2022年6月珠江流域洪水对下游溶解有机物浓度和组成的影响

当前极端气候事件频发,引起了人们广泛的关注。然而,气候变化对中国典型河流溶解有机物(DOM)的影响尚且未得到充分的认识。2021年11月至2022年10月,每月于珠江下游广州段采集河水样品,并分析其中溶解有机碳(DOC)、发色溶解有机物(CDOM)和荧光溶解有机物(FDOM)的浓度和组成。采样期间,2022年6月珠江流域遭遇百年一遇的洪水。结果显示,洪水大幅度降低了河水中的DOC和CDOM浓度,并提高了DOM的芳香化程度。尽管洪水对DOM浓度产生了明显的稀释效应,但通过分析FDOM组成,进一步发现FDOM中不同组分对洪水的响应存在较大差异。FDOM短激发波长(230~235nm)处的类蛋白质组分峰值在洪水期间出现高值;与此同时,长激发波长(280~285nm)的类蛋白质组分和激发波长在345nm处的类腐殖质组分峰值在洪水期间出现最低值。此外,与长江下游相比,珠江下游水体中往往具有较高的DOC和CDOM浓度、DOM芳香化程度以及CDOM分子量。研究将有助于进一步了解珠江等世界大河DOM浓度和组成的变化规律和控制机制,以及揭示极端洪水对大河DOM动态变化产生的影响。

桑沟湾春季有色溶解有机物吸收光谱特性及空间分布特征

为探究有色溶解有机物(CDOM)光学性质如何示踪海水中溶解有机物组分的动态信息,实验利用紫外可见吸收光谱手段,分区域测定了桑沟湾春季水体及表层沉积物间隙水中CDOM的吸收光谱特征,探讨了CDOM的来源组成、空间分布特征、迁移转化过程及其与养殖活动的关系。结果显示,(1)波长为355 nm的吸收系数[a(355)]范围为0.23~9.09/m,不同水层空间分布差异显著,表层和底层均从近岸区向贝藻区逐渐降低,在海带区升高后向外海逐渐降低;海带区从表层向底层先降低后升高,高密度、规模化的海带养殖释放了大量的CDOM,各区域沉积物间隙水a(355)是其表层、中层和底层之和的1.3~2.5倍,CDOM在沉积物间隙水中富集并逐渐累积。(2)光谱斜率(S_(275~295))范围为0.013~0.036,外海区和海带区S_(275~295)均值显著高于其他各区,海带区和外海区CDOM中海源有机质占主要成分,而近岸区以陆源有机质为主;近岸区CDOM中的腐殖酸类物质含量从表层到底层逐渐降低,沉积物中积累的富里酸类物质含量较高,海带区和外海区呈相反趋势。(3)比紫外吸光度(SUVA_(254))范围为4.60~14.10 L/(mg·m),贝类区、贝藻区和藻类区SUVA_(254)均呈现出从表层到底层逐渐增大的趋势,CDOM的芳香性逐渐增强并在沉积物间隙水中达到最大;海带区和外海区沉积物间隙水中的SUVA_(254)显著高于其他各区。研究表明,海带区的规模化养殖活动向养殖海区及邻近海域贡献了较多的惰性溶解有机物,暗示着海带养殖活动有较强的碳汇效应,并通过海流作用向外海输送。本研究对桑沟湾海域不同养殖区域的CDOM的吸收特性和空间分布特征进行研究,可为全面了解海水养殖的碳源汇效应提供基础数据。

新污染物在含溶解有机物水体中光降解行为研究进展

新污染物(emerging contaminants,ECs)是一类稳定性高、亲水性强的环境污染物,其中大部分物质最终会进入并滞留在自然水域,因其对生态和人类健康的危害而受到广泛关注.光化学降解是ECs在水体中的主要转化过程之一,包括直接光解、间接光解和自敏化光解.溶解有机物(dissolved organic matter,DOM)作为水体中具有优异光化学性质的光敏剂,吸光后产生·OH、1O2、3DOM*等活性反应中间体,对ECs的间接光降解过程有着重要影响.为探究ECs在水体中的迁移转化并评估其生态环境风险,有必要提高对其降解过程的认识.鉴于此,文章在论述DOM环境光化学特性和过程的基础上,重点阐述了DOM类型、来源、荧光组分及环境因素对ECs光降解过程的影响.DOM对ECs间接光降解过程的影响主要包括促进作用和抑制作用.促进作用主要表现在DOM产生的活性反应中间体与ECs反应,抑制作用主要包括光屏蔽作用和猝灭效应.DOM的作用效果与其类型、来源、组分及环境因素密切相关.同时,文章就DOM对ECs光降解影响的研究工作进行展望,这将有助于更全面地了解ECs的光化学行为,对于评估ECs在自然水体中的环境归趋和生态风险具有重要意义.

秋季洪泽湖水体有色溶解有机物分布特征及来源解析

利用紫外/可见光谱和三维荧光光谱分析了秋季洪泽湖水体有色溶解有机物(CDOM)的组成和空间分布特征,并探究了其来源。三维荧光光谱共解析出3种类腐殖质和2种类蛋白质组分,其中类腐殖质为主要组分。波长254 nm处的吸收系数(A_(254))及其与溶解有机碳的比(SUVA)和3种类腐殖质组分均表现出入湖河口区高于其他区域的空间分布特征,表明外源河流输入是秋季洪泽湖CDOM的主要来源,自生源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)也佐证了这一结论。人工调蓄对洪泽湖CDOM的组成和来源影响显著。

秋季长江口及邻近海域有色溶解有机物的分布及河口混合行为

【目的】探究秋季长江口及邻近海域有色溶解有机物(chromophoric dissolved organic matter,CDOM)的分布特征与河口混合行为及影响CDOM分布的因素,以深入了解本研究区域CDOM动态变化机制。【方法】测定研究海域溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)质量浓度、吸收系数a(350)等参数,分析CDOM含量水平;使用三维荧光光谱-平行因子分析(EEMs-PARAFAC)技术鉴别研究海域CDOM荧光组分。运用物理稀释模型分析CDOM河口混合行为。【结果】研究海域b-a4断面DOC质量浓度的变化范围为0.92~2.36 mg·L^(-1),c-a6断面DOC质量浓度的变化范围为1.00~2.40 mg·L^(-1)。b-a4断面a(350)的变化范围为0.22~1.60 m^(-1),c-a6断面a(350)的变化范围为0.15~1.42 m^(-1)。b-a4断面光谱斜率S275-295的变化范围为0.014~0.022 nm^(-1),c-a6断面S275-295的变化范围为0.016~0.024 nm^(-1)。鉴定出4个荧光组分:类腐殖质组分C1(激发波长265 nm、发射波长445 nm)、类蛋白质组分C2(275、325 nm)、类腐殖质组分C3(245、390 nm)和类蛋白质组分C4(235、340 nm)。【结论】长江口及邻近海域DOC质量浓度和a(350)均呈现出由长江口内向口外逐渐减小的趋势,陆源输入是影响CDOM分布的主要因素;远岸S275-295值高于近岸,主要受浮游生物生产活动的影响,陆源输入影响小;4个荧光组分的高值都出现在河口处,且随离岸距离增加而降低,这是受到陆源输入的影响;两个断面的4个荧光组分均符合理论稀释线,CDOM整体呈现保守混合行为。

CW-MFC系统启动过程中溶解有机物的荧光光谱解析

为判断CW-MFC反应器运行状态提供一种简单且快速的监测方法,利用三维荧光光谱法研究人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC)启动过程中溶解性有机物(DOM)的光谱特征。结果显示CW-MFC反应器启动阶段的循环进水周期内类蛋白质峰荧光逐渐变弱,说明反应器内部微生物有较好的活性,而类腐殖质和类富里酸峰荧光呈现逐渐增强的趋势。同时,随着驯化时间的推移,在连续流进水周期内系统的输出电压基本维持在300 mV左右,COD、NH_(4)^(+)-N、TP的平均去除率也逐渐趋于稳定,分别为82.66%±4.47%、73.52%±6.95%和55.42%±8.59%。并通过比较反应器的出水中DOM组分荧光强度得分值,发现从启动到稳定运行的过程中反应器内部微生物的活性和代谢逐渐稳定,说明利用三维荧光光谱技术判断反应器是否运行稳定具有可行性。

白洋淀入淀河流溶解有机物沿程变化特征及来源解析

采用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱,结合平行因子分析、主成分分析等方法,分析了白洋淀3条入淀河流(府河、孝义河、白沟引河)中发色团溶解有机物(CDOM)的光谱特征,阐释了CDOM组成、来源及对水质的影响机制。结果发现:河流CDOM平均浓度顺序为府河>孝义河>白沟引河,其中,府河CDOM的芳香性与分子量高于其他河流,白沟引河腐殖化程度高于其他河流,孝义河CDOM中内源性物质占比高于其他河流;3条河流均检出类腐殖质组分C1、C2、C3和类蛋白质组分C4,其中C1、C2、C3来源相近,且与C4异源;3条河流各组分最大荧光强度和总荧光强度的沿程变化表明,府河CDOM为点源、面源混合来源,孝义河CDOM以点源输入为主,白沟引河CDOM来自水源本身。

藻源有色溶解有机物的光学特性变化及一氧化碳的光生成——以中肋骨条藻为例

以中肋骨条藻(Skeletonema costatum)为研究对象,对其生长周期中有色溶解有机物(CDOM)的光学特性变化、藻源CDOM在不同波长辐照下的降解和一氧化碳(CO)的产生情况进行探究.结果表明,在微藻生长过程中,CDOM吸收系数a(350)呈现先降低后增加的趋势.辨别出2种类腐殖质组分C1(E_(x)/E_(m)=325/395nm)和C2(E_(x)/E_(m)=265/445nm)以及1种类蛋白质组分C3(E_(x)/E_(m)=275/345nm).随着辐照波长范围的增加,a(350)及荧光组分的荧光强度在不同生长阶段的损失率均呈现升高趋势.在光照9h后,a(350)分别在280~800,315~800和400~800nm辐照波长下平均降低了69.07%±8.23%、51.85%±12.54%和31.12%±3.40%.此外,藻源CDOM的降解产物CO随辐照波长范围的增加而升高,紫外光对CO生成的贡献超过70%.

长江口及邻近海域有色溶解有机物的来源、组成和影响因素

有色溶解有机物(CDOM)是河口与边缘海溶解有机物(DOM)的重要组成部分,可以示踪不同水团混合、输运过程中DOM的迁移转化等。通过测定2018年8月长江口及邻近海域分层水体中CDOM的紫外可见吸收光谱和三维荧光特征,结合温、盐和溶解氧等理化参数,研究其来源、组成和分布,并分析了外源输入和生物活动的影响。结果表明,溶解有机碳(DOC)浓度和CDOM的3个特征参数(芳香性指数SUVA254、吸收系数a350和腐殖化指数HIX)在长江口显著高于邻近海域的,从表层到中层再到底层逐渐降低,表明长江冲淡水中CDOM主要来源为陆源输入;而长江口外海域和浙闽沿岸附近特征参数相对较低,代表DOM分子量的光谱斜率S275-295和生物指数BIX相对较高,表明这些区域有较多的生物活动,应与长江、台湾暖流和黑潮次表层水所带来的丰富的营养物质有关。研究海域HIX数值较低,BIX数值较高,表明CDOM主要是自生源贡献。主成分分析的结果表明,pH、溶解氧、温度和叶绿素a等是影响DOC浓度、CDOM绝对含量和组成的主要因素,但在表层这种影响较其他层次弱。基于平行因子分析(PARAFAC)在CDOM中共识别出3种荧光组分,即类腐殖质组分C1(λex为240 nm和285 nm,λem为352 nm)、类蛋白组分C2(λex为270 nm,λem为306 nm)、类腐殖质C3(λex为265 nm和335 nm,λem为428 nm)。其中C1为海洋自生来源和陆源共同影响,C3主要来自陆源;C1和C3主要分布在长江口、杭州湾和浙闽沿岸附近,而C2主要分布在长江口门处和杭州湾外。在表层水体中,一些中高盐度的站位类蛋白组分C2的值较高,对应研究区域内较高质量浓度的叶绿素a和较低的表观耗氧量(AOU),说明C2主要来自浮游植物现场生产。一些中低盐度的站位C2组分的值较低,C1组分的值较高,且个别站位叶绿素a质量浓度也较高,说明高的初级生产促进了微生物活动,使得一些类蛋白组分被微生物分解消耗,产生类腐殖质组分C1。这些对长江口及邻近海域CDOM组成和分布及影响因素认识的丰富,有助于深入理解大河河口及邻近海域DOM的迁移转化过程。

北冰洋有色溶解有机物与溶解有机碳遥感监测

借助MODIS卫星数据,利用准分析算法(Quasi-Analytical Algorithm,QAA)反演得到2010年与2011年夏季北冰洋表层水体有色溶解有机物(Colored Dissolved Organic Matter,CDOM)吸收系数,并依据实测反射率数据将CDOM与溶解有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)分类,研究不同波段(412、443、490、532、555、667 nm)、不同类别的CDOM与DOC的相关性差异,在此基础上建立增强回归树模型,分析影响DOC质量浓度变化的主要驱动因素。结果表明:使用QAA反演北冰洋表层水体CDOM吸收系数具有较高的精度;反射波峰位于555 nm时,CDOM与DOC相关性(R^(2)=0.95)高于整体相关性(R^(2)=0.94),CDOM的反演精度更高(R^(2)=0.88,MRE=28.6%);反射峰位于490或465 nm时,CDOM与DOC相关性较弱(R^(2)=0.76),CDOM的反演精度较低(R^(2)=0.37,MRE=36.4%)。影响因素分析表明,CDOM、悬浮颗粒物以及叶绿素a是影响北冰洋夏季DOC质量浓度变化的主要驱动因素。

船舶压载水中荧光溶解有机物的光谱特征研究

采用三维激发-发射荧光光谱(3D-EEMs),结合平行因子分析(PARAFAC),研究了2015年12月至2020年1月停靠上海洋山港和江苏省江阴港的42艘入境船舶压载水中荧光溶解有机物(FDOM)的组成特征及其来源,并探讨了FDOM用于鉴别置换和未置换压载水的可行性。结果显示,船舶压载水中FDOM主要由3种荧光组分组成:类色氨酸荧光组分C1,λex为275 nm,λem为332 nm;UVB类腐殖质组分C2,λex为290和315 nm,λem为386 nm;UVA类腐殖质组分C3,λex为250和360 nm,λem为446 nm。组分C1在船舶压载水FDOM中荧光强度百分比最高,其次为组分C3,组分C2最低。显著性分析显示,未置换压载水中组分C1显著高于置换压载水(p<0.05)的,而组分C2和C3则无显著差异(p>0.05)。荧光指数分析表明,未置换压载水FDOM受陆源输入和微生物活动的共同影响,而置换压载水由于远离近岸,水体生物活动为其主要来源。未置换压载水中类腐殖质组分C2和C3显著相关(p<0.01),而置换压载水中3种荧光组分间均存在显著相关性(p<0.01),这也表明2类压载水中FDOM的来源存在差异。主成分分析显示,结合荧光强度、荧光指数(FI)和盐度作为判定标准,置换和未置换压载水之间存在较为明显的差异。后续可结合加装时间及其他理化性质等因素,更准确地解析压载水性质和来源。

海洋荧光溶解有机物研究进展

海洋荧光溶解有机物(FDOM)是海洋有色溶解有机物中可产生荧光的组分,其理化性质对于海洋上层的水色遥感、光化学以及浮游植物的生产力和生态系统结构与功能等都有重要影响。总结了FDOM的3种荧光光谱分析技术及其特点,重点对其两种主要成分(类腐殖质和类蛋白质荧光物质)的荧光特性、分布变化以及来源、分布变化及其去除等进行了全面细致的综述,阐述了研究FDOM的海洋学意义,并对今后有待深入研究的重点问题作了展望。

废水中起始惰性溶解有机物的测定

介绍了4种测定起始惰性溶解有机物的方法,即Ekama和国际水质协会提出的两种直接测定法和排除溶解性残留物干扰的两种间接测定法。通过分析比较,指出了4种方法的优缺点及适用情况。其中直接测定法适用于有机物浓度较低的生活污水,间接测定法适用于有机物浓度较高的工业废水。

孝义河枯、丰水期溶解有机物(DOM)的光谱特征

采用紫外-可见光谱和激发-发射矩阵光谱与平行因子分析相结合的方法,研究了孝义河溶解有机物(DOM)光谱特征和荧光成分的时空变化,分析了DOM与水质参数的关系.结果表明:枯水期发色团溶解有机物(CDOM)浓度、芳香性、分子相对质量和光化学反应活性显著高于丰水期(P<0.01),丰水期的腐殖化程度高于枯水期;模型共检出3种类腐殖质组分(C1,C2和C3)和1种类蛋白组分(C4),枯水期腐殖质成分和类蛋白成分来源于流域点源排放,丰水期蛋白质成分来源于点源,腐殖质成分受点源和面源共同影响;荧光溶解有机物(FDOM)组分与水质参数的相关性和回归分析表明其对关键水质指标(化学需氧量,COD)具有良好的预测能力.因此,DOM的紫外光谱参数和荧光组分可用于快速水质监测和污染源指示.

印染废水起始惰性溶解有机物的测定

介绍4种测定起始惰性溶解有机物的方法,比较了各种方法的优缺点及适用情况。利用方法四对印染废水起始惰性溶解有机物的含量进行了测定,结果表明该种废水单纯应用生物法处理难以满足排放标准的要求,必须辅以物化处理系统。起始惰性溶解有机物的测定是应用活性污泥数学模型模拟废水生物处理过程的基础。

胶州湾赤潮暴发水体中溶解有机物质荧光特征

利用荧光激发-发射矩阵光谱(Excitation-Emission Matrix Spectroscopy,EEMS)技术研究了胶州湾2004-02赤潮暴发期间水体中溶解有机物类蛋白和类腐殖质荧光特性,探讨了各种荧光性质与浮游植物增殖、溶解有机碳、盐度、溶解氧和pH的关系,并对切向超滤前后类蛋白和类腐殖质荧光的变化进行了初步评估.结果表明,赤潮过程中溶解有机物类蛋白荧光较强而类腐殖质荧光较弱,并且高和低激发波长类蛋白荧光同源;类蛋白和类腐殖质荧光强度与叶绿素a的对应关系与浮游植物的增殖阶段有关,但整体趋势上却是随着浮游植物量的增大而增强,并且浮游植物量越大,新生成的有机物质占的比例也越大;类蛋白荧光以及类蛋白和类腐殖质荧光强度之比与溶解有机碳具有较好的正相关性,表明赤潮过程中溶解有机物主要由新生成的物质组成;盐度、溶解氧和pH对类蛋白和类腐殖质荧光的影响很小;切向超滤前后类蛋白和类腐殖质荧光峰的位置基本一致,切向超滤前后荧光平衡差于溶解有机碳平衡,在切向超滤的评价上,荧光只能作为溶解有机碳平衡的一个补充.

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。

不同水体中溶解有机物的荧光光谱特性研究

用激光诱导荧光(laserinducedfluorescence,LIF)方法对几种不同水体中溶解有机物(dissolvedorganicmatter,DOM)的荧光光谱进行了测量和分析,给出了不同浓度腐殖酸的归一化荧光强度与浓度的关系。结果表明,可用此种方法进行有效的水体质量监测。

厦门湾有色溶解有机物的光吸收特性研究

研究了厦门湾九龙江河口区、西海域、同安湾及东侧水道海水中有色溶解有机物(CDOM)的光吸收特性,分析了CDOM的河口行为,并讨论了CDOM光吸收特性与其荧光性质之间的关系。结果表明,厦门湾表层海水CDOM光吸收系数a(355)的水平分布表现为河口区最高、东侧水道最低、西海域和同安湾介于两者之间,底层水a(355)的分布与表层基本相似,表明陆源河流输入是厦门湾CDOM的主要来源;a(355)的垂直分布为表层高于底层,主要受水文和生物因素控制。厦门湾表层水CDOM光谱斜率S的平均值介于0.014—0.018nm-1,但河口低盐度区S值较小,反映陆源腐殖质的影响。a(355)在河口混合中呈保守行为,表明CDOM具有良好的保守性质。CDOM的吸收系数a(355)与其荧光强度之间表现为较好的相关关系,指示可以用灵敏度更高的荧光方法来研究CDOM的分布和行为。

激光诱导荧光探测水体中溶解有机物浓度

用Nd∶YAG激光器的三倍频355nm光作为激发光源,根据激光诱导荧光(LIF)方法激发并探测污染水体的荧光光谱.通过对荧光光谱的分析处理研究归一化荧光强度,即450nm处水中溶解有机物(DOM)峰与405nm处水的拉曼峰的比值,反演溶解有机物浓度.用商品腐殖酸和去离子水配置成已知浓度的溶液代替标准DOM溶液进行标定,得到回归方程.结果证明,DOM的归一化荧光强度与水体中DOM浓度有较好的线性关系,因此LIF方法是对大面积水域水质进行动态遥测的较理想方法.