黄河源湖泊表层沉积物溶解有机质光谱特征与来源解析

湖泊沉积物是重要的有机碳库,沉积物有机质来源及组成直接影响着水生生态系统健康。以黄河源区湖泊扎陵湖、茶木错、鄂陵湖、星星海和阿涌尕玛错为研究对象,采用紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)与三维荧光光谱(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC)方法,对湖泊表层沉积物溶解有机质(DOM)的组成特征与来源进行解析。结果表明,PARAFAC模型共解析出4种荧光组分,分别是两种陆源腐殖质组分C1、C4,以及类酪氨酸组分C2、类色氨酸组分C3,其中C1、C4具有同源性。光谱参数和荧光组分占比分析结果表明,黄河源区湖泊表层沉积物DOM组成受外源输入和内源释放共同作用。扎陵湖和鄂陵湖的内源组分占比较其他湖泊高,总体腐殖化程度低。茶木错、星星海和阿涌尕玛错表层沉积物DOM的陆源输入信号更强,腐殖化特征更明显。光谱参数可有效表征湖泊沉积物DOM组成与来源特性,从而为黄河源区湖泊保护与管理提供科学依据。

湖泊微生物与溶解有机质相互作用关系研究进展

溶解有机质(DOM)参与湖泊元素生物地球化学循环,为微生物生存代谢提供能量来源和物质基础,与微生物之间存在复杂的相互关系。文章综述了DOM表征手段,阐述了湖泊微生物与DOM相互作用关系及其代谢机制,探讨了在气候变化背景下湖泊微生物与DOM对气温升高、盐化、富营养化等关键环境因子的响应。未来需进一步开展陆源DOM输入对湖泊生态系统影响研究,探究湖泊碳库的形成过程及其机制,揭示微生物作用对湖泊碳储存的影响,深化对湖泊生态系统固碳潜力的认识。

近岸海域溶解有机质与金属离子的配位机制及溶解氧的影响特性

溶解有机质(DOM)能与金属离子配位,从而影响金属离子的毒性、迁移转化以及生物可利用性,对近岸养殖区的生态环境产生深远的影响。本文利用三维荧光光谱结合平行因子法研究了舟山近岸海域DOM的组成,采用荧光猝灭滴定并运用修正Stern-Volmer模型系统研究了DOM各荧光组分与典型的过渡金属离子Cu^(2+)、Fe^(3+)和Pb^(2+)的配位机制,并进一步研究了海水溶解氧对DOM与Cu^(2+)、Fe^(3+)和Pb^(2+)配位作用的影响。结果表明:舟山近岸海域DOM的4种荧光组分,两种类腐殖质组分(C1、C2)明显比2种类蛋白质组分(C3、C4)更易与金属离子配位;DOM与金属离子配位化合物稳定性大小依次是:Cu-DOM>Fe-DOM>Pb-DOM;此外,缺氧环境明显抑制了溶解有机质与Fe^(3+)的配位能力,但Cu^(2+)、Pb^(2+)的配位能力则几乎不受溶解氧浓度的影响。这些结果将为海水养殖水体的调控、恢复提供科学依据。

新不列颠海沟碳酸钙沉积物溶解有机质光学属性和分子特征

水深超过6000 m的深渊海沟是海洋中的极端环境,频发的事件沉积使海沟成为深海有机质埋藏的热点区域。为深入认识深渊有机质的降解机制,本研究以有机质降解的中间产物——溶解有机质(DOM)为研究对象,利用光谱(EEMs)和傅里叶变换回旋共振质谱(FT-ICR MS)分析了新不列颠海沟轴部正常泥质沉积和碳酸钙异常沉积层中DOM的性质。结果表明,无论是正常沉积还是异常沉积层,DOM均以类腐殖质为主,其分子构成主要为C、H、O三种元素。此外,对化合物组成、木质素指数等的分析发现,异常沉积层中不仅包含较多陆源植物降解产物,而且还包含有丰富的多肽等生物活性物质,指示事件沉积不仅埋藏了惰性的陆源有机物,而且还带来了活性的海源有机质,从而促进了碳酸钙沉积层中的生命活动。本研究揭示了深渊事件沉积对DOM性质的影响,也为理解深渊生命过程提供了新思路。

碳中和背景下水体溶解有机质碳汇潜力解析的实验设计

该文将科技前沿和实验教学相结合,设计了水体DOM碳汇潜力解析探索型实验。该实验设计采集典型水体的DOM样品,开展生物降解培养实验,综合运用总有机碳分析仪、紫外-可见吸收光谱仪和分子荧光光谱仪,定量分析总体溶解有机碳(DOC)的生物可降解性,解析DOM中有色组分和不同类型荧光组分的降解转化特征。实验结果可用于环境DOM的碳汇潜力评估和机理解析。该实验有助于学生理解碳中和前沿科学理论,掌握现代仪器分析技术的原理、操作和数据处理分析方法,培养创新思维和实践能力。

黄河口近岸海域有色溶解有机质的时空分布及光降解特性

根据2018年10月(秋季)、2019年5月(春季)、2019年8月(夏季)和2021年3月(冬季)在黄河口开展的溶解有机质(DOM)及其光学性质特征参数的陆海同步观测数据,结合同步开展的不同来源DOM的光降解船基现场培养试验,分析黄河口DOM及有色溶解有机质(CDOM)的时空分布特征,探讨该海域不同来源DOM光降解作用及控制机制.结果表明,黄河入海径流的溶解有机碳(DOC)和CDOM浓度呈现夏季高、冬季次之、春季和秋季低的变化特征;DOC和CDOM入海通量呈现夏季最高、秋季和春季次之、冬季最低的季节特征,主要受黄河流域汛期及调水调沙作用影响;黄河口DOC呈现不规则斑块状分布,CDOM呈现近岸高、离岸低的分布特征,为黄河输入、海源自生及光降解等多种因素影响所致.在黄河径流较大的夏季,DOC受陆源输入影响较其他季节更为明显,CDOM浓度明显高于其他季节;夏季DOC与CDOM之间的线性关系也显著高于其他季节.春季、夏季和秋季陆源DOM光化学降解速率均高于海源;受DOM来源组成和温度、光照等环境因子共同作用,研究海域夏季CDOM光降解率高于春、秋两季.

施用鸡粪对小麦秸秆养分释放及土壤溶解有机质演化的影响

秸秆还田配施畜禽粪便是一种重要的固体废弃物综合利用资源化技术。外源有机物还田主要以溶解性有机质(DOM)浸入土壤,探讨DOM的演变特征可有效预测秸秆还田土壤不稳定碳库的周转情况。由于禽畜粪便浸入土壤的DOM生物可利用性高于秸秆,两种方法结合后土壤DOM的演化规律尚不清楚。针对华北平原冬小麦夏玉米连作特点,在玉米生育期进行了田间定位试验,设置小麦秸秆还田、小麦秸秆还田配施鸡粪、鸡粪还田和不施肥4个处理。采用三维荧光光谱结合平行因子分析方法,阐明小麦秸秆还田过程中DOM的含量和组成的演变特征,并探究DOM组成演化对秸秆腐解的影响。结果表明添加鸡粪后秸秆失重率、碳氮释放率、土壤微生物碳和微生物氮分别显著提高了4.25%、5.56%、1.56%、12.44%和56.98%,土壤DOM腐殖质化指数显著升高11.97%。变差分解分析表明,类腐殖质和类蛋白质组分的联合作用对微生物碳氮具有正向影响;腐殖质类物质和蛋白质类物质的联合作用,以及微生物对秸秆碳释放均存在正向影响;类腐殖质和土壤微生物碳(MBC)对秸秆氮释放有正向影响。添加鸡粪强化了秸秆还田的效果,可以通过增加土壤微生物量和加速对不稳定的碳库的加工从而加快土壤养分周转并且有效地控制秸秆滞留的环境风险。研究结果有助于提高对外源有机物还田土壤不稳定碳库周转的理解,为利用鸡粪强化小麦秸秆还田效果奠定理论和数据基础。

城市周边环境水体溶解有机质降解差异性比较

溶解性有机质(DOM)广泛存在于水体中,是与水环境密不可分的物质。DOM可以影响微生物群落结构以及水体中多种污染物的迁移转化。本研究以河流、湖泊和池塘三种环境水体作为研究对象,利用光降解技术揭示不同水体环境中DOM的降解效率差异。研究结果显示,紫外光照射下,三种水体样品中的DOM均显著降解,其中湖泊水体DOM的降解效果最为明显。本研究对深入探究DOM对水环境生态系统的影响机制具有重要参考价值。

韩江口及邻近海域夏季营养盐和溶解有机质的河口化学特征

韩江三角洲(包括韩江、榕江和练江)为我国六大三角洲之一,但该海域生源要素的河口化学特征知之甚少.2010年夏季开展了韩江口及邻近海域营养盐、有色溶解有机质(CDOM)来源、分布及河口行为的初步调查.走航及断面温、盐分布显示,韩江口夏季存在南、北两个羽流区且水体层化明显.溶解无机氮、硝酸盐、硅酸盐与吸收系数(a 350)、类腐殖质荧光组分呈表观保守混合行为,而亚硝酸盐、铵盐、活性磷酸盐及类蛋白质组分随盐度波动较大.北羽流混合区硅酸盐河端外推值高于南羽流混合区,说明韩江流域硅酸盐风化作用强于榕江流域.北羽流混合区a 350以及类腐殖质组分的河端外推值高于韩江干流及入海口,表明在河口低盐度区存在添加作用.与东南沿海其他河流相比,韩江具有特征性的高硅酸盐∶溶解有机氮浓度比(1.9)和低CDOM丰度,人为影响程度相对较小,韩江口海域表现为潜在性磷限制特征.

养马岛附近海域藻华期间有色溶解有机质的生物可利用性研究

本研究利用吸收光谱和荧光激发-发射矩阵光谱-平行因子分析(EEMs-PARAFAC),研究了养马岛附近海域海水中有色溶解有机质(CDOM)的浓度、组成、来源和生物可利用性,并估算了浮游植物生长繁殖对CDOM及具有生物可利用性CDOM的贡献。结果表明,表、底层海水中CDOM浓度(以吸收系数a350计)平均值分别为1.62±0.42 m^(-1)和1.30±0.47 m^(-1),光谱斜率(S275-295)平均值分别为0.022±0.003 nm^(-1)和0.023±0.003 nm^(-1)。利用PARAFAC模型识别出4种荧光组分,分别为陆源类腐殖酸C1、类色氨酸C2、类酪氨酸C3和微生物源类腐殖酸C4。荧光指数(FIX)、腐殖化指数(HIX)和生物指数(BIX)显示,CDOM受陆源输入和海洋自生源的综合影响。降解实验结果显示,表、底层海水中生物可利用性CDOM百分比(%∆a_(350))平均值分别为(23.36%±17.94%)和(8.93%±20.30%)。C1、C2和C4组分的荧光强度在培养之后降低,而C3组分的荧光强度上升。各荧光组分生物可利用性依次递减的顺序为:%ΔC1(23.75%±8.96%)>%ΔC4(20.83%±11.71%)>%ΔC2(11.67%±38.87%)>%ΔC3(-29.61%±39.90%),显示培养之后CDOM的平均分子量和腐殖化程度降低。表层海水中a_(350)、%Δa_(350)与Chl a之间存在显著线性相关关系,据此可以估算出浮游植物生长繁殖对CDOM的贡献为36.9%,对具有生物可利用性CDOM的贡献为85.0%。

洞穴溶解有机质组分和循环过程的季节变化特征

溶解有机质(DOM)是岩溶碳汇的关键部分和重要的碳源,但是对于DOM在岩溶含水层中的性质和代谢过程的研究仍然有限。本研究以重庆雪玉洞地下河为例,对洞穴有机碳的来源、组成以及微生物作用对季节补给源变化的响应进行探讨,为进一步了解微生物介导的有机碳转化过程提供研究基础。运用三维荧光EEM研究水体有色溶解有机质(CDOM)的性质和组分并反演地下河水中有机质的来源和组成,结合地下河水水化学特征和16S rDNA细菌群落及功能多样性的季节变化特征,以了解季节性补给源的变化对洞穴地下水DOM输入和性质的影响。结果发现,雪玉洞地下河水以微生物内源有机质为主(61%~77%),降雨是引起岩溶给地下河水中CDOM光谱特征变化的最重要因素,雨季外源有机质输入增加,地下河水中外源有机碳组分含量和芳香性、腐殖酸类物质增加,细菌群落多样性和代谢功能基因随之变化,洞穴中向外输出的外源有机碳增加;旱季地下河水滞留时间和蒸发作用增强,因而微生物对有机质的代谢降解过程更加充分,向洞外输出的有机碳以内源为主。本研究有助于增加对岩溶洞穴地下水系统中微生物对有机碳转化过程的理解。

三维荧光光谱技术在溶解有机质-吸附态砷相互作用中的应用进展

溶解有机质使含砷矿物还原溶解是地下水中砷富集的因素之一,三维荧光光谱技术可以进一步研究溶解有机质在砷迁移过程中的多重作用。本文从溶解有机质的组分、荧光特征指数以及荧光猝灭三个方面综述了三维荧光光谱技术在溶解有机质-砷相互作用中的应用。溶解有机质中的腐殖质组分会与砷形成络合物促进砷向地下水中迁移,还原性醌类充当电子穿梭体,增强了砷在水中的迁移性能。通过荧光指数、腐殖化指数和氧化还原指数可以判断溶解有机质的来源、腐殖化程度以及氧化还原态组分。地表水中砷浓度低,荧光指数高,腐殖化指数较低且以腐殖质物质为主;地下水中砷浓度和腐殖化指数较高,荧光指数低,且腐殖质的醌类部分较少,表明随着水中砷浓度升高,荧光指数成下降趋势,地表水中的腐殖质醌类充当电子穿梭加强了氧化铁的还原和砷迁移作用,促进地表水中的砷向地下水中迁移。砷和溶解有机质会形成砷-溶解有机质络合物,使溶解有机质发生荧光猝灭。pH值和金属离子会影响溶解有机质和砷的络合,但pH值主要影响溶解有机质自身的荧光强度,对砷-溶解有机质络合物的荧光强度影响不大,Ca^(2+)能够明显增强溶解有机质-砷的类蛋白荧光。

贵州红枫湖水体溶解有机质的剖面特征和季节变化

溶解有机氮（dissolved organic nitrogen，DON）与溶解有机碳（dissolved organic carbon，DOC）相结合在湖泊水体溶解有机质（dissolved organic matter，DOM）的研究中少有报道．本研究对贵州喀斯特地区高原性湖泊——红枫湖水体DOC和DON的含量进行了近2a的测定，研究了DOM的剖面特征和季节变化，并探讨了DOM垂向分布和季节变化的影响因素．结果表明，红枫湖DOC的浓度范围为1．60～3．08mg·L^-1，DON的浓度范围为0．10～0．37mg·L^-1．在湖水混合期表层和底层的DOC和DON的浓度基本一致，在湖水分层期DOC和DON浓度表现出从表层往底层减小的趋势．表层水体（0～2m或3m）DOC的浓度在春未夏初或夏季达到最大，DON的浓度在春末夏初稍高于其它月份结合叶绿素和降雨的数据分析认为，藻类活动和陆源输入直接导致了表层水体DOM的季节变化模式．DOM的C／N在一般情况下向下增大，但在夏季南湖的垂向水柱上，DOC和DON的浓度在12m以下增大，C／N从12m的18．1下降为14m的14．9，并向下持续减小，这很有可能是颗粒态有机质发生降解释放出C／N较低的DOM，成为水体内DOM的一个内源，

高原湖泊溶解有机质的三维荧光光谱特性初步研究

提要近年来,荧光光谱技术被广泛应用于研究天然水体中溶解有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)的物理化学特性。为了理解高原湖泊中DOM的组成、荧光光谱特性及其在湖泊水体中的垂直分布情况,作者利用荧光发射光谱、三维荧光光谱研究云贵高原湖泊红枫湖和百花湖中的DOM。结果显示,高原湖泊DOM主要表现为类富里酸荧光,包括可见区和紫外区两种类型的荧光峰,各种天然水体中都有报道的类蛋白荧光在红枫湖DOM中并不明显,而在百花湖DOM中则有较强的类蛋白荧光。溶解有机质所含三种类型荧光峰(PeakA:紫外区类富里酸荧光峰;PeakB:可见区类富里酸荧光峰;PeakC:类蛋白荧光峰)的荧光强度与溶解有机碳之间没有明显的线性相关关系,可能与高原湖泊水体pH值、DOM在湖泊不同深度由于受到光降解、微生物降解等作用存在差异等因素有关。与有机质结构和成熟度有关的荧光峰比值r(A,C)在1.40—2.09范围内,红枫湖南湖、百花湖DOM样品的r(A,C)值随着水体深度有下降的趋势,而红枫湖北湖DOM的r(A,C)值则随着水体深度有较大起伏,揭示了高原湖泊水体中DOM的结构以及分布情况存在差异。另外,r(A,C)值与pH之间具有良好的正相关关系,其相关系数红枫湖南湖DOM为0.95,百花湖两个采样点DOM分别为0.67、0.75,而红枫湖北湖DOM则显示出一定的负相关性(R2=0.45)。

北极孔斯峡湾表层沉积物中溶解有机质的来源与转化历史

在北极地区孔斯峡湾采集28个表层沉积物样品,测定了其中水溶性有机质(也称溶解有机质,DOM)的分子量分布、紫外/可见吸收光谱和三维荧光光谱特征,并利用平行因子分析(PARAFAC)模型对DOM的荧光组分和来源进行了解析。结果表明:孔斯峡湾表层沉积物中有色溶解有机质(CDOM)及其中的荧光溶解有机质(FDOM)含量均从内湾向外湾方向呈逐渐累积的趋势,但CDOM中的FDOM所占比例逐渐减小,与DOM趋于老龄化密切相关。沉积作用减弱以及长期的光化学降解和微生物降解作用对此起主要贡献,并导致腐殖质和小分子组分在沉积物DOM中所占的比例呈逐渐递增的趋势。沉积物DOM包含陆源类腐殖质、自生源类腐殖质和类蛋白等三个荧光组分,但是其组成比例空间差异很大。吸收光谱斜率比(SR)随自生源所占百分比增加而减小,随DOM腐殖质组分中陆源与自生源的比值增加而增加;腐殖化指数(HIX)随类腐殖质与类蛋白质比值和水深的增加而增加,生物源指数(BIX)随自生源比例增加而增加。峡湾沉积物DOM的组成和来源存在着高度的空间差异,在冰川湾区由水体颗粒有机质(POM)的近期转化和迁移而来,而在峡湾中央及口门附近以较老的腐殖质为优势,主要源于水体DOM长期迁移和转化。研究表明,FDOM/CDOM,SR,HIX和BIX等构成的CDOM光谱指纹信息可以作为揭露沉积物溶解有机质来源及迁移转化历史的工具,对探索海洋与冰川相互作用影响下的峡湾环境演变有着重要意义。

洱海沉积物孔隙水中溶解有机质的三维荧光光谱特征

文章应用三维荧光光谱技术对洱海沉积物孔隙水中的溶解有机质进行了研究。结果表明,所有样品均含有4个明显的荧光峰,其中A和C为类腐殖酸荧光,B和D为类蛋白荧光。荧光强度在沉积物-水界面特别强,在1cm处急剧下降,之后随着沉积深度呈上升趋势。孔隙水溶解有机质均具有强的类蛋白荧光,揭示了溶解有机质中含有大量色氨酸、酪氨酸等芳环结构的类蛋白物质,并且在早期成岩过程中随着沉积深度呈积累趋势;类蛋白荧光与类腐殖酸荧光之间具有一定的相关关系,r(A,C)值在0.94-1.79之间,随着沉积深度逐渐下降,r(D,B)值在0.9-1.75之间,与r(A,C)值极为接近,且随着沉积深度有着类似的变化趋势,说明在洱海沉积物孔隙水中,r(D,B)与r(A,C)之间具有一定的相关性。

太湖溶解有机质光谱和氮磷污染的区域分布差异特征

对太湖水体溶解有机质三维荧光光谱、紫外吸收系数、溶解性有机碳(DOC)、总氮和总磷的分布特征进行了研究,定量估算了溶解有机质的来源.研究发现:太湖水体溶解有机质的各物理化学参数以及氮磷质量浓度的区域分布特征明显.水体三维荧光光谱显示有2个特征的类蛋白荧光峰,但不同湖区水样荧光峰位置以及强度并不完全一致.ρ(DOC)和荧光强度〔Fn(355)〕与吸收系数(α)有显著的相关性,但其相关关系也存在明显的区域特征.根据有机质光谱学和理化指标的分布特点、梯度变化规律及地理特征要素,将太湖分为4个区域(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ区),讨论了各区域的特征和变化规律.利用有机质来源与荧光光谱指数的定量关系,估算了溶解有机质的来源贡献率,结果显示,北部湖区城市污水、陆源和生物活动对DOM的来源均有影响,其他湖区DOM以生物作用为主,陆源贡献率均不超过25%.

长江溶解有机质三维荧光光谱的平行因子分析

利用三维荧光光谱(EEMs)研究了2009年9月长江上游至河口近4000km主流区域溶解有机质(DOM)的荧光组分特征及分布变化,结合紫外可见吸收光谱a350,旨在认识长江DOM的组成、来源和迁移转化过程.通过平行因子法(PARAFAC)解谱,得到3个类腐殖质组分H1、H2、H3及2个类蛋白质组分P1、P2.溶解有机碳(DOC)在上游浓度最低,在三峡库区万州附近明显增加,而后趋于稳定.荧光组分峰值之和(∑Fluo)呈类似趋势,和DOC相关性分析(R2=0.92)说明EEMs-PARAFAC可有效示踪溶解有机质的分布.其中蛋白质信号∑P约占∑Fluo的1/4,叶绿素a与∑P、DOC的弱相关性说明自生源不能主导DOM荧光组分分布;不同类腐殖质组分变化趋势不同,H3(Ex/Em:250/450-485nm)在库区后的水体有明显富集,而H1、H2占∑Fluo百分比则有所下降,a350也呈优先降解的趋势,反映了长江DOM迁移转化过程的选择性.

三峡库区水体溶解有机质的荧光光谱特性

利用荧光发射和三维荧光光谱(EEM)研究了三峡库区(TGRA)长江干流及嘉陵江、乌江两支流水体溶解有机质(DOM)的荧光特性。结合采样段面溶解有机碳(DOC)、氧化还原电位(ORP)、pH等参数,考察了干流、两支流及其汇合后各水体DOM的荧光指数f450/500和类腐殖酸与类富里酸强度比值rC/D变化,分析了类腐殖酸、类富里酸及类蛋白质在库区支流与干流、上游与下游水体的来源、组成、分布及环境行为。实验表明:干流水体中DOM以类富里酸、类蛋白质荧光有机质为主;嘉陵江水体DOM以类蛋白质为主,富里酸次之;在朝天门与长江汇合后,类蛋白峰强减弱而类腐殖酸有一定增加;乌江以类富里酸为主,汇合干流后,富里酸和类蛋白质峰增强;库区上游水体DOM主要受嘉陵江影响;干流DOM受陆源性影响。初步揭示了水体DOM的EEM特性与库区水质参数的相关性,为水体监测与分析提供参考。

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EOM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。