南水北调中线清河溶解性有机物的光降解行为

溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)在水环境中普遍存在,其光降解行为与种类和来源密切相关。近年来,南水北调中线工程沿线中DOM含量过高问题逐渐引起了人们对饮用水水源水质的关注。利用三维荧光光谱与紫外可见吸收光谱表征了清河段DOM在水(Water DOM,W-DOM)、底泥(sediment-derived DOM,S-DOM)、藻胞内(intracellular DOM,I-DOM)和胞外(extracellular DOM,E-DOM)这4种典型来源中的光学性质和光降解行为。结果表明,W-DOM的主要来源是藻类代谢产生的E-DOM;S-DOM的主要形成原因是藻细胞破裂释放I-DOM。DOM的光漂白主要发生在紫外区,且UV-B波段的光漂白效率大于UV-A波段。W-DOM、S-DOM和E-DOM中有色DOM(chromophoric DOM,CDOM)的降解率基本相同,为40%~50%;I-DOM中CDOM降解率相对较低,约为25%。光照可以将W-DOM、S-DOM和E-DOM中复杂的大分子物质分解成结构简单的小分子物质。CDOM中类腐殖质的光降解率比类蛋白质更高,W-DOM、S-DOM和E-DOM中CDOM与类腐殖质的光降解速率在相同时间下基本保持一致;SDOM和E-DOM中CDOM与类蛋白质的光降解速率在相同时间下基本保持一致。以上结果反映了太阳辐射对水环境中DOM的转化和去除机理,为河流水质保护提供了理论依据。

河道藻源胞内有机质光化学-生物降解机制

藻细胞破裂后会向水体释放大量的胞内有机质(intracellular dissolved organic matter,I-DOM)。I-DOM在河道中将经历复杂的光降解和生物降解过程,影响其在河道中的迁移转化和环境效应。为了探明光照和微生物对I-DOM的降解机制,开展了光降解、生物降解和光-生物降解实验。结果表明,I-DOM经7 d光降解和生物降解后,溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)的去除率分别为70%和81%;虽然光照1 d能去除38%的DOC,但后续生物降解(光-生物降解)与无光照生物降解对DOC的去除效率一致。进一步的研究表明,生物降解过程中的呼吸商(respiratory quotient,RQ)低于光-生物降解过程,说明相比于生物降解过程,光-生物降解过程中经光照后生物呼吸时所利用I-DOM的性质发生了改变,进而影响了生物呼吸时O_(2)的消耗和CO_(2)的产生。生物降解过程中微生物主要利用原始的I-DOM分子;而在光-生物降解过程中,生物降解过程的微生物主要利用经光降解转化后的I-DOM分子。光-生物降解过程中,光照消耗了I-DOM中可生物降解的脂质、蛋白质和木质素类组分,导致I-DOM的生物降解效率降低;同时,光照将I-DOM中的大分子物质分解成高O/C的小分子物质,使微生物代谢需要的O_(2)减少,小分子物质则更易被生物降解矿化生成CO_(2),导致RQ升高。本研究结果可为河道水质调控提供参考。