抚仙湖有色可溶性有机物的来源组成与时空变化

基于2017年1-12月在抚仙湖开展的逐月观测,利用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术探讨该湖有色可溶性有机物（CDOM）的来源组成及时空变化特征.12个月CDOM吸收值a（254）的均值为3.47±0.57 m^-1,范围为1.82~5.22 m^-1,说明CDOM丰度较低.平行因子分析结果给出了2种类酪氨酸荧光组分（C1和C3）、1种类色氨酸荧光组分（C2）、1种类腐殖质荧光组分（C4）,12个月内源组分（C1+C3）对总荧光强度的平均贡献为65.81%±15.38%,外源组分（C2+C4）的平均贡献为34.19%±15.38%;荧光指数FI的均值为1.73±0.14,腐殖化指数HIX的均值为1.02±0.37,生源化指数BIX的均值为1.23±0.27,说明CDOM主要为微生物内源产生.时空变化方面,春（3-5月）、夏（6-8月）、秋（9-11月）和冬（1、2、12月）季的a（254）分别为3.20±0.47、3.76±0.64、3.67±0.50和3.23±0.38 m^-1,夏季和秋季均显著高于冬季和春季;CDOM丰度及内外源组分的空间分布具有季节异质性,可能与流域土地利用、河流输入、降雨、温度、光辐射等因素有关.     

云南高原湖泊有色可溶性有机物和颗粒物光谱吸收特性

云南高原湖泊是我国湖泊分布最密集的五大湖群之一,不但湖泊数量众多而且类型多样.由于湖泊所处位置海拔较高,容易受只益增强UV-B辐射影响.通过对云南高原34个湖泊有色可溶性有机物和颗粒物吸收测定,分析其光谱吸收特性及对总吸收的贡献,有利于深刻理解紫外辐射在高原湖泊内衰减.不同湖泊间CDOM吸收差异明显,其大小与水体营养盐状况相关,CDOM吸收系数与水体总氮存在显著正相关.增加背景项的指数函数模型能最好模拟CDOM光谱吸收.除在浮游植物浓度非常高的杞麓湖、听湖、星云湖,颗粒物吸收系数在675nm附近存在一个吸收蜂外,其它湖泊总颗粒物光谱吸收大致随波长的增加吸收系数逐渐降低,呈现非色素颗粒物光谱吸收特征,整体上颗粒物吸收以非色素颗粒物为主.CDOM对总吸收的贡献主要集中在600nm以下波长,尤其是400nm以下的紫外波段,其在紫外波段(350-400nm)的贡献明显要大于光合有效辐射波段(400-700nm)(ANOVA,P<0.001).特别对于透明度SD≥1.0的清澈型湖泊,CDOM吸收对紫外辐射衰减的贡献更大,其吸收很大程度上决定了紫外辐射的影响深度.     

太湖冬季有色可溶性有机物吸收荧光特性及遥感算法

基于2006年和2007年1月两次太湖采样,对50个点位的有色可溶性有机物(CDOM)光谱吸收、荧光、溶解性有机碳(DOE)浓度及遥感反射率进行测定与分析,探讨冬季太湖CDOM的吸收荧光特性及空间分布,建立CDOM吸收系数的遥感反演算法.结果表明,太湖冬季CDOM在355nm处吸收系数a(355)变化范围和均值分别为1...     

高邮湖、南四湖和东平湖有色可溶性有机物来源组成特征

高邮湖、南四湖和东平湖作为南水北调东线枢纽湖泊,其水质状况对保障调水安全起到关键性作用本文运用三维荧光光谱平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)分析了3个湖泊在不同水文情景下有色可溶性有机物(CDOM)吸收、荧光光谱特征以及荧光组分与主要水质参数的相关性,以探究3个湖泊CDOM来源组成特征结果表明,平行因子分析法解析CDOM三维荧光图谱,得到陆源类腐殖质C1、类色氨酸C2和类酪氨酸C3不同水文情景对高邮湖CDOM来源与结构组成影响较明显,丰水期其类腐殖质荧光强度显著大于枯水期(t-test,P<0.01),并且与a(254)呈正相关(R²=0.85,P<0.01),表明类腐殖质是CDOM主要部分,该荧光组分贡献率可达50%[F_maxC1/(F_maxC1+F_maxC2+F_maxC3)×100%],高邮湖受到入湖河流来水的影响较大,丰水期入湖口附近荧光强度明显高于其他水域东平湖和南四湖CDOM来源组成特征相似,丰水期东平湖和南四湖组分C2和C3显著低于枯水期(t-t...     

太湖流域昆承湖春季颗粒物和有色可溶性有机物吸收特性

利用2010年4月23日在昆承湖采集的水体吸收系数数据,对总悬浮物颗粒物、浮游植物色素颗粒物、非色素颗粒物和有色可溶性有机物的吸收特征进行研究.结果表明,春季昆承湖水体除675 nm附近具有叶绿素吸收峰的红光波段外,非色素颗粒物吸收系数大于浮游植物色素颗粒物吸收系数,总颗粒物吸收系数光谱分布与非色素颗粒物的吸收光谱类似...     

淀山湖有色可溶性有机物的光谱吸收特性

探讨了淀山湖水体中有色可溶性有机物(CDOM)的光谱吸收特性,CDOM与叶绿素a、浊度和COD等水质参数的关系,以及不同波段范围内CDOM光谱吸收形状(指数函数斜率S值)的变化.结果表明:淀山湖CDOM吸收系数不高,在355 nm波长处的吸收系数变化范围是6.95-10.28 m-1,而且湖南区高于湖北区;CDOM吸收系数和叶绿素a、浊度、COD等水质参数的相关性都不高,证明湖中的CDOM主要来自于城镇生活污水和工业废水的排放;CDOM吸收系数在300-500 nm范围内随着波长的增加呈指数递减,超过500 nm之后呈线性递减,在300-500 nm波段范围内指数函数的曲线斜率S为11.7-14.8 μm-1,在501-750 nm波段范围内波长每增1 nm,CDOM的吸收系数减小0.0021 m-1.     

云南程海真光层深度的时空分布及其影响因子

程海位于云南省丽江市永胜县,是高原封闭型深水湖泊的典型代表.为了揭示程海真光层深度的时空分布及其影响因子,于2016年3月-2017年2月在程海布设9个点位开展逐月调查.结果显示：光合有效辐射漫射衰减系数、真光层深度的年均值分别为1.06±0.25 m^-1、4.64±1.27 m;空间变化方面,无论"北、中、南部"还是"西、中、东部",全年、逐月及雨旱季的真光层深度均无显著差异;时间变化方面,5月的真光层深度最高（6.49±1.03 m）、7月的最低（3.63±0.48 m）,且全年、雨季、旱季的各月份间差异显著;回归分析发现,浮游植物生物量是程海真光层深度的最主要影响因子,悬浮物浓度次之（主要在雨季）,有色可溶性有机物的影响甚微.为进一步识别程海真光层深度的间接影响因子,本文还分析了浮游植物生物量与生态因子的相关性.本研究可为程海的保护和治理积累数据并提供借鉴.     

蓝藻水华暴发和衰亡对太湖有色可溶性有机物的影响

利用平行因子分析(PARAFAC)技术对藻华暴发季节太湖梅梁湾和开敞区水样中有色可溶性有机物(CDOM)的三维荧光光谱进行分析,获得代表类酪氨酸、类色氨酸和类腐殖酸等3种荧光组分,这3个组分的荧光得分值均与叶绿素a浓度呈极显著正相关,其中类腐殖酸物质荧光得分值占总分值的比例也与叶绿素a浓度极显著正相关,由此可以推测,蓝藻水华可能是太湖CDOM的一个重要来源,并极大地影响了湖泊CDOM的组成结构.为进一步探索蓝藻水华对湖泊CDOM的影响,于太湖梅梁湾湖岸进行藻华暴发和衰亡模拟试验.PARAFAC结果显示,模拟试验水样CDOM的三维荧光图谱同样含有3个组分,其中类酪氨酸和类色氨酸荧光峰位置与湖泊水样基本相同,而类腐殖酸物质荧光峰则有一定程度的蓝移,表明培养试验中有新的内源类腐殖酸物质产生.利用PARAFAC模型中的得分值计算后发现,初始叶绿素a浓度越高,类腐殖酸物质所占比例越大,而实验结束时添加了高浓度和中等浓度藻的2个处理中类腐殖酸物质对荧光的贡献率也有显著提高.因此,藻华的长期暴发可以显著改变湖泊CDOM的组成,导致类腐殖酸物质比例提高.     

太湖梅梁湾有色可溶性有机物的空间分布及光学行为

2004年3月对太湖梅梁湾有色可溶性有机物(CDOM)的吸收和荧光等光学行为进行研究,并由此探讨了CDOM的空间分布．结果表明,溶解性有机碳(DOC)的浓度在10．48-19．72 mg／L间变化,其均值为13．20±2．79 mg／L;CDOM在280 nm,355 nm和440 nm的吸收系数分别为18．73-31．91 m-1(平均值23．19±4．36 m-1)、4．63-7．14 m-1(平均值5．76±0．91 m-1)、1．45-2．99 m-1(平均值1．92±0．40 m-1);355 nm波长处CDOM的比吸收系数为0．34-0．57 L／(mg·m),平均值0．44±0．06 L/(mg·m);表征CDOM分子大小的比值a(250)／a(365)变化范围为5．05-7．55;355 nm的激发波长、450 nm的发射波长处的荧光值的变化范围0．79-3 04 nm-1(平均值1．69±0．77 nm-1)．CDOM吸收系数、DOC浓度、荧光强度的分析显示CDOM浓度呈现从河口往湾内、湾口递减的趋势．CDOM吸收与DOC浓度的相关性随波长的降低而增加,在短波部分存在明显的正相关．355 nm处的荧光值、DOC浓度与CDOM吸收系分别存在如下显著性正相关关系:Fn(355)=0．692(±0．135)a(355)-2．297(±0．786),a(355)=0．233(±0．061)DOC 2．690(±0．816)．280 -500 nm、280-360 nm、360-440 nm指数函数斜率S值分别为13．86±0．91、18．54±1．11、12．93±0．92μm-1,S值与比吸收系数之间存在显著的负线性相关关系,而与a(25)／a(365)值则存在显著的正线性关系．比吸收系数越大,a(250)／a(365)值和S值就越小,对应的CDOM分子量就越大,腐质酸的比例就越高．     

有色可溶性有机物(CDOM)吸收作为湖库化学需氧量监测替代指标的探讨

化学需氧量是衡量水体中有机物量及污染程度的综合性指标,也是我国《地表水环境质量标准(GB 3838—2002)》的重要评价指标.然而,由于测定过程缓慢和使用了有毒有害试剂易于形成二次污染,现行标准的高锰酸钾和重铬酸钾化学需氧量测定方法无法做到环境友好,也不能反映当前快速和实时监测的技术需求.因此,迫切需要发展操作简便、快速高效、灵敏可靠、环境友好和环保绿色的化学需氧量替代检测方法.本文首先从文献计量学视角比较我国与世界上发达国家化学需氧量研究主题论文发文量,剖析了我国发展化学需氧量替代检测方法的迫切性.基于全国大范围65个湖库706个样本有色可溶性有机物吸收系数、化学需氧量和其他水质参数同步调查数据,构建广覆盖范围的有色可溶性有机物特征波长吸收系数和化学需氧量间高精度线性关系模型,确定了地表水环境质量评价的吸收系数阈值,模型可以广泛应用于不同类型(深水、浅水、大型、中型、小型)和不同营养状态(贫、中、富营养)湖库水体有机物浓度的定量表征,具有一定普适性.通过对比有色可溶性有机物吸收系数和传统的高锰酸钾、重铬酸钾法优势和不足,明确了有色可溶性有机物吸收系数替代化学需氧量用于湖库水体开展有...     

不同丰枯情景下长江三角洲非通江湖泊(滆湖、淀山湖和阳澄湖)有色可溶性有机物组成特征

长三角地区大部分湖泊为非通江湖泊,地势低平,港汊及闸坝众多,水流宣泄不畅,水力滞留时间较长,加之周边地区城镇人口稠密.因此与水滞留时间短的通江湖泊相比,非通江湖泊的有色可溶性有机物(CDOM)来源和组成具有差异性.本文选取了3个重要的中型非通江供水湖泊——滆湖、淀山湖和阳澄湖,对枯水期、平水期、丰水期3种水文情景下CDOM组成结构变化特征进行分析,从而进一步揭示该类湖泊CDOM来源和对水文情景响应的内在机理.结果表明:滆湖、淀山湖和阳澄湖通过平行因子分析法得到2种类腐殖质(C1和C4)和2种类蛋白质(C2和C3),湖泊CDOM结构受到降雨事件和人类活动的双重影响.三个湖泊类蛋白质的高值在空间上主要集中在人类活动频繁的湖区,并且类蛋白质平均荧光强度与叶绿素a浓度相关性较差,说明湖泊类蛋白质组分受到内源藻类降解、外源人类生产生活排放双重作用的影响.三个湖泊类蛋白质的平均荧光强度和总氮浓度均在枯水期显著高于丰水期,说明降雨量的增加可以稀释湖泊有机质浓度;同时,陆源类腐殖质C1与溶解性有机碳、总氮、总磷、叶绿素a浓度呈显著正相关,并且随着降雨量增加,类蛋白质的占比逐渐降低,滆湖从86.84%降低至62.49%,淀山湖从96.53%降低至90.56%,阳澄湖从98.40%降低至96.26%,说明降雨事件也可以增强径流的冲刷作用,携带更多腐殖化程度高的陆源有机质进入湖泊.本研究发现降雨过程和人类活动共同作用于滆湖、淀山湖和阳澄湖CDOM库,研究结果可以为进一步保障太湖流域人类用水安全提供参考依据.     

暴雨事件对千岛湖CDOM及颗粒物吸收光谱特征的影响

为了研究暴雨事件对千岛湖有色可溶性有机物(CDOM)和颗粒物吸收光谱的影响,利用2016年暴雨前(3月1-6日)和暴雨后(4月6-11日)采集的水样,对暴雨前、后千岛湖水体CDOM、浮游藻类和非藻类颗粒物的吸收光谱特征进行分析,探讨暴雨事件对其造成的影响.结果表明:千岛湖作为典型的深水型内陆湖泊,其CDOM、浮游藻类颗粒物和非藻类颗粒物的吸收强度较太湖等浅水型湖泊弱.暴雨前,CDOM光谱吸收系数aCDOM(λ)值在0~0.6 m-1范围内变化,其光谱拟合系数SCDOM的均值为0.0158±0.00145 nm-1.暴雨前浮游藻类光谱吸收在总颗粒物中占主导,aph(λ)在0~0.35m-1范围内变化,非藻类颗粒物光谱吸收系数aNAP(λ)在0~0.15 m-1范围内变化,其光谱拟合系数SNAP均值为5.62±0.57μm-1;暴雨后CDOM光谱吸收系数aCDOM(λ)值在0~1.6 m-1范围内变化,其光谱拟合系数SCDOM的均值为0.0157±0.00101 nm-1.暴雨后浮游藻类光谱吸收系数aph(λ)在0~2.5 m-1范围内变化,非藻类颗粒物光谱吸收在部分区域已占据主导地位,aNAP(λ)在0~0.8 m-1范围内变化,其光谱拟合系数SNAP均值为5.72±0.68μm-1.由CDOM吸收特征值相对分子质量M值得出,暴雨前、后千岛湖不同区域CDOM组成都以富里酸为主,且暴雨前M值分布较均匀,暴雨后M值呈现从新安江向缓冲区、东南区递增的趋势,这说明西北区随暴雨输入的腐殖酸增加了CDOM的相对分子质量.暴雨对SNAP值影响较大的区域为西北区、西南区、东北区,对西南区影响最小.本研究为使用光学手段深入探讨暴雨事件对千岛湖水环境的影响提供重要依据.     

太湖入湖河口和开敞区CDOM吸收和三维荧光特征

应用吸收和三维荧光光谱对2007年夏季太湖入湖河口和大太湖开敞区有色可溶性有机物(CDOM)浓度及来源进行研究.结果表明,河口区和开敞区CDOM吸收系数a(355)存在显著空间差异,河口区明显大于开敞(ANOVA,P<0.001),a(355)最大值出现在大浦河口和竺山湾漕桥河几附近,最小值出现在东太湖和胥口湾.a(355)与溶解性有机碳、化学耗氧量浓度存在显著正相关.所有样品一般都含有4个明显的荧光峰,包括1个可见光区的类腐殖质荧光C峰,1个紫外光区的类腐殖酸荧光A峰,2个类蛋白荧光B峰和D峰.河口区外源输入的类腐殖质荧光非常强,最著大于开敞区(ANOVA,P<0.05).而河口区和开敞区类蛋白荧光没有显著性差异,反映开敞区除外源河流输入外,内源生物降解等对类蛋白荧光贡献增加.在河口区B、C峰的比值r(B/C)/b于1,均值为0.62±0.14、在开敞区r(B/C)除12#是0.92,其他值均大于1,均值为1.12±0.13,初步判断r(B/C)可以作为区分CDOM来源的重要参数.CDOM吸收a(355)与类腐殖质荧光C峰、A峰均存在极显著的正相关,而与类蛋白荧光相关性则明显下降,与D峰存在显著正相关,与B峰没有显著相关.