水环境溶解性有机质溯源与表征技术研究进展

水体中的溶解性有机质(DOM)来源广泛,成分复杂,可参与水中重金属迁移转化和生物地球化学循环过程,采用相应技术手段识别水体DOM来源,实现对DOM组分和性质的表征,对理解其生态环境效应具有指示意义。简要介绍了水环境中DOM的组成、特点及当前的研究热点,重点总结归纳了紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱、稳定同位素、生物标志物以及傅里叶变换离子回旋共振质谱等技术方法在水环境DOM溯源与表征中的应用特点、重要表征参数、影响因素和使用局限性。结果表明:紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱均有操作便捷、分析速度快、不破坏样品等优点,但二者对DOM表征的侧重点不同;稳定同位素技术重点关注DOM中的碳、氮等元素同位素组成及含量,生物标志物可记录DOM分子结构的信息,而傅里叶变换离子回旋共振质谱则是从分子级别对DOM进行表征。以上各技术对DOM的研究均有广阔的应用前景,但是由于DOM成分和组成元素的复杂性以及每种技术本身的局限性,多种技术的联合使用已成为水体DOM表征与解析的发展趋势。在此基础上阐述了多技术联用条件、目标和优点,归纳了现有研究中基于多技术联用的水环境DOM研究进展及研究案例,最后展望了DOM溯源与表征的未来发展方向。

生物质炭和有机肥配施对水稻土溶解性有机质光谱学特征的影响

为探究生物质炭对水稻土壤溶解性有机质(DOM)的影响及其与有机肥配施的协同效应,通过5年连续定位试验,探讨了生物质炭施用5年后不同施肥处理:对照(CK)、生物质炭(BC)、化肥(F)、生物质炭+化肥(F+BC)、化肥+有机肥(25%氮替代,MF)和化肥+生物质炭+有机肥(25%氮替代,MF+BC)对水稻产量和土壤pH、全氮、有效磷、速效钾、有机碳、易氧化有机碳(ROC)及溶解性有机碳的影响。采用紫外-可见光谱、荧光光谱结合平行因子分析方法对土壤中DOM的光谱特征和荧光组分进行表征,分析了DOM的紫外光吸收系数和紫外光斜率系数以及荧光指数、腐殖化指数、生物指数和富里酸、色氨酸、胡敏酸相对含量。结果表明:施用生物质炭和有机肥均能有效提高水稻产量,缓解土壤酸化,并且MF+BC处理水稻产量和土壤有效磷含量最高。水稻产量与DOM生物可利用性、芳香化程度、腐殖化程度、色氨酸组分含量和亲水性呈显著正相关(P<0.05)。提高DOM生物可利用性和腐殖化程度均表现为有机肥大于生物质炭。生物质炭显著增加DOM富里酸和色氨酸组分含量,并且促进了水稻土中ROC向难氧化有机碳转化;而有机肥有效增加DOM富里酸、色氨酸、胡敏酸和ROC含量。生物质炭和有机肥协同配施对提升水稻产量及增加ROC、DOM富里酸和色氨酸含量、芳香化程度、腐殖化程度和生物可利用性方面具有交互作用。综上所述,在本研究条件下生物质炭配施有机肥在水稻增产和水稻土有机碳及DOM组分功能多样性提升方面具有长期效应。

不同碳氮比下后置反硝化工艺中溶解性有机质的分子特征及其转化机理

污水处理厂后置反硝化工艺中外加碳源的投加量会影响出水溶解性有机质(DOM)的特性,从而影响后置反硝化的处理效率和出水水质.本研究以实际污水中DOM为研究对象,利用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT ICR-MS)开展了不同碳氮比(C/N=3、4、5、6)下后置反硝化工艺中DOM的分子特征及其转化机理研究.结果表明,在4种C/N下,C/N=5的反应器出水芳香性DOM分子(AImod>0.5)和不饱和程度高的分子(DBE≥4)占比最高,分别为24.72%和97.6%,说明C/N=5时,出水难生物降解程度较高.通过分子转化分析可知,C/N=5的反应器产生的DOM分子占比(58.35%)最高且不饱和程度较高,去除的分子占比(2.80%)低且不饱和程度较低,再次证实C/N=5的反应器出水相较于C/N=3、4、6的反应器出水DOM分子惰性高,排放至受纳水体环境风险较低.此外,微生物群落结构及其与DOM的关联分析可知,Proteobacteria在C/N=5的反应器中相对丰度最高,其主导后置反硝化工艺中DOM分子的产生,Planctomycetota、Nitrospirota、Chloroflexi和Gemmatimonadota对DOM分子的去除和产生也具有重要作用.综上所述,推荐C/N比为5作为后置反硝化工艺中外加碳源的适宜C/N比.

溶解性有机质与铅、砷相互作用研究

为研究天然水体中有机质与砷(As)、铅(Pb)相互作用,文章以标准溶解性有机质(标准DOM)为研究对象,利用光谱、超高分辨率质谱分析、平行因子分析法等方法进行分析。结果表明:(1)与类富里酸和腐殖质相比,类蛋白质酪氨酸类与As、Pb表现出更高结合能力。(2)超高分辨率质谱检测结果显示,重金属能够改变标准DOM原有特性,使得有机质发生转变,如氨基糖类组分减少,类单宁组分增加,CHO相对丰度减少,其他杂原子相对丰度增加。(3)DOM-As显示紫外特征参数a254和荧光特征参数HIX具有强正相关性,通过超高分辨质谱仪获得的氨基糖组分、CHO与紫外特征参数a254、a260、a280、荧光特征参数HIX均具有正相关性,荧光组分C1和质谱获得的不饱和烃类组分具有正相关性。研究结果可为定量评估水体中有机质-重金属相互作用机理提供理论支撑,从而减少重金属等各种污染物的环境行为。

好氧堆肥污泥农用后溶解性有机质释放特征

研究污泥农用后溶解有机质(DOM)的释放特征,有助于评价和预测土壤中共存污染物的环境行为和效应。以河南省洛阳市某污泥处理厂好氧堆肥后的市政污泥作为样本,利用扫描电子显微镜(SEM)、总有机碳分析仪、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、凝胶渗透色谱(GPC)、三维荧光光谱(3D-EEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振波谱(NMR)等表征技术,研究污泥农用后释放DOM的浓度、分子量、组成和结构等性质的演变特征。结果表明,污泥还田60 d内,释放的DOM微观形貌上存在较大变化,由致密块状物变为不规则松散物质;污泥农用后释放溶解性有机碳(DOC)量在4.25~6.22 mg·g^(-1)污泥范围,呈现先上升后稳步下降的趋势;释放过程中,污泥DOM的分子量和芳香性等性质也存在显著的变化:污泥DOM重均分子量由0.5 d时2674 g·mol^(-1)的逐渐升高为60 d的129026 g·mol^(-1);污泥还田后释放的DOM分子中芳香性物质逐渐积累;3D-EEM结合平行因子分析(PARAFAC)模型分析污泥释放DOM中的荧光物质,发现DOM中荧光物质主要为类富里酸和类腐殖质,释放过程中,类腐殖质逐渐积累,DOM整体上呈现腐殖化趋势;FTIR图谱表征污泥DOM脂肪族烷烃类物质的减少和芳香烃物质生成。污泥还田后释放DOM数量和性质变化,显著改变土壤中共存污染物环境行为和生态效应。该研究可为评估和预测污泥农用后产生的环境影响提供理论依据,也对市政污泥的资源化利用具有一定指导意义。

亚铁活化过硫酸盐体系对水体溶解性有机质分子转化的影响

亚铁活化过硫酸盐(PS/Fe^(2+))高级氧化是修复有机污染水体的常用技术,在修复过程中会诱导水体中溶解性有机质(DOM)分子结构转变。为研究PS/Fe^(2+)体系中DOM的分子转化特性,选取腐殖酸(HA)、富里酸(FA)和天然有机质(NOM)3种不同种类的DOM为研究对象,利用光谱和高分辨率质谱对比分析了PS/Fe^(2+)反应前后DOM的理化特性和分子结构特征。结果表明:①与热或碱活化PS体系相比,PS/Fe^(2+)反应后DOM芳香度、分子数和分子量显著下降。②反应后,DOM中残留了含C、H和O的木质素和单宁类物质,去除了O/C<0.6的低氧化程度分子,生成了富含氮和硫的高氧化程度分子。③PS/Fe^(2+)体系去除了DOM中的不饱和态分子(49.3%~94.0%),生成饱和态物质的数量、类型因DOM种类表现出明显差异。研究显示,PS/Fe^(2+)体系在自由基氧化与络合作用的共同介导下显著增加了DOM的分子转化程度,进而可能影响共存污染物的环境行为。

济南泉域岩溶水系统溶解性有机质的光谱特性及指示作用

选取济南泉域岩溶水系统为研究对象,在分析水化学特征的基础上,采用紫外-可见光光谱、三维荧光光谱和平行因子分析方法,识别岩溶水系统中溶解性有机质(DOM)的组分、来源及其空间分布特征,探讨影响DOM分布特征的控制因素及其指示作用。结果表明:识别出的岩溶水系统中3种主要荧光组分分别为腐殖质物质、类蛋白色氨酸和类蛋白酪氨酸,间接补给区以腐殖质物质组分为主(31%),直接补给区和汇集排泄区以类蛋白色氨酸物质为主(48.5%和45.6%)。岩溶地下水DOM处于弱腐殖化水平,在微生物活动影响下以内源输入为主。腐殖质物质与TDS、Ec、K^(+)、Mg^(2+)等水化学指标显著相关;类蛋白色氨酸、类蛋白酪氨酸与微生物作用关系密切,可作为评价岩溶水系统生态及脆弱性的指标。

印染废水中溶解性有机质在非均相芬顿工艺下的转化与去除研究

随着工业化进程的加快,工业生产制造导致越来越多的污染物排放,造成了水体的严重污染。纺织行业所排放的废水成分复杂且难处理,而高级氧化工艺(AOPs)是解决这种难处理的工业废水的一种有效措施。本研究针对国内某工业园区一家印染厂采集的印染废水,开展非均相芬顿降解实验,采用傅里叶变换离子回旋共振质谱对其组分进行检测与识别。探究印染废水中溶解性有机质(DOM)的组成特征及其在非均相芬顿实验中的转化与去除过程。结论表明印染废水中DOM以木质素和脂肪族化合物为主,非均相芬顿工艺反应30分钟后,大分子有机物降解为小分子物质,DOM的整体质荷比下降。反应4小时后的降解效果与30分钟相差不大,非均相芬顿工艺降解后DOM组分的O/C更高,富含更多含N有机物。

基于CiteSpace的三维荧光光谱技术对内陆水体中溶解性有机质研究的进展

采用文献计量学方法厘清国内外三维荧光光谱技术对内陆水体中溶解性有机质(DOM)的研究现状、热点和发展趋势。利用CiteSpace知识图谱分析工具,以CNKI和WoS核心合集为数据源,从年发文量、发文作者、发文国家、关键词聚类以及突显等方面进行可视化分析,并对三维荧光光谱技术研究内陆水体中的DOM及其数据分析方法与解析技术进行综述。结果表明该领域年发文量呈上升趋势且以外文文献量增长较快为主要特征,中国是发文量最多的国家,国际化交流合作程度高且已形成较为稳定的研究团体,研究潜力充足。国内外利用三维荧光光谱技术对内陆水体中DOM的研究主要集中在易受人类活动影响或富营养化严重的水域,包括富营养化水体与沉积物中溶解性有机质,有色溶解性有机质和消毒副产物的研究,以及涉及溶解性有机质与重金属相互作用、全球气候变化响应、生物利用性等方面。除了采用常规的数据分析方法外,综合运用三维荧光光谱与吸收光谱、质谱等技术相结合,从分子水平解析内陆水体中DOM的组成和来源特征是该领域未来的重要研究热点与趋势。

林地土壤溶解性有机质荧光光谱特征及与重金属相关性

溶解性有机质(DOM)是土壤有机质中最活跃的成分,影响重金属迁移、转化过程,研究两者间相关性对环境监测和污染评价具有重要价值。采集位于小兴安岭的黑龙江省茅兰沟国家级自然保护区内典型针阔叶混交林表层(0~30 cm)土壤,采用三维荧光光谱-平行因子分析法,揭示林地土壤DOM荧光光谱特征,并进一步分析DOM荧光组分与重金属含量间相关性。结果表明:林地土壤DOM荧光指数在1.468~1.635之间,平均值为1.531,其来源兼具自生源和外生源特征;生物指数在0.563~0.646之间,平均值为0.603,新近自生源贡献率低;腐殖化指数在4.607~8.993之间,平均值为6.491,腐殖化程度不高。林地土壤DOM荧光光谱中共识别出3类5种荧光组分,包括类腐殖质(紫外类富里酸C1和可见类富里酸C2)、类腐殖酸(胡敏酸C3)和类蛋白质(类酪氨酸C4和类色氨酸C5)。类腐殖质占总组分和比例(60.12%)最大,显著高于类腐殖酸和类蛋白质,类腐殖酸占总组分和比例(11.25%)最小。C1、 C2和C3间均具有明显正相关性,C5与其余4种荧光组分均成显著负相关。5种荧光组分与荧光指数间均具有显著的相关性,仅C5与荧光指数成正相关。林地土壤重金属含量空间分布具有较大差异,As与Cr, Cu、 Ni与Zn, Hg与Pb均具有显著正相关性,Hg与Cu、 Ni及Zn, Cr与Pb均具有显著负相关性。3类荧光组分与As、 Cr和Pb的相关性均不显著,而均与Zn具有显著的相关性。同时,类腐殖质与Cu和Hg成显著相关,类腐殖酸与Cu、 Hg和Ni显著相关,而类蛋白质与Ni显著相关。研究结果可为茅兰沟国家级自然保护区林地土壤环境监测提供基础数据,为小兴安岭典型针阔叶混交林土壤重金属污染评价提供参考依据。

典型城市功能区雨水径流溶解性有机质特征及污染源解析

溶解性有机质(DOM)是城市雨水径流中有机污染物的重要组分,可与重金属、多环芳烃等污染物络合,对城市受纳水体造成危害。为探究雨水径流DOM的特性及污染来源,以西安市主城区为例,采集3个功能区(文教区、交通区和商业区)不同下垫面的径流样品,利用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱结合平行因子分析和红外光谱技术,分析DOM组分类型及变化特征,并采用主成分-多元线性回归模型(PCA-MLR)进行污染源解析。结果表明:①除TP以外,3个功能区雨水径流的常规水质指标均未达到GB 3838−2002《地表水环境质量标准》中Ⅳ类水质标准,路面径流DOM含量均高于屋面径流,其中,交通区DOM污染最为严重(42.17~58.80 mg/L),其次是商业区(27.37~54.72 mg/L)。②雨水径流共解析出3类6种荧光组分,路面径流DOM组分较屋面径流更为复杂,前者包括4种腐殖质、1种富里酸和1种类蛋白,后者包括3种腐殖质和1种富里酸,且随着降雨历时的延长,DOM各组分含量呈现下降趋势。③各功能区路面径流DOM所含的主要官能团种类相同,包括−OH、−COOH和苯环等官能团,以及C=C、C=O等不饱和键,其不随降雨历时的变化而改变。④源解析发现,屋面径流DOM污染源包括大气沉降污染(贡献率为44.2%)、屋面材料析出物与交通污染(贡献率为55.8%);路面径流DOM污染源包括交通活动污染(贡献率为39.8%)、大气沉降与土壤侵蚀污染(贡献率为22.4%)、生活污染(贡献率为37.8%)。研究显示,西安市各功能区不同下垫面DOM存在明显的结构性及来源差异,研究成果可为从源头控制城市水环境污染问题提供科学依据。

人工湿地中沉积物溶解性有机质与Cd结合机制——以株洲市某人工湿地为例

为探究人工湿地不同季节的溶解性有机质(DOM)组分变化以及与Cd之间的相互作用及差异,本研究利用紫外光谱、荧光光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等多种光谱表征技术,并结合平行因子分析(PARAFAC)和二维相关光谱(2D-COS)分析对春秋两季湿地沉积物中DOM进行深入探讨。研究发现,湿地沉积物DOM主要来源于微生物活动、植物凋落物和根系分泌物,亲水性强且芳香性较低。春季与秋季的DOM含量分别为434 mg·kg^(-1)和700 mg·kg^(-1),其中春季主要由两种类蛋白和两种腐殖质组成,而秋季则为一种类蛋白和三种腐殖质。各组分与Cd的淬灭过程主要是静态淬灭,其中春季的蛋白质残基表现出最为明显的淬灭效果,存在两类以上结合位点,而秋季的类蛋白和类富里酸为单齿络合物。类蛋白和类富里酸与Cd的结合比其他组分更为强烈且稳定,并且类蛋白质组分与Cd优先结合。结合过程中,Cd主要与DOM的酰胺、酚羟基、羧基官能团相互作用,其中酰胺的结合速率最快,其次是酚羟基和羧基。

生态补水型城市河湖湿地系统溶解性有机质来源解析及其与水质关联性

为探究补水型城市河湖人工湿地系统枯水期和丰水期溶解性有机质(DOM)的组成特征、来源及其与水质的关联性,以巢湖流域典型城市人工河湖湿地为研究对象,运用三维荧光光谱(EEMs)技术,结合平行因子分析法(PARAFAC)解析枯丰水期湿地内水体DOM浓度组分变化和主要来源;分析常规水质指标pH、溶解氧、总磷(TP)、总氮、叶绿素a(Chl.a)和浊度的时空变化特征以及与DOM的关联性。结果表明:(1)通过PARAFAC识别出4种荧光组分,分别为紫外类富里酸C1、类色氨酸C2、类胡敏酸C3、类酪氨酸及可溶性微生物降解产物C4,丰水期DOM荧光强度高于枯水期,水体DOM受内源和陆源的双重影响,以自生源为主;(2)受城市地表径流及夏季巢湖蓝藻暴发的影响,各水质指标浓度的时空变化特征主要表现为丰水期高于枯水期、从上游到下游呈现先升高后下降的趋势,枯水期时的生态补水和方兴湖湿地能够对水质具有改善作用;(3)水质理化指标、DOM组分和荧光指数相关性分析结果表明,溶解性有机碳与Chl.a、浊度和C4组分呈显著正相关,TP与C1、C2和C3组分呈显著正相关,可见地表径流携带的有机污染物贡献了湿地中一部分DOM,浮游植物的内源产生是塘西河下游有机碳的重要来源。研究揭示了塘西河方兴湖湿地DOM的荧光特征、组分来源、水期差异以及水质变化,为进一步探明城市河湖湿地生态系统DOM时空分布特性和来源以及生态补水对水质的影响等提供了基础资料。

水体溶解性有机质与重金属影响机理的研究进展

溶解性有机质(DOM)是水体中最活跃的组分,可与金属离子发生吸附、络合、氧化还原等一系列反应,影响金属离子在水环境中的迁移转化。DOM的主要成分为腐殖质,而富里酸(FA)和胡敏酸(HA)为腐殖质中占比最高的2种成分,占DOM总量的40%~60%。DOM与重金属离子的相互作用一般用稳定常数表示其形成的络合物的稳定性,对重金属离子的吸附量和吸附率会受到pH值、温度、反应时间等多种环境因素的影响。在调研大量国内外文献基础上,综述了DOM与重金属离子相互作用机制及其影响的研究进展。

冬季沱江(成都段)水体中溶解性有机质(DOM)的组成、分布及来源分析

以冬季沱江流域成都段为研究对象,通过紫外-可见吸收光谱、平行因子模型(EEMs-PARAFAC)及主成分分析(PCA)方法,探讨其水体中溶解性有机质(DOM)的组份特征及来源.结果表明,冬季沱江流域成都段水体中共解析出3种荧光组分,分别为分子量较高的UVA类腐殖质C1、内源类蛋白中的类酪氨酸组分C2和分子量较大的芳香氨基酸腐殖物质组分C3,其中C2主要为外源输入,C2、C3的则是以内源为主的混合型输入,3种组分分别占总荧光强度的22.9%、51.3%和25.8%.通过对比分析水体中DOC、SUVA254和SR,发现研究区整体DOM腐殖化程度和DOM分子量大小依次为下游>中游>上游;利用主成分分析法(PCA)确定研究区水体DOM的来源,其中内源输入贡献率为77.64%,外源输入贡献率为10.13%,累计方差贡献率为87.77%。基于上述分析结果,能从一定程度上反映冬季沱江流域成都段的水质状况。

猪粪源溶解性有机质对锰矿区耕地土壤中镉迁移的影响

镉(Cd)是迁移潜力最大的重金属元素之一。土壤中Cd迁移过程及影响因素的研究对于土-水生态系统中Cd的环境风险评估及修复治理有重要意义。为探求外源富碳有机质对金属矿区污染耕地土壤中Cd迁移的影响,开展原状土柱淋洗试验,考察猪粪源溶解性有机质(DOM)的引入(232 mg/L)对胶体结合态Cd(C-Cd)和水溶态Cd(D-Cd)迁移过程的差异及影响机制。结果表明:①猪粪DOM引入前,土壤胶体是Cd迁移的主要载体,胶体浓度是影响总镉(T-Cd)和C-Cd浓度动态变化的主要因素;猪粪DOM引入后,原状土柱淋洗过程中T-Cd和C-Cd的迁移量分别是对照阶段的1.8倍和2.2倍,pH成为影响Cd迁移的关键因素。②猪粪DOM的引入主要通过提升溶液pH,促进土壤胶体的迁移(迁移量较对照阶段增加了68.4%)进而增加C-Cd的迁移量(较对照阶段增加了124.4%)。同时,pH的增加也抑制了Cd^(2+)的解吸,导致D-Cd迁移量较对照阶段减少了41.2%。③猪粪DOM引入后的淋洗过程中,DOM通过提升土壤胶体Cd富集系数(由32.6mg/kg增至43.4mg/kg),进一步提升了土壤胶体对Cd迁移的支配作用,T-Cd中C-Cd的占比高达90.1%。因此,在农用地Cd污染土壤或场地污染土壤修复过程中涉及外源富碳有机质(如畜禽粪便、城市污泥、堆肥/生物质炭)应用时,应重点关注外源DOM促进胶体结合态Cd迁移进入浅层地下水的环境风险。

水铁矿对土壤溶解性有机质的吸附固持作用

基于水解法将氯化铁和氢氧化钠合成了一种水铁矿,通过不同浓度水铁矿与土壤溶解性有机质(DOM)的混合避光培养实验,研究了水铁矿对土壤DOM的吸附固持作用。结果表明:在水铁矿浓度为10~30 g·L^(-1)范围内,水铁矿对土壤DOM的吸附能力与其浓度呈正相关。随着培养时间的延长,DOM的光谱斜率(S_(275-295))显著降低,表明水铁矿优先吸附土壤DOM中的大分子芳香族化合物。三维荧光光谱耦合平行因子模型(EEM-PARAFAC)分析表明,土壤DOM包含类腐殖质组分(C1)(Ex/Em=240/410)、类色氨酸组分(C2)[Ex/Em=290(240)/350]及类酪氨酸组分(C3)(Ex/Em=270/300)3种荧光组分。3种组分荧光强度均随着培养时间延长呈现明显降低趋势,且类腐殖质组分的下降最为明显。被水铁矿吸附后,土壤DOM的腐殖化指数(HIX)显著降低且生物源指数(BIX)明显升高,表明随着吸附作用的进行,土壤DOM的腐殖质组分相对占比下降,而自生源组分相对占比上升。研究表明,水铁矿对土壤DOM有显著的吸附固持作用,且对大分子腐殖质物质吸附作用强于对小分子类蛋白组分,水铁矿对土壤DOM分子的固持作用能够提高土壤有机质的生物可利用度,改善土壤环境。

苔草溶解性有机质对土壤吸附Cu^(2+)影响研究

该文以苔草为研究对象,利用红外光谱、紫外吸收光谱、三维荧光光谱分析了苔草溶解性有机质(DOM)的光谱特性,通过等温吸附平衡试验和吸附动力学试验研究了苔草DOM对土壤吸附Cu^(2+)的影响,分析了苔草DOM与Cu^(2+)反应前后成分变化。研究表明,苔草DOM具有羟基、羧基、羰基、甲基等官能团,由富里酸、类富里酸、类腐殖酸和类色氨酸4种组分组成,以相对分子质量较大的胡敏酸为主。加入苔草DOM会降低土壤对Cu^(2+)的最大吸附量、吸附平衡速率以及吸附亲和力。苔草DOM中的紫外区类富里酸物质和类腐殖酸物质可以通过羧基、羟基等官能团与Cu^(2+)产生络合作用,反应过后苔草DOM不饱和共轭双键结构数量、腐殖化水平、芳香环上取代基中的羰基、羧基、羟基和酯类含量均显著下降。研究结果可为苔草DOM的组成和结构提供基础数据,同时为解决DOM对重金属活性影响争议提供科学依据。

喀斯特湖泊-河流系统溶解性有机质光谱特征

为探索喀斯特湖泊-河流系统溶解性有机质(DOM)光谱特征空间格局,该研究以我国贵州红枫湖、百花湖和老马河为对象,分析了表层水体DOM紫外参数(SUVA_(254)、SUVA_(280)、S_(275—295)、S_(350—400)、S_(R)和E2/E3),利用三维荧光-平行因子(EEM-PARAFAC)解析DOM主要成分,同时基于荧光参数(HIX、FI、BIX和β∶α)揭示其来源信息。该研究运用Spearman相关性分析及主成分分析(PCA)方法,揭示DOM参数的内在联系及重要组分贡献。结果显示,红枫湖、百花湖和老马河SUVA_(254)和SUVA_(280)值较低,而E2/E3、S_(275—295)和S_(350—400)值较高,说明芳香类成分占比较少且DOM整体分子量较小。水体DOM主要成分为:红枫湖/百花湖(C1:微生物代谢类腐殖质;C2:可见光范围腐殖质;C3:色氨酸),老马河(C1:色氨酸;C2:富里酸;C3:陆源类腐殖质)。水体BIX范围在0.77—1.12之间,说明生物源和陆源输入共同贡献DOM。红枫湖与百花湖FI值小于1.4,而老马河在1.4—1.9间,说明河流内源DOM贡献率高于湖泊。水体β∶α值范围在0.73—1.10之间,说明新生DOM具有显著贡献。湖泊与河流HIX值低于4,表明水体腐殖化程度低。老马河HIX与S_(R)和S_(275—295)呈正相关(P<0.05)且与FI呈负相关(P<0.05),说明DOM腐殖化程度与分子大小和来源密切联系。芳香类DOM的同质性导致SUVA_(254)和SUVA_(280)相互耦合。研究发现新生DOM多具有生物降解性,表现为BIX和β∶α强相关。相对于激流系统,湖泊具有更多的水力停留时间,这可能进一步促进内源微生物的代谢,导致生物驱动的有机质快速循环,因此不同DOM生物讯号相互耦合。研究阐明了喀斯特湖泊-河流系统DOM成分与来源特征,有望为研究全球碳循环过程提供数据支撑。

旱季污水处理厂污水中溶解性有机质特征及其与氮素关系

针对市政污水处理厂污水中溶解性有机质(DOM)变化及其与氮素可能存在的相互影响关系,采用三维荧光光谱结合平行因子分析以及相关性分析,以西南某市旱季市政污水处理厂为研究对象,探究DOM荧光组分随工艺单元的变化规律及其与氮素转化的相关性。结果表明:1)市政污水处理厂水体DOM主要由4个荧光组分组成,即类蛋白质组分C1(类酪氨酸)、C2(类色氨酸)和类腐殖质组分C3、C4。污水处理厂进水以类蛋白质组分为主,该组分占总荧光强度比例的平均值为66.5%,其中C1含量较高,其荧光强度占类蛋白质组分比例的平均值为54.6%。最终出水则以类腐殖质组分为主,该组分占总荧光强度比例的平均值为71.7%,而出水的类蛋白质组分中C2含量较高,其荧光强度占类蛋白质组分比例的平均值为99.8%。2)随处理工艺流程的进行,DOM的荧光强度基本呈现逐渐降低的趋势,尤其是C1在工艺流程中荧光强度逐渐趋于0;而类腐殖质组分相对稳定,不随处理流程的进行而变化。3)污水处理厂生物处理单元之后DOM的荧光指数(FI)均大于1.9,表明DOM以转化为自生源为主。4)污水处理厂工艺流程中NH_(4)^(+)-N和溶解性总氮(DTN)与C1组分和腐殖化指数(HIX)之间有良好的相关性,采用多元回归方式可有效预测工艺流程中NH_(4)^(+)-N和DTN的浓度。建议污水处理厂可根据DOM光谱性质与氮素(NH_(4)^(+)-N和DTN)之间的大量数据建立普适模型,对尾水的排放和受纳水体中氮的变化趋势进行预测。