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.     

太湖有色可溶性有机物(CDOM)对COD及BOD5的指示意义

化学需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD_5)及溶解性有机碳(DOC)是指示湖泊水质的重要指标,然而上述指标测定通常耗费大量时间、试剂及人力物力且排放大量有害废液.有色可溶性有机物(CDOM)是溶解性有机物(DOM)中可以强烈吸收光谱中的紫外光和可见光的部分,数据测定耗时短、方便快捷,且样品处理过程环境友好,能在很大程度上反映湖泊水质.本研究基于2016年2、5和8月在太湖均匀布设的32个采样点进行样品采集,运用光谱吸收与三维荧光-平行因子分析(EEMs-PARAFAC)探究太湖CDOM的光谱吸收和荧光组分,探讨CDOM光谱指标对湖泊BOD_5、COD及DOC浓度等湖泊环境质量指标的可替代性.结果表明:(1)运用EEMs-PARAFAC方法解析出3种荧光组分:类腐殖酸C1、类酪氨酸C2和类色氨酸C3.(2) COD和BOD_5和DOC在空间上呈现出相似的分布趋势,不同水期的最高值均出现在竺山湾和梅梁湾,由西北湖区至中部敞水区、东南湖湾递减.(3)在不同水期,COD、BOD_5、DOC浓度和C1组分均表现为丰水期极显著大于枯水期和平水期,a_(254)在丰、平、枯水期间无显著性差异,最大值出现在丰水期;C2与C3组分均在枯水期和平水期极显著大于丰水期.(4)在不同水文时期,COD、BOD_5和DOC浓度均与a_(254)、类腐殖酸C1呈显著正相关,丰水期太湖COD、BOD_5和DOC浓度与CDOM光谱指标的线性相关性要优于枯水期和平水期.(5) CDOM光谱指标在不同水文时期均能很好地替代COD、BOD_5和DOC等作为反映太湖水体中有机物污染程度及湖泊水质的指标.     

引黄水源水库平-丰水期有色可溶性有机物(CDOM)的来源、组成及差异分析

为探究引黄水源水库——门楼水库平水期和丰水期有色可溶性有机物(CDOM)的组成特征、来源及差异,运用紫外—可见光谱技术(UV-vis)和三维荧光光谱(EEMs)技术,结合平行因子分析法(PARAFAC)分析2022年5月(平水期)和2022年7月(丰水期)有色可溶性有机物含量及组分变化。研究结果表明:PARAFAC识别出2类荧光组分,分别是C1(Ex=355 nm,Em=476 nm,类腐殖质组分)和组分C2(Ex=225 nm,Em=320 nm,类蛋白组分);丰水期CDOM组分荧光强度显著高于平水期。CDOM光谱参数表明,门楼水库水体处于中营养状态,水体CDOM受新生内源和外源输入共同影响,以自生源为主;水库CDOM具有相对分子量小、腐殖化程度较弱的特点。丰水期水库富营养化水平和CDOM相对浓度低于平水期;丰水期CDOM疏水性组分比例和芳香化程度高于平水期。水质理化指标、CDOM组分和光谱参数相关性分析结果表明SUVA₂₆₀和SUVA₂₈₀与DOC呈显著负相关,说明紫外—可见光谱参数在一定程度上可以用来估算DOC的浓度;Chl.a浓度作为...     

新疆艾比湖流域枯、丰水期三维荧光光谱特性及其与水质的关系

以艾比湖流域主要入湖河流为研究对象,在5月（丰水期）和8月（枯水期）分别沿博尔塔拉河（博河）和精河进行采样,采用平行因子模型（PARAFAC）和三维荧光区域积分法对水体三维荧光特性进行研究并对其与水质的关系在枯、丰水期下的变化进行探讨.结果表明①河流DOM在枯水期与丰水期都含有C1（240、425 nm） UVC类腐殖质,C2（225、290 nm）紫外区内络氨酸类有机物,C3（230/280、330 nm）蛋白类有机物,C4（265、260 nm）腐殖质类共4种组分.通过对水体三维荧光进行区域积分可以看出DOM荧光成分的占比在不同时期的变化.博河在枯水期时EEM光谱中的区域Ⅲ富里酸含量低于丰水期,枯水期时区域Ⅱ芳香类蛋白质、区域Ⅳ可溶性微生物代谢物以及区域Ⅴ类腐殖质酸高于丰水期;对于精河来说,区域Ⅱ芳香类蛋白质和区域Ⅳ可溶性微生物代谢物在枯水期的含量高于丰水期,区域Ⅲ富里酸和区域Ⅴ类腐殖质酸的含量枯水期低于丰水期,这表明水体腐质化程度较高.②本研究选取了一些常规的荧光指数来描述枯、丰水期水体的荧光指数特性.经研究发现,精河的荧光指数、自生源指数和腐殖化指数在不同时期的变化幅度较小,而博河的变化幅度较大.③将荧光指数与水质参数进行相关性分析并建模,结果表明枯水期自生源指数（BIX）与化学需氧量呈显著正相关,相关系数R=0.688;丰水期时BIX与铵态氮浓度呈显著负相关,相关系数R=-0.493.通过对比分析艾比湖主要入湖河流的三维荧光光谱特性与水质在枯、丰水期时的关系进一步表明水体中DOM的特性以及在枯、丰水期下的差异,为艾比湖流域的治理改善提供一定的理论支持和参考依据.     

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.     

“引江济太”水系有色溶解有机质的特征与来源

在"引江济太"水系的调查基础上,分析了有色溶解有机质(CDOM)的吸收光谱、荧光特性及其主要来源,探讨了CDOM与pH、DO、叶绿素a等水质指标的关系。结果表明:水体吸收系数a(355)与CDOM浓度呈显著正相关,均具有明显的空间差异,它们在河道出入湖口及开阔湖区较低,而在望虞河和太浦河中游较高,这显然与中游河道受纳了两岸污水有关,S值也表明望虞河受外源输入影响最大。通过三维荧光激发-发射矩阵(EEM)分析,发现了5种荧光团,包括2种类蛋白荧光团和3种类腐殖质荧光团,其中类蛋白荧光(特别是T峰)明显强于类腐殖质荧光。研究发现,水体DO浓度、pH值均随CDOM浓度呈指数函数递减。荧光指数(FI)明显偏向生物来源(约1.9),因此,"引江济太"水系CDOM以生物的本地生产为主,河道局部污染水体中的类腐殖质荧光可能来源于污水微生物对藻类产生的溶解有机质的转化,在局部河道中也有一定的外源输入。     

新疆艾比湖主要入湖河流精河与博尔塔拉河三维荧光光谱特性及其与水质的关系

以艾比湖主要入湖河流——精河与博尔塔拉河为研究对象,分别分析了精河与博尔塔拉河的水体溶解性有机质(DOM)的组成结构及水质参数与荧光指数的关系.利用平行因子分析法对三维荧光光谱(EEM)分析发现,精河与博尔塔拉河均含有C1(260/420 nm)腐殖酸等有机质、C2(240,240/490 nm)UVC类腐殖质、C3(220/280,300/450 nm)蛋白质类有机质和C4(260,270/530 nm)类腐殖质,且不同荧光组分结构具有一定差异性.为了进一步了解DOM组分特征,采用三维荧光区域积分法分析各区域标准体积百分比,结果表明精河与博尔塔拉河EEM的区域Ⅰ与区域Ⅱ蛋白质有机质含量最高,区域Ⅲ富里酸含量最低.相关性分析表明,主要入湖河流的水质参数与荧光指数中,自生源指数(BIX)与总氮(TN)浓度以及腐殖化指数(HIX)与铵态氮(NH_4~+-N)浓度的相关性较强,相关系数分别为0.831和0.684,且具有显著性;HIX与TN浓度的相关系数为0.604,达到显著性水平.进而对相关性较强的水质参数与荧光指数进行3次拟合,其中HIX与NH_4~+-N浓度的拟合效果最好,相关性系数为0.908,其次是BIX与TN浓度,相关性系数为0.844.总之,通过分析精河与博尔塔拉河三维荧光特征,以及探讨荧光指数与水质参数的关系,可为治理干旱区水环境问题提供理论依据和参考.     

江苏省西部湖泊溶解性有机物光谱学特征和来源解析

利用光谱学手段研究江苏省西部湖泊表层水体中溶解性有机物(DOM)组成与结构,并对其来源进行分析.单位浓度可溶性有机碳在254和280 nm波长下的吸光度值(SUVA)测定结果表明,各湖泊芳香性程度及分子量大小依次为邵伯湖>天岗湖>白马湖>石臼湖>洪泽湖>固城湖>骆马湖>高邮湖>宝应湖.特定波长下吸光度的比值(E2/E3、E3/E4)显示邵伯湖和白马湖中的DOM结构复杂、分子量大、苯环多,以腐殖酸为主要成分;其它湖泊的DOM腐殖化程度较低,以富里酸为主.指数函数曲线斜率(S275～295nm)拟合结果也同样表明邵伯湖DOM分子量最大,而宝应湖最低.各湖泊荧光指数和生物指数分别处于1.13～1.30和0.47～0.67范围内,体现出DOM强烈的陆源性.四个主要荧光峰的相对荧光强度之间均存在良好的相关性,表明这些湖泊的类腐殖酸及类蛋白物质可能有着相同的来源.结合这些湖泊的特征及流域经济发展水平,可以初步推断经入湖河流携带的由农业及其下游产业产生的有机质是江苏西部湖泊中DOM的主要来源.     

沿江城市中小型闸控通江湖泊总磷变化特征及成因分析——以安庆市石塘湖为例

长江中下游沿江城郊闸控湖泊普遍面临总磷浓度偏高的现象,解析其总磷时空变化特征及影响驱动机制成为精准治理与修复此类湖泊前亟待解决的关键性问题。本文基于安庆市沿江城郊中小型闸控湖泊--石塘湖实测气象降雨、水文、河湖水质等数据,采用多因子相关性分析、变异系数法和主成分分析的方法,研究各指标因子与湖泊总磷浓度时空变化的响应关系。结果表明:(1)湖泊水质呈现丰(5-8月)、平(3-4月和9-10月)、枯(11-次年2月)水期聚类效果显著,但湖泊空间差异不明显;湖泊水质的季节性变化受总磷浓度变化控制,其他理化指标影响较弱。(2)高强度降雨和汛期闸站调度下的水动力变化决定污染物迁移速率,是导致湖泊总磷浓度在丰水期更容易受入湖河流输入影响而达到峰值的主要驱动因子。(3)高强度人类活动导致入湖河流季节性输入是石塘湖总磷上升的决定性因素,从单位土地利用类型产生单位总磷负荷来看,农业用地远大于城镇建设用地,林地和草地充当污染物进入湖泊的预前“汇”。因此,从治理策略和途径来看,可在控制外源输入的同时,适当调节闸站以减弱丰水期水动力强度,减少入湖河流总磷输入影响的同时,发挥湖泊营养盐的滞留净化能力。本文主要从人类活动导致的外源污染及闸站抽排调度角度分析沿江城郊闸控湖泊石塘湖总磷变化、影响因素及驱动机制,可以为此类城郊中小型沿江闸控型湖泊污染治理提供理论参考。     

洞庭湖近30a水位时空演变特征及驱动因素分析

洞庭湖地处北亚热带季风湿润气候区,水情时空变化尤为明显.为了探明洞庭湖水位时空演变特征,以洞庭湖6个水位站(城陵矶、鹿角、营田、杨柳潭、南咀、小河咀)、出入湖流量("三口"总入湖流量、"四水"总入湖流量、城陵矶出湖流量)和长江干流流量(宜昌、螺山)等1985-2014年逐日数据为基础,通过构建泰森多边形计算湖泊水位,运用Morlet小波分析、层次聚类分析和地统计理论研究湖泊水位的周期性变化规律及空间分布格局和自相关性.研究结果表明:洞庭湖水位变化具有典型的季节性,且年际变化具有28和22 a的多时间尺度特征;水位空间分布格局呈现出小河咀、南咀、杨柳潭(Group 1)以及城陵矶、鹿角、营田(Group 2)两种聚类,且在不同水文季节的空间自相关性依次表现为丰水期退水期涨水期枯水期.通过建立两类水位在不同水文季节与径流量的多元逐步回归模型揭示了洞庭湖水位时空演变的驱动因素,其中Group 1水位演变主要受长江干流水文情势的影响,Group 2水位演变由出入湖径流量和长江干流径流量共同作用,并随着不同水文季节江湖关系的改变以及湖泊自身水力联系的变化而变化.研究结果对于科学认识洞庭湖水位的时空演变规律以及湖泊生态系统保护和水资源的规划、管理与调控具有重要意义.     

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.     

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...     

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.     

南四湖消落带底泥有机磷赋存形态及分布特征

研究南四湖消落带底泥有机磷赋存形态及分布特征,有利于全面揭示湖区各形态磷迁移转化规律,对南四湖富营养化防控及南水北调东线调水水质保障具有重要的科学意义。以南四湖消落带底泥为研究对象,采用改进Hedley连续分级提取法测定底泥中各形态有机磷含量,通过紫外可见分光光谱与三维荧光光谱技术表征底泥有机分子结构特征及稳定性,反映消落带有机磷结构及稳定性差异,运用Pearson相关性分析及主成分分析解析底泥各形态磷与其他理化指标的相关性。研究结果表明,南四湖消落带底泥总磷含量均值为679.90 mg/kg,其中有机磷(OP)占比20.03%~45.69%。各赋存形态有机磷含量及相对比例大小依次为:残渣态有机磷(67.58%)＞钙结合态有机磷(16.61%)＞铁/铝结合态有机磷(7.62%)＞碳酸氢钠提取态有机磷(5.97%)＞水提取态有机磷(2.22%)。南四湖消落带底泥OP含量及形态主要受内源影响,主要来自内源性微生物代谢。南四湖消落带西岸底泥磷释放风险高于东岸和南岸消落带。相关性分析发现,消落带底泥pH与磷含量显著负相关,表明随着底泥碱性的增强可能导致底泥磷向水体中释放的风险更高;底泥有机质与OP显著正相关,表明有机质可能是OP的重要载体;主成分分析发现底泥各形态磷呈正相关性,表明消落带底泥各形态磷具有同源性。研究结果可为南四湖湖区内源磷释放控制及富营养化风险防控提供科学依据。     

基于随机森林的内陆湖泊水体有色可溶性有机物(CDOM)浓度遥感估算

水体中的有色可溶性有机物(CDOM)是湖泊生态系统中氮、磷等有机营养物质的重要来源,利用卫星遥感数据反演内陆水体中CDOM浓度一直是个挑战.因此本文基于滇池2009年9月、2017年4月以及太湖2016年7月的现场原位观测和室内实验,在分析水体固有光学特性的基础上,引入机器学习算法,建立了基于哨兵-3A OLCI传感器的我国内陆湖泊水体CDOM浓度随机森林反演模型.利用独立的验证数据集对所构建的随机森林模型及常用的波段比值模型、一阶微分模型、半分析模型、BP神经网络模型等的反演精度进行评价.结果表明:随机森林模型的均方根误差为0.14 m-1,平均相对误差为21%,与反演效果相对较好的BP神经网络模型相比,均方根误差降低了50%,平均相对误差降低了38%,反演精度得到了显著的提高.根据随机森林算法的特征重要性参数提供的各自变量影响力结果,发现B11(709 nm)和B6(560 nm)波段贡献率最大,是反演CDOM的敏感波段.最后将随机森林模型应用到滇池2017年4月12日、太湖2017年5月18日的哨兵-3A OLCI影像上,得到滇池、太湖水体CDOM浓度分布图.滇池CDOM浓度的分布特征大致符合东北、西南高,中西部低的趋势,且河口处的CDOM浓度高于湖泊水体,表明径流的输入给滇池水体带来了大量的CDOM.太湖CDOM浓度的分布特征大致符合西部高,湖心区和东部低的趋势.太湖西部以及北部梅梁湾受入湖河流影响较大,CDOM浓度较高,太湖开敞区远离河口处,受外源河流的影响逐渐减小,且由于湖水的不断稀释,CDOM浓度不断降低.太湖东部水生植物很多,湖水较为清澈,CDOM浓度较低.     

抚仙湖秋、冬季光衰减特征及其与有色可溶性有机物的关系

为了研究抚仙湖紫外辐射(UVR)和光合有效辐射(PAR)衰减的时空特征及其与有色可溶性有机物(CDOM)、悬浮物(SS)、浮游植物(叶绿素a表征)等因子的关系,于2014年10月(秋季)、2015年1月(冬季)开展现场调查,结果显示:秋季不同波长(段)的漫射衰减系数Kd(305)、Kd(340)和Kd(PAR)分别为1.27±0.12、0.68±0.11和0.32±0.13 m-1,冬季分别为1.13±0.10、0.63±0.07和0.36±0.07 m-1;秋季CDOM的不同波长吸收系数ag(254)、ag(305)和ag(340)分别为4.09±0.26、1.18±0.09和0.57±0.05 m-1,冬季分别为2.95±0.24、0.61±0.11和0.11±0.07 m-1,秋季ag(254)、ag(305)和ag(340)显著高于冬季;秋季Kd(305)显著大于冬季,这与秋季(雨季)较高的CDOM丰度、浮游植物生物量(及SS浓度)有关.秋季ag(305)/Kd(305)、ag(340)/Kd(340)均显著高于冬季;秋季及秋冬季整体而言,ag(254)与Kd(305)、Kd(340)呈显著正相关,各多元逐步回归方程中均包含ag(254),说明CDOM吸收对UVR的衰减有重要贡献.空间差异方面,秋季北部的ag(254)、Kd(305)和Kd(340)显著高于南部,冬季南北部无明显差异,或与雨旱季北岸河流输入的CDOM和SS的情况有关.此外,浮游植物对UV-B衰减的影响和SS(与CDOM的交互作用)对UV-A衰减的影响更在于季节变化方面,而影响UVR、PAR衰减的各因子的相对贡献有待进一步量化.