珠江口沉积物溶解性有机质来源及光谱特征的空间变化

作为海陆交互作用的重要区域,河口在海洋碳循环中扮演着重要角色.近年来,溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)在河口区的来源、降解和保存一直是关注的热点.本研究结合三维荧光光谱和紫外可见吸收光谱,对珠江口3个沉积柱(SI、S2、S3站位,盐度依次增加)孔隙水溶解性有机质的空间分布和来源进...     

山东省周村水库季节演替中沉积物上覆水溶解性有机物的紫外-可见与三维荧光光学特征

运用三维荧光光谱（EEMs）技术结合平行因子分析法（PARAFAC）以及紫外-可见光谱技术（UV-vis）,对周村水库季节演替过程中沉积物上覆水溶解性有机物（DOM）的紫外-可见以及三维荧光光谱特征进行分析.结果表明：周村水库上覆水的总氮、溶解性总氮、总有机碳和溶解性有机碳的季节性差异显著,并且冬季总氮浓度最高、夏秋季总有机碳浓度较高;夏秋季上覆水DOM的吸收系数a₂₅₄和a₃₅₅均高于冬春季,与有机物的分布相一致;4个季节上覆水DOM的E3/E4均大于3.5,说明DOM以富里酸为主,E2/E3（富里酸占DOM的比例）在夏秋季低于冬春季,而且各季节S_R均大于1,表明DOM主要为生物源;三维荧光通过PARAFAC解析出3种组分：类腐殖质（C1）、可见区富里酸（C2）和类蛋白（C3）;对3个组分进行相关性分析,结果显示C1、C2、C3之间具有显著的相关性;DOM的总荧光强度以及各组分的荧光强度均呈现出夏秋季高、冬春季低的特征,且各季节间差异显著;周村水库4个季节的DOM生物源指数（BIX）在0.8~1.0之间,表明水库DOM具有较强的自生源特征,与腐殖程度指标（HIX）的结果相吻合;主成分分析显示周村水库上覆水DOM的光谱特征差异明显,夏秋季的DOM光谱特征相近、冬春季的水体DOM特征相似;并且组分C1、C2、C3与DOM特征参数（a₂₅₄、SUVA₂₈₀、HIX、FI、BIX）以及溶解性有机碳呈显著相关.各荧光组分与水质参数（溶解性总氮和溶解性有机碳）的多元线性回归呈现很好的拟合,通过建立回归方程可以为以后研究周村水库水体四季的DOM光谱特征,分析水库水体的有机物污染特征,并为水库水质管理提供技术支持.     

峡谷分层型水源水库表层沉积物溶解性有机物光谱特征

结合三维荧光光谱技术（EEMs）与紫外吸收光谱（UV-vis）,并利用平行因子分析（PARAFAC）的方法,对金盆水库表层沉积物中溶解性有机质（DOM）光谱的空间分布特征及来源进行分析,并探讨沉积物DOM的荧光组分与可溶性有机氮（SON）、可溶性无机氮（SIN）之间的相关性.结果表明,金盆水库表层沉积物DOM由3类荧光组分组成,分别是类富里酸C1（235 nm,315 nm/430 nm）、类色氨酸C2（220 nm,275 nm/330 nm）和类胡敏酸C3（265 nm/520 nm）,各组分荧光强度占总荧光强度百分比的平均值分别为43.15%、31.54%和25.31%.表层沉积物DOM浓度在空间上呈现从上游到主库区先减少后增加的趋势.光谱斜率S_275-295、S_350-400和光谱斜率比S_R反映出各采样点陆源与内源占比的差异性.荧光指数、自生源指标和腐殖化指标都表明金盆水库沉积物DOM的来源具有内源与陆源双重特征.相关性分析表明,表层沉积物DOM各组分与SON和SIN均呈显著正相关,说明DOM与氮元素的迁移转化密切相关.     

东北地区典型湖沼沉积物溶解态有机质组成特征及来源解析：以库里泡为例

溶解态有机质(DOM)是湖泊沉积物的重要组分,解析DOM的组成和来源对于深入理解湖泊有机质生物地球化学循环及控制水体富营养化具有重要意义。 本研究于2021年5月和8月采集了大庆市库里泡表层及柱状沉积物、泡内水生物(浮游藻类、挺水植物和沉水植物)、岸边土壤、陆生C3和C4植物、禽畜粪便以及城镇污水等样品,分析了样品DOM的稳定同位素(δ¹³C 和 δ¹⁵N)组成及三维荧光光谱特征,并利用IsoSource软件计算了不同来源样品对沉积物DOM的贡献率。结果显示:(1)库里泡内表层沉积物DOM的δ¹³C和δ¹⁵N组成存在季节性差异,5月δ¹³C和δ¹⁵N均值分别为-25.54‰和9.02‰,8月分别为-26.81‰和8.40‰。(2)库里泡内柱状沉积物DOM的δ¹³C和δ¹⁵N组成在垂直方向存在差异,表层(0~3 cm)δ¹³C和δ¹⁵N均值分别为-26.58‰和9.04‰,深层(3~30 cm)均值分别为-25.40‰和10.61‰。(3)表层沉积物DOM的三维荧光组分存在季节性差异。5月以类腐殖质荧光组分为主,占比为87.89%,HIX和BIX分别为6.27和0.67;8月蛋白类荧光组分占比为49.58%,HIX和BIX指数均值分别为1.72和0.87。(4)5月表层沉积物DOM外源输入占比为61%,以土壤(21.40%)和城镇污水(18.08%)为主;而8月内源贡献占比稍高(55.10%),且以挺水植物为主(48.68%)。(5)柱状沉积物(0~30 cm)不同深度DOM来源组成相近,主要为城镇污水、沉水植物/藻和挺水植物,贡献率均值分别为42.13%、25.07%和18.53%。整体上,库里泡沉积物DOM来源主要受到流域内人类活动及气候特征的影响,本文研究结果有利于加深对我国东北地区湖泊沉积物有机质迁移转化及累积规律的认识。     

Spectral characteristics of dissolved organic matter in sediment pore water from Pearl River Estuary

As key parts of land-sea transition zones,estuary ecosystems play a very important role in the ocean carbon cycle processes.The sources,degradation,and preservation of dissolved organic matter(DOM)in estuaries have long been the subject of intense study.To examine the aforementioned issues,this study examined three-dimensional fluorescence spectroscopy and ultraviolet-visible absorption spectroscopy to determine the spatial distribution and sources of DOM in the pore water of three sedimentary cores from the Pearl River Estuary(S1,S2 and S3,with increasing salinity).Using the parallel factor analysis(PARAFAC)method to analyze the three-dimensional fluorescence spectrum data,five fluorescent components were obtained—three humic-like components(C1,C3,and C4),and two protein-like components(C2 and C5).C2 exhibited a significant positive correlation with the sediment microbial deoxyribose nucleic acid(DNA)concentration(R~2=0.69,P<0.01),indicating that the protein-like component C2 might be derived from the catabolism of in situ microbes.C5 displayed a relatively weak correlation with DNA concentration(R~2=0.40,P<0.05),presumably due to the incorporation of phenolic compounds,which have a fluorescence peak very similar to that of protein-like components.The source of humic-like fluorescent components is extremely complex.The content at station S1 was relatively high(1.45–8.83 R.U.),which implies that terrestrial inputs had a significant influence.The three humic-like components showed similar distributions at S2 and S3,and the fluorescence intensity was rather low;this result indicates that the DOM at these two stations was more likely affected by the metabolism of algae and microorganisms.The humification index(HIX)and the fluorescence intensity of protein-like components increased and decreased,respectively,with depth.There was a significant positive correlation between the relative content of protein-like components and the spectral slope ratio(SR),which indicates that DOM transitioned from low-molecular-weight protein-like components in the surface sediment to high-molecular-weight humic-like components in the subsurface.This study provides valuable information for understanding the pore water size/reactivity(PWSR)model of DOM and its biochemical processes occurring in estuary sediments.     

周村水库汛期暴雨中溶解有机物(DOM)的光谱特征及来源解析

运用三维荧光光谱（EEMs）技术结合平行因子分析法（PARAFAC）,对周村水库夏季两场暴雨不同降雨历时以及分子量的溶解有机物光谱特征和来源进行分析.结果表明：周村水库不同暴雨荧光光谱中出现了5种组分,分别为类腐殖质（C1、C2）、可见区富里酸（C3）和类蛋白（C4、C5）;相关性分析显示C1与C2、C3、C4以及C5具有显著的相关性,C2与C3具有显著的相关性,C3与C4以及C5具有显著的相关性;同一分子量下的雨水有机质总荧光强度以及各组分荧光强度随着降雨历时的增加均呈下降趋势,并且在各个历时和分子量间差异明显;同一降雨历时下,第一场暴雨总荧光强度随着分子量的减少而增加,第二场暴雨总荧光强度随着分子量的减少而减少;两场暴雨都呈现自生源的特征,其中第一场暴雨具有以陆源输入为主的特征;组分C1和C3与水质参数硝态氮、氨氮、总氮以及有机碳呈显著相关性.通过对暴雨在不同降雨历时以及分子量DOM光谱特征研究,可以进一步分析水库外源输入的天然有机质特征,为水库水质管理提供技术支持.     

水位波动下的呼伦湖上覆水体与沉积物间隙水之间溶质的运移特征

为了探求内蒙古呼伦湖上覆水体和沉积物间隙水之间溶质运移机制,对呼伦湖的1个沉积物柱芯的间隙水、3个湖泊水体以及湖周边7个地下水体中的氯离子(Cl~-),氢、氧稳定同位素(δD和δ~(18)O)分别进行分析测试,并利用其示踪性对沉积物中溶质运移特征进行研究.结果显示,δD、δ~(18)O和Cl~-浓度在不同水体中的分布具有相似的分布规律,整体上从底部沉积物到上部湖水浓度分布呈现逐渐递减的抛物线趋势,在间隙水中最大值位于所取沉积物柱芯的最深处,Cl~-浓度为306 mg/L,δD和δ~(18)O分别为-58‰和-5.9‰;最小值位于沉积物柱芯上层,并与上覆水体中的值相似,Cl~-浓度为159 mg/L,δD和δ~(18)O分别为-66‰和-7.3‰.为了明确沉积物柱芯中间隙水的高浓度Cl~-和偏正δD、δ~(18)O的来源,比较不同水体的δ~(18)O-δD关系点分布,表明含有偏正值的δD、δ~(18)O和高浓度Cl~-的间隙水与上覆湖水关系密切,可能是由于低水位时期湖水与间隙水相互发生扩散作用而产生的结果.一维对流扩散迁移模型证实扩散作用是控制着沉积物间隙水中溶质浓度在垂向上分布的主要机制,同时湖水水位的变化会影响沉积物间隙水与上覆水体的扩散过程,特别是在水位上升期,富集在沉积物中的溶质可能成为湖水的重要物质来源,影响上覆水体的水质.因此,对于封闭湖泊水位的控制和管理不仅在维持湖泊水量方面有着直接的作用,同时在稳定湖泊水质条件上也有着重要的意义.     

湖泊表层沉积物可溶性有机氮含量及分布特性

选择鄱阳湖、洞庭湖等6个湖泊的15个表层沉积物样品,用1mol/L KCl溶液提取沉积物中的可溶性有机氮(SON),并研究了SON的含量、分布状况及特性.结果表明,所研究的沉积物SON含量变异较大,在17.18-292.31mg/kg之间波动,平均为134.45 mg/kg,占可溶性总氮(TSN)的51.86%,沉积物总氮的7.14%.污染程度重的沉积物中SON含量均较污染程度轻的高,且SON含量与TN、TSN含量呈正相关,即与沉积物氮污染程度呈正相关,分布状况则与湖泊污染程度、人类活动干扰强度等紧密相关,所研究表层湖泊沉积物巾游离氨基酸(FAA)含量处于4.69-42.04mg/kg间,平均为23.27mg/kg,占SON的18.80%,TN的1.24%,FAA与SON含量呈显著正相关,在沉积物中的平均含骨及在SON中的比例均较土壤中高,说明湖泊沉积物SON有较大的易分解组分,SON与沉积物可溶忭无机氮、有机质、CEC等显著相关,因此,SON是湖泊沉积物氮的重要组成部分,对湖泊富营养化具有重要的影响,特别是对污染严重的沉积物而言,更应重视其SON在湖泊氮循环及富营养化中的作用.     

Photodegradation of autochthonous and allochthonous dissolved organic matter in a natural tropical lake

Dissolved organic carbon (DOC) is one of the most abundant fractions of organic matter in aquatic systems and plays an important role in the dynamics of aquatic environments, controlling both the penetration and the underwater light radiation climate. DOC can be photodegraded by light, thus facilitating biodegradation, especially in regions where the incidence of solar radiation is high, such as higher altitudes and lower latitudes. This study quantified the photodegradation of dissolved organic material in a natural tropical lake surrounded by native forests (Brazilian Atlantic Forest) through two experiments: i) the first experiment exposed concentrated autochthonous, allochthonous, and lake water to in situ solar radiation; ii) this experiment also exposed the same organic material to artificial UV radiation in an incubator under controlled conditions. The quality and quantity of dissolved organic carbon were measured using indices based on carbon absorbance and fluorescence spectrum. In the in situ experiment, it was observed that the DOC degradation profile of the concentrated allochthonous and autochthonous organic material were distinct from each other in the absorbance indices, and the lake water mostly resembled the latter one. On the other hand, we did not see evidence of any significant difference among treatments in the laboratory experiment. An increase in the SR index and a concomitant decrease in the fluorescence of humic compounds and SUVA₂₅₄ over time were observed. In both experiments, the amount of degraded organic material over time was low and some possible explanations are discussed.     

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.