species of algae changed obviously and the relative composition fluorescence intensity of CDOM produced by different microalgae were found to vary among different composition from EEM, which suggested CDOM produced by different microalgae make quite different contributions to CDOM in natural seawater.     

獐子岛附近海域溶解有机物的荧光特征

利用平行因子分析(PARAFAC)模型对三维荧光光谱(EEMs)进行解析,研究了獐子岛附近海域不同季节荧光溶解有机物(DOM)荧光的组成特点及分布变化。调查水域在不同季节的DOM荧光组成基本一致,包含类腐殖质荧光组分C1(265/440nm),C2(410～450/520～550nm)和类蛋白荧光组分C3(230,280/330nm),且三者有很好的相关性,表明它们有着相同的来源或彼此间存在某种关系。各组分在不同季节不同水层的分布有在獐子岛周围海域荧光强度相对较大的共同点。通过对各组分与叶绿素a和盐度变化的关系研究发现,调查海区OM受现场浮游植物和人类生产活动的共同作用。分析结果有效的证明了EEMs与PARAFAC相结合对DOM荧光进行分析鉴别的可行性。     

基于三维荧光光谱结合平行因子分析对春季北黄海有色溶解有机物的研究

利用三维荧光光谱(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC),对我国春季北黄海海水样品的荧光光谱进行了研究和分析。结果表明,北黄海有色溶解有机物(CDOM)中的荧光溶解有机物(FDOM)可分为四个组分,其中两组为类腐殖荧光组分c1(260,315/425)和c2(295,355/490),两组为类蛋白荧光组分c3(275/310)和c4(230,290/345)。四个组分之间不同程度的线性相关性说明了它们同源相似性,类腐殖质两组分之间的相关性最高,类蛋白质两组分次之。四个荧光组分和总荧光强度在平面分布和垂直分布都呈现近岸高,远岸低的趋势,同时除去陆源输入影响,海洋自身的水团运动和生物活动也影响着北黄海CDOM的分布。聚类分析进一步说明了北黄海不同区域的总荧光强度分布特征,也体现了整体上CDOM的均一性。荧光指数FI、腐殖化指数HIX和生源指数BIX在一定程度上指示了北黄海CDOM的来源,说明近岸区域陆源的影响较大,而向海一侧则受生物活动的作用影响较大,此结论与前述荧光组分的分布规律吻合。     

藻类内源产生有色溶解有机物的吸收和三维荧光特性研究

利用吸收光谱和三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC) 方法,研究了海洋中常见的四种硅藻、两种甲藻藻液的CDOM的光吸收性质和三维荧光特性。吸收光谱测定结果表明在六种藻类生长过程中,旋链角毛藻、三角褐指藻、小新月菱形藻和盐生舟行藻四种硅藻以及东海原甲藻和裸甲藻两种甲藻的α(355)分别增加了64.8%,242.3%,535.1%,903.2%,836.0%和196.4%。表征CDOM分子量和类腐殖质组分比例的Sg呈下降趋势,分别降低了8.7%, 34.6%, 39.4%, 53.1%, 46.7%和35.7%。在三维荧光光谱测定中检测出小新月菱形藻和盐生舟行藻两种硅藻藻滤液的CDOM包括三种类腐殖质组分和一种类蛋白质组分：C1(Ex/Em=350(260) nm/450 nm),C2(Ex/Em=260(430) nm/525 nm),C3(Ex/Em=325 nm/400 nm)和C4(Ex/Em=275 nm/325 nm)。随着藻类的生长,小新月菱形藻和盐生舟行藻藻滤液的CDOM荧光强度分别增加了8.68,24.9,7.19,39.8倍和2.64,0.07,4.39,12.4倍,经过相关性分析表明各组分的荧光强度与α(355)和Sg之间均表现为良好的相关性。综上研究结果表明不论是甲藻还是硅藻,在生长过程中藻类内源所产生的CDOM的含量及分子量均表现为上升趋势,且硅藻类相比甲藻增长变化更为明显。在CDOM的组成中,类腐殖质成分随藻类生长所占比重同步增大,类蛋白质组分增长缓慢。另外通过该研究可以发现不同种类的藻所产生的CDOM的吸收光谱有明显差异,由三维荧光光谱得到的不同荧光组分强度也因藻种不同而不同,说明不同藻种在天然海水中对CDOM的贡献有很大区别。     

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。     

千岛湖有色可溶性有机物的生物可利用性特征及其环境指示意义

千岛湖水质优良,具有较低的初级生产力和较高的透明度(SDD),探究该湖有色可溶性有机物(CDOM)的微生物降解特征对探究清洁水体有机物迁移转化规律具有重要意义。通过对室内微生物培养实验前后CDOM吸收和荧光光谱的对比分析,探究该湖有色可溶性有机物生物降解特征及指示意义。结果表明,经28 d微生物降解培养后CDOM吸收系数a₂₅₄、光谱斜率S_275-295平均值均减小、荧光腐殖化指数HIX增大,说明微生物降解致使CDOM浓度降低,腐殖化程度相应升高。经生物培养28 d可降解的CDOM吸收系数a₂₅₄平均降幅可达14.3%±4.8%,各点位降幅范围为4.3%~23.6%。平行因子分析获得三种荧光组分,分别为陆源类腐殖酸C1、类色氨酸C2和C3,三种荧光组分在28 d微生物降解培养过程中均主要表现为降解,极少有累积;其中类色氨酸C2和C3生物可利用性水平分别可达54.1%±18.2%和53.2%±14.3%,陆源类腐殖酸C1生物可利用性为28.2%±9.1%;培养前后CDOM荧光主要贡献组分由类色氨酸C2变为陆源类腐殖酸C1,这说明千岛湖类色氨酸生物活性高于类腐殖酸,微生物降解培养过程中亦表现为削弱类蛋白峰保留类腐殖酸峰。培养前后CDOM吸收系数差值,亦即CDOM生物可利用性Δa₂₅₄的高值主要集中在下游东南湖区,这与类色氨酸C2分布特征具有一定的相似性,说明千岛湖东南湖区CDOM生物可利用性最高,可能与大量类色氨酸C2赋存具有一定关系。微生物降解培养致使类色氨酸C2和C3分布特征发生改变,经培养后其高值与C1、a₂₅₄培养后高值分布特征相似,说明生物培养过程中可能存在类蛋白物质的产生。微生物降解培养前后C1与a₂₅₄均具有很好的相关性,说明微生物降解培养对陆源类腐殖酸荧光峰应用于估算有机物浓度的影响较小,培养后湖心区及东南湖区类色氨酸C2-C3高值区消失,说明在水滞留时间较长的湖区微生物活动对类色氨酸荧光峰在点源污染识别的应用存在一定的影响。