城市景观河道中藻华暴发对水体中DOM特征的影响

城市景观河道由于接纳了不同来源的废水造成水体富营养化,因此在夏季经常暴发藻华。藻华暴发改变了水体中DOM的性状,进而影响到水体中污染物的迁移转化行为。本研究以天津市海河干流为例,采集藻华暴发前后水体样品,研究城市景观河道中藻华暴发对水体中DOM的影响。结果表明：藻华暴发后,水体中DOM的含量从26.47 mg·L-1增加到38.20 mg·L-1,水体中的TN,NH+₄-N和TON的含量也分别为暴发前的3.1倍、2.5倍和4.2倍,但是TP和NO-₃-N的含量保持稳定。C/N比值从18.51降低到6.39,而N/P比值则从5.69增加到20.10。藻华暴发使得DOM的来源从以陆源为主转变为以内源为主,水体也表现出一个逐步向磷限制转变的过程。三维荧光图谱结果显示藻华暴发后,DOM的成分从较为复杂的多种来源的有机质转变为藻类为主的有机质,而紫外特征光谱结果表明藻华暴发后DOM分子结构也从简单转变为复杂,但是水体中的腐殖质物质的含量有所下降,而类蛋白物质的含量出现了上升。利用超滤装置研究藻华暴发前后水体中不同分子量的DOM特征后发现,藻华暴发前后水体中DOM都主要以小分子的DOM为主,分子量小于10 kD的DOM占到了总的DOM的80%以上,随着分子量的增大,三维荧光特征峰强度都出现了升高趋势,而紫外特征吸收光谱也表明大分子量的DOM中可能含有更多的芳香族化合物。研究结果表明,在研究城市景观河道水体富营养化过程中要注意DOM在其中的作用,尤其是当外源污染物得到控制时,要充分考虑DOM降解对富营养化的贡献。     

污水厂出水颗粒态与溶解态有机物的红外和荧光光谱特征

城市污水处理厂出水作为再生水的主要水源,其迥异的物质组成给受纳水体带来潜在环境风险。全面掌握污水厂出水水体中有机物组成及结构信息,将为污水厂提标改造及有毒有害物质排放标准的制定提供理论支撑。采用傅里叶变换红外光谱和三维荧光光谱技术,结合二阶导数光谱及区域积分分析方法,对4个典型城镇污水处理厂(W1,W2,W3,W4)出水水体中颗粒态有机物(POM)与溶解态有机物(DOM)的物质组成及结构差异特征进行了分析。结果显示： 污水处理厂出水中POM主要组分为脂肪类、芳香类、糖类及矿物盐,而DOM主要由有机酸、蛋白质、多肽、糖类及芳香类物质组成。各污水处理厂出水水体POM中,W1芳香类物质较多而矿物盐类等颗粒较少,W2较W1含有更多的糖类物质,W3含较多脂类、蛋白类及糖类,而W4含有芳香类及羧酸物质的有机物较多。水体DOM组成中,W1和W2成分较为类似,主要为芳香性较高的大分子有机酸,其含量分别占总有机物的73.9%和67.7%;W3与W4组成中蛋白、多肽及糖类含量较高,其中类蛋白物质分别占DOM总量的71.3%和53.5%。研究结果表明,采用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数分析能很好识别不同污水处理厂出水水体中POM与DOM主要物质组成及结构差异,同时利用区域积分方法对样品三维荧光光谱进行解析,能更进一步定量分析不同来源样品物质组成特征。     

累积性发射光谱结合多元统计研究蘑菇湖水体DOM的特征

三维荧光光谱技术（3DEEM）因其方便迅速、灵敏度高等一系列优点,广泛应用于表征DOM。在实际应用中,3DEEM步骤较为繁琐,PARAFAC等方法相较于寻峰法虽然更加直观可靠,但是往往需要借助MATLAB等数学软件,因此该研究希望借助一种新的方法能够更加简便迅速地表征DOM。以蘑菇湖水体DOM为例,基于累积性发射光谱（AFEs）,结合多元统计及二阶导数等方法,对DOM各类荧光组分及含量进行表征。利用主成分分析（PCA）对AFEs进行因子载荷分析, 并确定荧光峰的类型及其含量的差异; 通过二阶导数转换,得到二阶导数AFEs;通过对所有采样点二阶导数AFEs各荧光峰进行绝对面积积分,分析DOM中各组分的含量及变化;通过聚类分析, 分析不同点位组分的差异性或相似性。研究表明,通过AFEs得到5类荧光峰,分别为类蛋白峰、类富里酸峰、陆源类腐殖酸峰以及腐殖酸峰。基于AFEs及其对荧光强度之和的分析,可以看出蘑菇湖水体中的DOM主要以不稳定、易被降解的、相对分子质量较小的类蛋白及富里酸为主,腐殖化程度由滨湖区向深湖区递减。基于AFEs得分图,得到5类荧光峰,且荧光峰中类蛋白及类富里酸峰占主导;基于点位得分矩阵,可以说明各点位之间的荧光组分存在差异。二阶导数AFEs被分为5个荧光波段, DOM以相对质量较小的有机质为主,腐殖化程度、芳香度较小,空间差异上不显著。通过对荧光峰面积以及采样点进行聚类分析,荧光峰被分为3类,其中富里酸含量占比较大,且岸边采样点和位于湖心区域的采样点之间存在差异。综上研究显示,AFEs相对简单迅速,能够代替3DEEM对DOM进行表征。蘑菇湖水体DOM是以相对分子质量较小、不稳定、易被降解的类蛋白、类富里酸物质为主,总体上腐殖化程度及相对分子质量具有由滨湖区向深湖区递减的趋势,但空间上差异性较小。     

太湖水体浮游藻类吸收系数及影响因素分析

探讨研究了太湖水体浮游藻类的吸收系数的空间变化特征及其影响因素,2009年4月对太湖52个样点进行野外采样,并测量总叶绿素a浓度和浮游藻类的吸收系数。分析了色素包裹效应对比吸收系数的影响,通过计算得到太湖水体不同区域的色素包裹因子,并对浮游藻类的吸收系数进行包裹效应的校正;利用浮游藻类在440nm的吸收系数(aph(440))与675nm吸收系数(aph(675))的比值以及标准化比吸收系数谱来衡量太湖水体在不同区域、不同波段处,辅助色素对比吸收系数的影响。结果表明:(1)太湖水体在短波处浮游藻类的比吸收系数变化较大,而在675nm变化相对较小,梅梁湾水体的比吸收系数要低于其他区域的。(2)太湖水体比吸收系数的空间差异受包裹效应影响较为严重,包裹效应对比吸收系数空间变化的影响梅梁湾的水体要大于其他区域的,近岸水体要大于离岸较远的水体。(3)辅助色素对比吸收系数的影响相对较弱,主要集中在短波波段处,梅梁湾等水体辅助色素对浮游藻类的比吸收的影响要小于其他区域的,近岸水体要小于离岸较远的水体     

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。     

煤矿区水体溶解有机质三维荧光光谱特征

应用三维荧光光谱对煤矿区水体溶解有机质进行分析测定,探讨特殊环境条件下水体溶解有机质光谱特征。类富里酸荧光峰(峰Ⅰ)和类腐殖酸荧光峰(峰Ⅱ)最为显著,类蛋白荧光峰(峰Ⅳ)强度较弱。地下水体溶解有机质荧光峰强度普遍低于地表水水体同类荧光峰。受人类活动的影响,炼焦区域和采煤区水体荧光峰强于污灌区域和农业区域水体同类荧光峰。矿区人类活动剧烈,煤矿开采加工活动容易把煤中的大量烃类物质分散到周围环境中去,地表水体接受矿井排水、洗煤废水及生活污水等,地下水体则相对不容易受到污染。整个石龙区水体溶解有机质荧光集团来源较多,峰强度受pH影响不大,但在某种程度上受到水体中Ca2+含量的影响。     

泾渭河交汇区域平水期水体和表层沉积物溶解性有机质的光谱性质

溶解性有机质是环境生态学者关注的典型对象,其对环境质量的指示作用以及修复策略的效果评价具有重要参考价值。现阶段,对于河流和沉积物DOM的研究略显不足,尤其考虑到目标组分的动态差异 (时空、水文、环境、尺度等),相关方面的精细化研究便显得尤为必要。以泾渭河交汇区域(陕西西安高陵段)水体和表层沉积物为研究对象,通过光谱联用技术(元素分析、UV、FTIR、Raman、3D-EEMs和NMR) 深度揭示其微观特征。研究表明：沉积物DOM的H/C和N/C比都高于水体DOM,说明沉积物DOM碳氢饱和度更高,同时含有更多含氮组分。DOM紫外吸光度随吸收波长的增加逐渐下降;水体DOM吸收平台极弱,但沉积物DOM发现较明显的吸收平台(240～310 nm)。DOM含有—OH,CC, C—O等基团,沉积物DOM官能团性质略为复杂,具体体现在峰形和峰强的局部差异上。水体和沉积物DOM的Raman图谱相似,基本无法给予有效的区别信息。水体DOM荧光峰归属为可见光区类色氨酸和紫外区类富里酸,以陆源有机质为主;沉积物DOM荧光峰均属于紫外区类富里酸荧光峰,没有发现类蛋白组分特征峰。水体和沉积物DOM具有类似的C骨架,但沉积物DOM的脂族特性更明显。1H NMR结果表明碳水化合物H含量较高,而芳香族H、γ-H等含量较低。总体认为水体DOM的陆源性更加明显,沉积物DOM组分更为复杂和“年轻”。相关结果有助于深度明晰典型环境体系DOM的微观性质和环境行为。     

PARAFAC法解析太湖水体DOM三维荧光光谱

采用平行因子法(PARAFAC法)对太湖水样溶解性有机质(DOM)三维荧光光谱进行解析。通过比较因子数分别为3,4和5时,PARAFAC模型的核一致函数、 激发和发射光谱误差平方和、 各水样模拟的三维荧光光谱和残差谱图等情况,选择因子数为3作为太湖水样DOM三维荧光光谱PARAFAC模型的最佳因子数。太湖水样DOM的3类主要荧光组分分别是类腐殖质荧光物质、 类色氨酸荧光物质、 类酪氨酸荧光物质。     

溶解性有机物对土壤中农药残留与分布影响的光谱学研究

溶解性有机物(DOM)通过吸附、竞争吸附、增溶、加速降解等作用影响着农药在土壤环境中的行为,对土壤生态系统及地下水环境的污染与风险产生重要影响。目前多数研究集中在高浓度DOM对农药残留的短效影响。因此,对天然土壤中DOM及其组分对农药环境行为的研究具有重要的现实意义。该研究通过对具有较长农药使用年限的污染场地调查,利用三维激发-发射荧光光谱矩阵技术,结合荧光区域积分方法对天然土壤DOM进行定量化表征,在此基础上分析低浓度天然DOM对农药残留的长期影响。结果表明：(1)天然DOM组分对大多数有机氯农药在土壤中的环境行为影响较小,但对γ-HCH、p,p’-DDE等少数农药的影响较为显著。(2)不同DOM组分对不同种类的农药影响机制不同。其中,代表DOM组分中的酪氨酸含量的荧光区域积分与γ-HCH,p,p’-DDE之间均呈显著的负相关性(p<0.05),代表DOM中微生物降解副产物组分的荧光区域积分与七氯以及代表DOM中胡敏酸大分子组分含量的荧光区域积分与环氧七氯之间均呈显著正相关性(p<0.05),表明在土壤中长期作用过程中,DOM不同组分对不同种农药的影响不同。(3)土壤有机质的腐殖化程度对土壤中农药残留的影响较小。本研究首次利用三维荧光谱与区域积分技术研究了土壤中溶解性有机物不同组分对农药的环境行为的影响作用,对研究农药在土壤和地下水环境中的迁移转化机制提供了一种新的研究思路。     

三维荧光与神经网络研究城市河流沉积物孔隙水有机物组成与结构特征

应用三维荧光技术结合自组织神经网络方法,研究典型城市河流沉积物孔隙水中水溶性有机物(DOM)与颗粒性有机物(POM)组成结构及空间分布特征。自组织神经网络是一种非监督神经网络算法,能够从有机物三维光谱中提取不同的荧光组分,表征各组分的含量。沉积物是重要的有机碳库,而沉积物孔隙水中有机物的多寡可直接反映其环境特征。人们对水体中沉积物孔隙水中的DOM与营养盐特征的研究较多,而对POM的研究较少,尤其对重污染城市支流河的研究更少。因此,选取沈阳市白塔堡河为研究对象,沿河源、农村、城市区域河段采集沉积物孔隙水样品,提取DOM与POM,检测样品的三维荧光光谱。DOM的f_450/500值为1.82～1.91,表明DOM主要是微生物源;POM的f_450/500值为1.42～1.68,表明POM主要以陆地输入为主。自组织神经网络解析DOM与POM含有类酪氨酸、类色氨酸、类富里酸与类胡敏酸等物质,类酪氨酸主要源于新鲜的具有高氧化的类蛋白物质,而类色氨酸主要为微生物代谢产物。DOM的各组分丰度之和为POM的2倍,类酪氨酸平均相对丰度在50%以上,类色氨酸的平均相对丰度为18.8%～23.1%,类富里酸相对丰度比类胡敏酸的高,但两者在有机物组分所占比重小。通过主成分分析,DOM与POM特征呈现沿河源、农村、城市区域河段变化,表明白塔堡河深受人类活动的影响。     

不同来源水体有机综合污染指标的三维荧光光谱法与传统方法测量的对比研究

比较研究了科学岛、巢湖和太湖不同来源水样的三维荧光光谱、COD值和DOC值.结果表明巢湖过滤水样COD值与DOC值线性相关(r=0.928 9);三维荧光光谱法测得的科学岛水样溶解有机物(DOM)浓度、类蛋白荧光强度(Ipro-like)、类腐殖质荧光强度(Ihum-like)均与COD值线性相关(r分别为0.821 72,0.84651和0.836 89);而三维荧光光谱法测得的巢湖和太湖水样的DOM浓度、Ipro-like和Ihum-like则与COD值无明显线性关系.上述结论与前人研究结果产生分歧,文章对原因进行了分析,并阐述了利用荧光光谱法测量水体有机污染综合指标的可行性和必要前提.     

紫外吸收光谱积分法分析蛋白质浓度-以碱性磷酸酶为例

利用矿物(针铁矿,蒙脱石)和太湖沉积物吸附碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, APase),测定吸附后上清液中剩余碱性磷酸酶浓度时发现其紫外吸收光谱发生了变化,利用传统280 nm处紫外吸收法无法直接准确测定其浓度值。基于对碱性磷酸酶252～305 nm处吸收峰面积积分方法可以消除影响,并准确分析测定碱性磷酸酶浓度。其测定结果与考马斯亮蓝法测定结果进行比较,表明了该方法可以方便,快速和准确地测定此类实验中碱性磷酸酶浓度。同时,该方法还可以扩展至其他蛋白质的定量分析,甚至其他类似实验中,一定程度上克服传统方法应用单波长进行定量分析中存在的易受干扰的缺点。     

太阳辐射对溶解有机质荧光光谱特征的影响

利用三维荧光光谱研究了太阳辐射对溶解有机质(DOM)荧光光谱特征的影响。实验结果表明,太阳辐射使DOM的荧光发射光谱强度减弱。在三维荧光光谱图中,红枫湖样品的荧光峰A,C,南明河样品的荧光峰A,B,C,尤其是荧光峰C的λ_Exmax／λ_Emmax位置随着太阳辐射时间的延长而逐渐向短波长移动。从腐殖酸样品的三维荧光光谱图中则发现,原始样品荧光峰位置出现在λ_Ex／λ_Em=275/500 nm处,光照作用后出现两个荧光峰：λ_Ex／λ_Em=245/450 nm和310/450 nm。太阳辐射对DOM中不同荧光组分的光降解速率存在差异,从荧光峰A和C的比值r(A, C)随太阳辐射时间的变化趋势得知,荧光峰C比荧光峰A的荧光丢失速率更大,即对于太阳辐射作用更敏感。在整个光降解过程中,红枫湖、南明河DOM的r(A, C)值比标准腐殖酸Fluka HA的r(A, C)值的变化更显著。通过本研究表明,可以利用三维荧光光谱所提供的完整的光谱信息来研究DOM在光降解过程中的光谱特征以及物理化学组成等变化。     

店埠河农业小流域水体溶解性有机质三维荧光光谱的平行因子分析

店埠河农业小流域是巢湖的主要水源地之一,研究该流域水体溶解性有机质(DOM)组分及来源对了解巢湖水生生态系统至关重要.本研究结合水体的三维荧光光谱,利用平行因子分析(PARAFAC)方法对测定的三维荧光光谱矩阵进行拉曼及瑞利散射校正、组分提取等相关处理,实现对店埠河农业小流域水体DOM的分析,包括三维荧光光谱特征分析、...     

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。     

胶州湾海水溶解有机物三维荧光特征研究

应用三维荧光光谱(excitation-emission matrix spectroscopy, EEMs)研究了不同河流输入有机物对胶州湾海水中溶解有机物荧光特征的影响。结果表明,生活污水和工业废水的排放使附近海水中类腐殖质荧光位置发生红移;类蛋白荧光在海泊河附近最强,类腐殖质荧光在李村河附近最强,中心海区荧光强度最弱,表明沿岸河流输入是胶州湾海水中有机物的主要来源,而中心海区有机物主要来源于现场生物活动。不同河口附近区域样品中有机物的类蛋白和类腐殖质荧光强度之间相关性不同,表明河流输入有机物的影响。胶州湾大部分海水中有机物的类蛋白与类腐殖质荧光强度之间的比值较大,表明可能受到了人类活动产生类蛋白有机物的污染。研究结果对于分析海水中有机物来源以及河流排放污染物的迁移等过程具有一定的指导意义。     

夏秋两季洱海、太湖表层混合层的深度变化特征及其机理分析

湖泊表层混合层深度的变化不仅影响湖泊水生生态系统的演变, 而且影响流域的局地气候、降水量的时空格局等. 基于2008年夏秋两季洱海(高原湖泊)和太湖(平原湖泊)的气象与水温廓线观测资料, 分析探讨了两湖表层混合层深度的变化特征及其机制. 结果表明: 夏季洱海能维持持续的分层现象, 秋季有明显的日分层现象, 而在相应的两季中, 太湖仅可能存在日分层现象; 洱海表层混合层深度较同期太湖更浅; 太湖两季的表层混合层深度变化较洱海频繁, 即太湖水体混合与分层的交替过程对气象条件的响应较洱海更为迅速. 太湖这类浅水湖泊, 水深是抑制其存在稳定、持续分层的关键因素, 在合适的辐射条件下, 可形成日分层现象; 而洱海这类深度的湖泊, 净热量通量是影响其是否存在持续、稳定分层的主要因子. 该研究为进一步探讨湖泊与大气两种湍流运动的耦合机制及水生生态环境演替规律等提供了有力的参考.