亚热带河口陆基养虾塘水体CDOM三维荧光光谱平行因子分析

利用三维荧光光谱平行因子分析(EEMs-PARAFAC)技术,对我国亚热带地区闽江、木兰溪、九龙江河口滨海陆基养虾塘水体的有色溶解性有机质(CDOM)进行了组分及来源分析.研究表明从养虾塘水体CDOM荧光光谱中解析出4个有效PARAFAC荧光组分,包括2种类蛋白质物质和2种类腐殖酸物质,其中类蛋白质组分是河口陆基养虾塘水体中CDOM的主要组成部分.水体的荧光指数FI和自生源指标BIX表明河口区滨海陆基养虾塘水体中CDOM的强自生来源贡献.而腐殖化指标HIX表明养殖塘水体具有弱腐殖化特征.类蛋白质组分与类腐殖质组分之间可能具有相同的来源属性和地化行为,盐度与CDOM呈现极显著负相关,而DOC与CDOM中类腐殖质组分(C2、C3)呈现显著正相关.本研究为进一步揭示养虾塘水体CDOM的光化学性质提供了科学依据.     

亚热带河口陆基养虾塘水体CDOM三维荧光光谱平行因子分析

利用三维荧光光谱平行因子分析(EEMs-PARAFAC)技术,对我国亚热带地区闽江、木兰溪、九龙江河口滨海陆基养虾塘水体的有色溶解性有机质(CDOM)进行了组分及来源分析。研究表明从养虾塘水体CDOM荧光光谱中解析出4个有效PARAFAC荧光组分,包括2种类蛋白质物质和2种类腐殖酸物质,其中类蛋白质组分是河口陆基养虾塘水体中CDOM的主要组成部分。水体的荧光指数FI和自生源指标BIX表明河口区滨海陆基养虾塘水体中CDOM的强自生来源贡献。而腐殖化指标HIX表明养殖塘水体具有弱腐殖化特征。类蛋白质组分与类腐殖质组分之间可能具有相同的来源属性和地化行为,盐度与CDOM呈现极显著负相关,而DOC与CDOM中类腐殖质组分(C2、C3)呈现显著正相关。本研究为进一步揭示养虾塘水体CDOM的光化学性质提供了科学依据。     

城市纳污河流有色溶解有机物时空演变特征

利用平行因子分析和主成分分析方法,结合紫外吸收光谱与三维荧光光谱技术,研究了典型城市纳污河流-河北洨河水体有色溶解有机物(CDOM)的来源及随季节和空间变化特征,探讨了水体CDOM与水质指标间关系.结果表明:洨河水体CDOM主要为新近微生物源产生,受人类活动影响较大.CDOM浓度在时间变化上表现为春夏(2、5月)低,而秋冬(8、11月)高,从上游至下游呈现先升高再降低变化特征.荧光鉴别出的4种组分:组分1(类富里酸),组分2(类腐殖酸)及组分3(类胡敏酸)为类腐殖质,组分4为类蛋白物质.不同季节各组分来源及分布存在差异,除夏季外其他季节水体类蛋白与类腐殖质来源相似,尤其与类胡敏酸组分;类蛋白组分在各季节分布变化显著,冬春含量相对较高.洨河水体荧光物质与氨氮、亚硝氮具有共同来源,其中类腐殖质对COD贡献较为明显.采用光谱分析法并结合平行因子、主成分分析及聚类分析方法可识别污染源空间分布,揭示河体CDOM随季节变化规律.     

春灌背景下黄河上游清水河流域DOM的空间分布规律

运用三维荧光光谱技术结合紫外-可见吸收光谱表征技术,以及各种分析统计方法,对清水河流域水体中溶解性有机质（DOM）的空间分布、光谱特征及污染来源进行了解析,以期为黄河流域水环境治理及污染溯源提供较为可靠的信息.结果表明清水河流域春灌季水质指标空间差异性较大.DOM中类蛋白质物质浓度高于类腐殖质物质浓度,自生源特征强于陆源特征,且新生成的DOM占比较大,即DOM主要来源于水体微生物活动和细菌降解代谢的产物.PARAFAC解析得到6个主成分,包括4个类蛋白质组分（C1、C2、C3、C5）和2个类腐殖质组分（C4、C6）,其中类蛋白质组分的空间差异性大于类腐殖质组分,受水库水和污水处理厂排水等水体内源影响较大.PCA分析得到4个主成分,组分C5、氟离子、组分C2和HIX可分别作为该4个主成分的描述性指标.     

青岛近岸绿潮区溶解有机质微生物可利用性

以青岛近岸绿潮区水体中DOM （溶解有机质）为研究对象,通过室内降解实验计算了水体中DOC （溶解有机碳）的降解效率并分析了水中CDOM （有色溶解有机质）的荧光组分及其变化特征.结果显示,绿潮区不同站点和暴发前后水体中的DOC均发生了不同程度降解,降解过程符合一级降解动力学方程,其中约8.93%~45.10%的DOC可被微生物利用,在时空上受浒苔绿潮影响程度大的水体中DOC降解率最高.应用三维荧光光谱和平行因子相结合的技术,分析确定了绿潮水体中的CDOM包含3种类腐殖质组分（C1、C2、C3）和1种类蛋白质组分（C4）,且所有样品中类蛋白质组分含量均显著高于单一类腐殖质组分,表明浒苔绿潮释放的CDOM主要成分是类蛋白质.降解实验中,类蛋白质组分的变化与DOC含量降解趋势相同,而类腐殖质组分逐渐增加.同时,CDOM各荧光参数与微生物可利用性DOC百分比含量（BDOC%）相关性分析的结果和支持向量机的权重分析结果均显示：相对于BDOC%,C4组分为正相关,C1组分负相关,表明BDOC与CDOM组分间的关联度极高,可推测类蛋白质与BDOC均易被微生物降解利用,而类腐殖质与RDOC （惰性溶解有机碳）关系更为密切.该研究揭示了浒苔绿潮生消期间水体中DOM含量的变化及其与不同荧光组分的对应关系,可为解释浒苔绿潮造成的次生生态灾害的原因提供理论基础,并且可利用CDOM组分含量和DOC含量快速推测出BDOC的含量,为海洋现场调查提供便利.     

夏季闽江CDOM的空间分布与降解特征

利用三维荧光光谱-平行因子分析技术(EEMs-PARAFAC)以及微生物和光降解实验等方法,分析夏季闽江下游-河口区有色溶解有机质(CDOM)的组成、分布及其降解特征.结果表明,闽江下游-河口区CDOM存在三类荧光组分:类腐殖质、类酪氨酸和类色氨酸;类腐殖质是河段CDOM的主要荧光组分,在河口区随着盐度增加主要的荧光组分逐渐变为类蛋白质.CDOM的丰度变化呈现出明显的空间分布格局:河段CDOM的吸收系数a(280)较低,进入市区后有所增加,到了郊区呈现下降的趋势,而在河口区迅速下降;保守估计福州市区对闽江CDOM的贡献为8%.河段a(280)易被微生物降解和光降解,降解率分别为(28±8)%和(44±7)%,其生物可利用性和光化学活性远高于受海源CDOM影响的河口区;类腐殖质、类酪氨酸和类色氨酸荧光组分在河段具有较高的光化学活性,降解率分别为(75±0.5)%、(58±21)%和(73±3)%,但不易被微生物降解,而且在28 d微生物培养后出现类腐殖质的累积.     

南水北调东线中游枢纽湖泊有色可溶性有机物来源组成特征

运用三维荧光光谱(excitation-emission matrices,EEMs)与平行因子分析模型(parallel factor analysis,PARAFAC)技术手段对南水北调东线枢纽湖泊洪泽湖、骆马湖两个水体中CDOM的来源组成特征进行分析.结果表明:①解析出两湖泊均得到3个荧光组分,陆源类腐殖质C1、类色氨酸C2和类酪氨酸C3.②两湖泊3种组分荧光强度在入湖河口附近明显高于其他水域,且丰水季节3种组分荧光强度均显著大于枯水季节(t-test,P 0. 01),其中陆源类腐殖质C1的荧光强度在丰水期最大.表明两湖水体CDOM来源与组成受上游水系来水量和水文过程的影响较大,尤其是陆源类腐殖质浓度的高低.③相关性分析得出,陆源类腐殖质C1与DOC浓度、吸收系数a(254)有极显著相关性(r~2=0. 60,P 0. 01; r~2=0. 88,P 0. 01),相关性高于其余两种组分,表明陆源类腐殖质为CDOM的主要来源.另外,陆源类腐殖质C1与SUVA、S275-295、IC∶IT具有很好的相关性(r~2=0. 49,P 0. 01; r~2=0. 61,P 0. 01; r~2=0. 93,P 0. 01),进一步说明了两湖泊CDOM来源与组成受陆源影响较大.洪泽湖、骆马湖CDOM来源与组成受到不同水文情景和入湖河流的影响,应加强丰水期对入湖河流的水质管理.     

基于三维荧光光谱——平行因子分析技术的蠡湖CDOM分布特征

利用三维荧光光谱(EMMs),并结合平行因子分析法,研究了蠡湖水体中有色可溶性有机物(CDOM)的分布特征及其来源,并探讨了不同组分荧光强度与其他水质因子间的相关性.结果表明,蠡湖水体中CDOM主要由2个荧光组分组成,分别为类色氨酸荧光组分C1(225,280/335)和类腐殖质荧光组分C2(250,300/435),并且C1和C2对总荧光强度的贡献率分别75.70%和24.30%.空间上C1和C2荧光强度自东向西依次递减,呈现东蠡湖高于西蠡湖、沿岸区高于湖心区的趋势.荧光指数(FI)、生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)都显示蠡湖水体CDOM来源于自生微生物、藻类等新近自生源,整体呈现弱腐殖质特征.相关性分析表明,CDOM与N、P元素的迁移转化密切相关,并且对透明度有重要影响.     

河口区溶解有机物三维荧光光谱的平行因子分析及其示踪特性

利用激发发射矩阵荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC),研究了九龙江口有色溶解有机物(CDOM)的荧光组分特征及其河口动力学行为,并探讨其作为河口区有机污染示踪指标的可行性.利用PARAFAC模型识别出九龙江口CDOM由2类4个荧光组分组成,即类腐殖质荧光组分C1(240,310/382nm)、C2(230,250,340/422nm)、C4(260,390/482nm)及类蛋白质荧光组分C3(225,275/342nm).模型结果表明,传统寻峰法指认的短波类腐殖质A峰区域(240～290/380～480nm)实际上并非一个单独的荧光峰,而是若干荧光组分的组合,并且它与传统上指认的长波区海源类腐殖质M峰、陆源类腐殖质C峰之间存在内在联系.包含M峰的C1组分在河口区随盐度增加呈稀释降低趋势,表明M峰并不能被认为是海洋来源的专有特征峰.类腐殖质组分C1和C2在盐度6的河口最大浑浊带区表现出一定的添加行为,之后在河口混合过程中呈保守行为,而类腐殖质荧光组分C4则在整个河口混合过程中都呈保守行为.类蛋白质荧光组分C3在河口混合过程中呈不保守行为,并且在总荧光组分中所占比例在高盐度区呈上升趋势.EEM-PARAFAC不仅可示踪九龙江不同支流DOM的特征,并且还可很好地示踪九龙江口的有机污染程度.     

夏季闽江CDOM的空间分布与降解特征

利用三维荧光光谱-平行因子分析技术(EEMs-PARAFAC)、以及微生物和光降解实验等方法,分析夏季闽江下游-河口区有色溶解有机质(CDOM)的组成、分布及其降解特征。结果表明,闽江下游-河口区CDOM存在三类荧光组分:类腐殖质、类酪氨酸和类色氨酸;类腐殖质是河段CDOM的主要荧光组分,在河口区随着盐度增加主要的荧光组分逐渐变为类蛋白质。CDOM的丰度变化呈现出明显的空间分布格局:河段CDOM的吸收系数a(280)较低,进入市区后有所增加,到了郊区呈现下降的趋势,而在河口区迅速下降;保守估计福州市区对闽江CDOM的贡献为8%。河段a(280)易被微生物降解和光降解,降解率分别为(28±8)%和(44±7)%,其生物可利用性和光化学活性远高于受海源CDOM影响的河口区;类腐殖质、类酪氨酸和类色氨酸荧光组分在河段具有较高的光化学活性,降解率分别为(75±0.5)%、(58±21)%和(73±3)%,但不易被微生物降解,而且在28d微生物培养后出现类腐殖质的累积。     

东江流域主要支流溶解性有机质污染特征初探

溶解性有机质（DOM）是天然水体的重要组成部分,其组分构成及含量能够反映河流污染特征。研究利用三维荧光光谱技术对2014年3—4月东江流域8条一级支流下游DOM的荧光组分进行分析。通过寻峰法和平行因子分析（PARAFAC）识别出两种类腐殖质组分（Peak A和Peak B）和两种类蛋白质组分（Peak C和Peak D）;并结合常规水质指标,探索各支流的主要污染源,为东江流域水质管理提供科学依据。结果表明：1)东江流域淡水河和石马河两种类蛋白质显著高于其他支流,两种类腐殖质出现缺失现象。2）8条支流样点的DOM中,Peak C、Peak D与各常规水质参数相关性显著,说明东江流域DOM能够较好地反映水质情况。3）东江流域中上游支流自然生境良好,受到人为活动影响强度低。中游支流受农业及工业的双重污染,类腐殖质及类蛋白质的含量较上游河流有显著增加。下游支流受人为活动影响剧烈,河岸带自然生境破坏严重,河岸固化,使得类腐殖质缺失;工业废水及生活污水大量排放,类蛋白质含量显著上升。4）与国内外其他河流相比,东江流域各支流、珠江干流广州河段及河口、辽河流域太子河均呈现以类蛋白质为主要组分,与长江流域以及国外河流存在显著差异,说明东江流域人类产生的有机污染严重,亟须治理。     

基于有色溶解性有机质(CDOM)解析陆源污染物在东海区域的分布特征

随着"陆海统筹"海洋保护战略的提出,近海水质修复越来越依靠对污染源数据的准确掌握,而活性磷酸盐和总无机氮等常规水质指标不能对海洋中陆源污染物进行有效指示.因此,本研究利用三维荧光光谱结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）等技术分析了象山港和东海不同深度有色溶解性有机质（CDOM）的组成和分布特征,探讨基于CDOM快速分析技术的近海水质评价方法.结果表明,象山港水质受沿岸排放影响显著,其氮磷营养盐、陆源腐殖质（EEM-PARAFAC组分C1和C4）和生活源类蛋白质（C3和C5）物质显著高于东海表层水体.在东海水体中,5个荧光组分的高值区主要分布在北部近岸表层海域,与盐度分布相反,清晰表明长江冲淡水等陆源输入对CDOM的显著影响.相关性分析表明,陆源物质输入是东海表层水体中污染物的重要来源,而底层污染物的来源则更为复杂.总体上,污水类物质较大程度地改变了东海北部表层CDOM的组成.本研究表明,利用EEM-PARAFAC等技术可快速有效地识别海洋中CDOM的来源,深刻揭示了陆源排放对海洋水质的影响程度,可为"陆海统筹"海洋保护策略提供技术支撑.     

千岛湖有色可溶性有机物光谱学特征及环境指示意义

有色可溶性有机物的光谱学特征能在一定程度上揭示湖泊溶解性有机物来源及其迁移转化规律,探究其光谱学特征对水质保护具有重要的现实意义.本文基于2018年10月在国家级水源供给水库千岛湖布设的60个采样点进行样品采集,运用光谱吸收及三维荧光,结合平行因子分析等方法揭示该湖有色可溶性有机物的光谱特征及其在空间上的变化,进而揭示有机物来源和迁移转化规律,探讨荧光光谱在水质监测应用等方面的指示意义.三维荧光矩阵经平行因子分析解析获得4种荧光组分包括陆源类腐殖酸C1、类酪氨酸C2、类色氨酸C3及微生物作用的类腐殖质C4.类腐殖质组分C1和C4与溶解性有机碳、有色可溶性有机物特征波长吸收系数a(350)均呈现出由西北入湖河口至其它湖区递减的分布趋势,并且C1和C4与溶解性有机碳、a(350)具有很好的相关性与之印证,说明上游新安江输入是千岛湖有机物的主要来源,类腐殖酸是主要的荧光组分.两种类蛋白组分包括类酪氨酸C2和类色氨酸C3分布均具有高度的空间异质性,高值均集中分布在靠近淳安县的湖心区及大坝附近的东南湖区,且该两个组分与叶绿素a浓度无显著相关性.从上游新安江河口至下游大坝出水口方向类腐殖酸组分所占比重逐步减小,而类蛋白组分所占比重增大.结合对该湖周边城镇居民用地分析表明湖心区及东南湖区类蛋白组分一定程度上可能来源于淳安县居民区生活污水的排放;同时,来自上游的类腐殖酸不断稀释及光降解转化为类蛋白组分可能是荧光光谱组成空间变化的又一个原因.C1为主要的荧光信号并与溶解性有机碳、a(350)及叶绿素a浓度具有更好的线性拟合优度,说明陆源类腐殖酸C1相比于其他荧光组分对有机物反演更为准确灵敏.由此表明,千岛湖有色可溶性有机物荧光光谱对有机物来源和迁移转化规律及水质监测等方面具有重要的环境指示意义.     

平寨水库荧光溶解性有机质的来源、特征及其动态转化

利用三维激发发射矩阵光谱(3-D EEM)和平行因子分析,研究了三岔河流域平寨水库溶解有机质的来源、组成和转化情况。在平寨水库的入库水、表层水(0～5 m)、深层水(10～60 m)和出库水中,检测到了几种荧光溶解有机质组分,分别为陆源类腐殖质、自源类腐殖质和浮游植物源的类蛋白质(或类色氨酸或类酪氨酸)。陆源类腐殖质的荧光强度在入库水中略高于出库水,表明陆源类腐殖质在水库系统中相对稳定,大坝截流对其影响不大。自源类腐殖质的荧光强度在库区明显高于入库水和出库水,表明自源类腐殖质既由自源有机物分解产生,又在光化学、微生物和大坝物理拦截过程的影响下发生分解;其他荧光组分中也检测到相似的结果。水温、pH、溶解氧和有色溶解有机质表现出相似的季节变化,光化学和微生物以及大坝拦截是引起水库入库水、库区表层水、库区深层水和出库水中荧光溶解有机质时空动态变化的主要原因。     

博斯腾湖有色可溶性有机物来源及季节变化特征

博斯腾湖是中国西北地区最大的外流湖,近年来随着湖区周边废水排入量的增加,严重威胁到湖泊周边地区居民的饮用水安全.对博斯腾湖开展有色可溶性有机物（CDOM）的来源及季节变化研究对该湖水质保护具有非常重要的意义.通过平行因子分析法解析博斯腾湖CDOM三维荧光光谱,得到类腐殖酸组分C1（255 nm/420 nm）,类酪氨酸组分C2（270 nm/324 nm）和类色氨酸组分C3（230 nm/340 nm）.2018年夏季盐度与C1呈显著负相关（r=－0.64,p<0.01）,与C2呈显著正相关（r=0.65,p<0.01）,这表明河流等外界输入是夏季湖水中类蛋白质和类腐殖质荧光组分的主要来源,夏季强烈的蒸发作用使得微生物活性增强.而2019年秋季盐度与C3呈显著正相关（r=0.70,p<0.01）,与C2呈显著负相关（r=－0.51,p<0.05）,意味着淡水输入直接稀释河口区CDOM中的类蛋白组分.整体上,博斯腾湖CDOM浓度在黄水区附近最大,且夏季CDOM浓度较秋季更大（t-test,p<0.001）,意味着夏季水质更差.河口区各指标的变异程度较大,受淡水输入影响较其他湖区大,这在2018年夏季表现得尤为显著.博斯腾湖CDOM具有高度空间异质性,2018年夏季该湖西部入湖河口区C1组分的贡献较大且该组分贡献率向东部水体交换弱的湖区方向逐渐减小,相应C2组分的贡献率逐步增大.2019年秋季各荧光组分占比表现为由黄水沟河口区以C1为主向东部湖区快速转变为以C2为主.     

松花湖沉积物溶解性有机质荧光光谱特性

溶解性有机质(DOM)对于湖泊的主要污染指标(如COD等)有着较大的影响,而沉积物亦是湖泊污染的主要来源,因此沉积物DOM荧光光谱特性的研究对进一步揭示湖泊污染本质有重要意义.采集了松花湖20个点位的沉积物,利用激发发射矩阵光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术对沉积物中的DOM组分进行了解析,从光谱学角度明...     

北运河水体中荧光溶解性有机物空间分布特征及来源分析

利用激发发射矩阵荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC),研究了北运河荧光溶解有机物(fluorescent dissolved organic matter,FDOM)的荧光组分及其空间分布特征,并对各河段FDOM的来源进行了分析.结果表明,北运河水体FDOM的组分中,代表类腐殖物质的组分含量较多,占总荧光强度平均比例的76.18%,而类蛋白质物质占23.82%.各组分荧光强度与氮、磷等污染物呈显著相关关系,说明FDOM与氮、磷等元素的迁移转化有关系;溶解性有机质呈现出明显的空间分布格局,从上游到下游为先降低后升高.上游区域的FDOM含量受工业废水和沿岸农业径流的影响,溶解性有机质含量较高;中游区域主要受少量生活废水排放的影响,溶解性有机质含量较低;下游区域FDOM来源于周边畜禽养殖废水、生活污水、乡镇工业废水和农田退水等,该区域类蛋白物质的相对丰度明显增加,溶解性有机质含量最高.污水处理厂出水中DOM的含量较高,表明污水处理效果有待进一步提高.     

二龙湖表层水体有色溶解有机物的光学特性及来源

CDOM（colored dissolved organic material,有色溶解有机物）的光学特性可反映水体中内源物质与外源物质的比例,为了解二龙湖受到上游来水所含污染物的影响,利用荧光区域一体化技术和荧光指数分析水体中CDOM的荧光特性,进而判定水体污染状况,并结合CDOM荧光组分与水质参数之间的关系,探讨了不同季节二龙湖水体中CDOM光学特性在时空分布上的差异性以及CDOM的组成与来源.结果表明:①水相中CDOM表现出明显的季节性差异.其中,光谱斜率S_g（275~295 nm）和E_{250 nm:365 nm}〔a_CDOM（250）/a_CDOM（365）〕均表现为丰水期>平水期>枯水期,SUVA_{254 nm}表现为枯水期>平水期>丰水期.②水体中的荧光组分以外源组分R3（富里酸类物质）和R5（腐殖酸类物质）为主,在枯水期、丰水期和平水期分别占总荧光强度的70.0%、60.4%和51.3%.③在丰水期、枯水期、平水期,FI_{310 nm}平均值均大于0.8,FI_{370 nm}平均值均小于1.4,表明在3个水文期,微生物活动带来的内源CDOM在二龙湖南部较为明显.④ρ（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）与CDOM的荧光组分R2（色氨酸类组分）、R4（可溶性微生物副产物组分）和R5（腐殖酸类组分）均具有较好的相关性,相关系数（R）分别为0.71、0.80、0.73,表明DOC主要源于微生物代谢的可溶性副产物及浮游植物的降解.研究显示:水体中CDOM主要组成为内源的色氨酸与微生物蛋白质类副产物以及外源的富里酸类与腐殖酸类有机物;同时,由于冰冻、降水、生活污水排放、农业废水和水生植物等因素,导致湖泊中的CDOM的组分与来源十分复杂.