呂偉偉,姚昕,,張保華
1. 聊城大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院,山東 聊城 252000;2. 中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所//湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210008
有色可溶性有機(jī)物(Chromophoric Dissolved Organic Matter,CDOM)是水體中重要的有機(jī)碳庫(kù),占DOC的60%以上(段洪濤等,2009),在全球碳循環(huán)過(guò)程中起著重要的作用;并極大地影響光在水生環(huán)境中的傳播等相關(guān)過(guò)程,對(duì)紫外輻射具有強(qiáng)烈的吸收作用,能夠減少紫外線輻射對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的影響(Williamson et al.,1996;Laurion et al.,2000)。另外,CDOM 也可以吸收可見(jiàn)光部分,影響浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力以及生物量,同時(shí)容易發(fā)生光降解,礦化分解為無(wú)機(jī)鹽和小分子有機(jī)物,為水生植物和浮游生物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),并釋放CO2、CH4等溫室氣體,加劇溫室效應(yīng)(Doxaran et al.,2002;Odermatt et al.,2012)。
CDOM因其重要性及其化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和來(lái)源復(fù)雜,一直是生物地球化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,近年來(lái)在內(nèi)陸湖泊中也開(kāi)展了大量的研究工作。例如,Zhang et al.(2009)通過(guò)野外和實(shí)驗(yàn)調(diào)查研究了浮游植物降解對(duì)CDOM的貢獻(xiàn);Yao et al.(2011)運(yùn)用三維熒光技術(shù)報(bào)道了太湖水體 CDOM 的來(lái)源特征;周永強(qiáng)等(2013)運(yùn)用三維熒光光譜結(jié)合平行因子分析法對(duì)洪湖、東湖與梁子湖 CDOM 組成特征進(jìn)行了分析。三維熒光技術(shù)可有效區(qū)分有機(jī)物的組成成分,且操作簡(jiǎn)便,不對(duì)樣品造成二次污染,目前已有較多學(xué)者采用三維熒光技術(shù)對(duì) CDOM 進(jìn)行定量和定性表征。然而,關(guān)于大汶河對(duì)東平湖CDOM貢獻(xiàn)的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。
東平湖作為南水北調(diào)東線工程最后一級(jí)調(diào)水湖,同時(shí)也是山東省西水東送的水源地,其水質(zhì)狀況對(duì)水輸入地用水安全極為重要。近年來(lái),隨著流域內(nèi)特別是大汶河流域人口經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,以及水資源不合理利用,使得東平湖和大汶河富營(yíng)養(yǎng)化,同時(shí)有機(jī)物污染較為嚴(yán)重(邢友華等,2010)。因此,揭示大汶河輸入對(duì)東平湖 CDOM 的貢獻(xiàn),對(duì)維持湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的平衡和可持續(xù)發(fā)展有重要的理論指導(dǎo)意義?;诖?,本研究運(yùn)用三維熒光技術(shù)(Three-dimensional Excitation-Emission Matrix Fluorescence Spectra,EEMs)結(jié)合平行因子分析法(Parallel Factor Analysis,PARAFAC)對(duì)大汶河和東平湖水體 CDOM 的熒光特征及其與各水質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行分析,以期為東平湖入流污染控制及治理提供依據(jù)。
2014年8月24—26日,在大汶河和東平湖采集了共計(jì)43個(gè)表層水體樣品用于CDOM三維熒光光譜的測(cè)定及分析。其中,在大汶河由汶口壩至下游河口均勻布設(shè)7個(gè)采樣點(diǎn),編號(hào)依次為-7到-1。在東平湖內(nèi)的 36個(gè)采樣點(diǎn)中選取沿入湖河口向北部湖區(qū)出湖口均勻分布的7個(gè)采樣點(diǎn),編號(hào)為1-7,入湖河口點(diǎn)位編號(hào)為0(圖1)。采集水體表層0.5 m深處的水樣5 L,置于保溫箱中用冰塊冰凍保存。所有采樣瓶均先用10% HCl溶液浸泡、去離子水清洗及用現(xiàn)場(chǎng)水潤(rùn)洗,并于采樣結(jié)束后直接送至實(shí)驗(yàn)室放入冰箱內(nèi)冷藏、冷凍保存(周永強(qiáng)等,2013)。水體溫度、水深、濁度等物理指標(biāo)均在采樣現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。CDOM三維熒光光譜分析均在采樣結(jié)束后2~3 d內(nèi)完成。
1.2.1CDOM三維熒光光譜分析
所有樣點(diǎn)的各平行水樣用0.45 μm的玻璃纖維濾膜(GF/F)(預(yù)先于450 ℃灼燒)過(guò)濾,用1020型TOC儀測(cè)定濾后水中DOC質(zhì)量濃度,經(jīng)GF/F膜過(guò)濾的水樣再用0.22 μm孔徑的微孔膜過(guò)濾后測(cè)定CDOM的三維熒光。
三維熒光光譜采用日立F-7000 FL分光光度計(jì)測(cè)定,激發(fā)和發(fā)射夾縫寬度為 5 nm,激發(fā)波長(zhǎng)為200~450 nm,間隔為5 nm,發(fā)射波長(zhǎng)250~600 nm,以1 nm間隔得到熒光光譜,減去加酸中和過(guò)后的NaOH三維熒光光譜以校正水的拉曼散射,同時(shí)利用0.01 mg·L-1硫酸奎寧進(jìn)行熒光定標(biāo),并用吸光度校正三維熒光光譜的內(nèi)濾效應(yīng)(Mcknight et al.,2001)。
1.2.2CDOM 三維熒光光譜的平行因子分析法(PARAFAC)
EEM 是通過(guò)波譜形狀或波峰數(shù)量進(jìn)行組分個(gè)數(shù)和類別的假定,而PARAFAC法是通過(guò)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法把OM復(fù)雜的熒光數(shù)據(jù)矩陣分離成不同的組分,將所有點(diǎn)位的整個(gè)三維熒光數(shù)據(jù)組分解成3個(gè)線性項(xiàng)和1個(gè)殘留數(shù)組,它是基于三線性理論的一種方法(Yao et al.,2012)。PARAFAC法計(jì)算過(guò)程可以稱為交替最小二乘(ALS)算法:
i=1, 2, …...I;j=1, 2, …..J;k=1, 2, ……K
式中,Xijk是第i個(gè)樣點(diǎn)再激發(fā)波長(zhǎng)為k、發(fā)射波長(zhǎng)為j處的熒光強(qiáng)度;aif是第i個(gè)樣點(diǎn)的第f次分析的含量;bjf和ckf分別是與第f次分析后激發(fā)波長(zhǎng)為j、發(fā)射波長(zhǎng)為k光譜的線性相關(guān)。eijk為系統(tǒng)殘差,是不受模型控制的變量。F為模型中選擇的組分因子數(shù)量。
本研究在MATLAB中使用DOMFluor工具箱運(yùn)行PARAFAC法模型對(duì)樣點(diǎn)的三維熒光數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
1.2.3其他水質(zhì)參數(shù)的測(cè)定
采用分光光度法測(cè)定Chla質(zhì)量濃度,高錳酸鉀法測(cè)定 COD質(zhì)量濃度,堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定總氮(TN)質(zhì)量濃度,鉬酸銨分光光度法測(cè)定總磷(TP)質(zhì)量濃度。具體測(cè)定方法參考文獻(xiàn)(金相燦等,1990)。
采用ArcGIS 10.2軟件繪制參數(shù)空間分布圖與采樣點(diǎn)分布圖,均值、標(biāo)準(zhǔn)差以及相關(guān)性等采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行分析。相關(guān)分析用來(lái)檢測(cè)變量之間的關(guān)系;P>0.05表示未達(dá)到顯著檢驗(yàn)水平,0.01<P<0.05為顯著水平,P<0.01為極顯著水平。
由圖1可知,大汶河與東平湖水質(zhì)參數(shù)存在一定的差異。大汶河與東平湖 TN質(zhì)量濃度分別在5.22~9.41 mg·L-1和 0.79~3.73 mg·L-1之間變化,均值分別為(7.34±1.23) mg·L-1和(2.07±0.93) mg·L-1。TN質(zhì)量濃度明顯表現(xiàn)出河流值大于湖泊值(t=9.262,P=0.000),整體表現(xiàn)出由大汶河汶口壩向東平湖出湖口遞減的趨勢(shì),表明以農(nóng)業(yè)為主的土地利用方式造成了大量氮元素直接從大汶河輸入東平湖;姚昕等(2016)也發(fā)現(xiàn)東平湖TN高值區(qū)集中在大汶河入湖區(qū),東平湖氮元素主要受大汶河輸入的影響。大汶河與東平湖TP質(zhì)量濃度分別在0.05~0.19 mg·L-1和 0.06~0.12 mg·L-1之間變化,均值分別為(0.08±0.02) mg·L-1和(0.08±0.01) mg·L-1。大汶河和東平湖TP含量差異不顯著,沿河流流向從汶口壩至大汶河口TP質(zhì)量濃度逐漸降低,不過(guò)在東平湖內(nèi)又有所回升。這可能是受到大汶河周邊村鎮(zhèn)大量生活生產(chǎn)廢水輸入的影響,導(dǎo)致河流中含有大量的磷元素,隨著河流的稀釋自凈及分解作用,TP質(zhì)量濃度逐漸降低;由于東平湖北部湖區(qū)圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)域的磷肥施用及旅游區(qū)廢水排放,TP質(zhì)量濃度又有所回升。
圖1 大汶河和東平湖采樣點(diǎn)及各理化因子的空間分布Fig. 1 Distribution of the sampling sites and water quality parameters in Dongping Lake and Dawen River in summer
大汶河與東平湖 Chla質(zhì)量濃度分別在 4.02~110.92 mg·L-1和 32.60~79.25 mg·L-1之間變化,均值分別為(30.94±12.20) mg·L-1和(51.87±5.80) mg·L-1。大汶河與東平湖 COD質(zhì)量濃度分別在 4.80~8.50 mg·L-1和 7.00~8.50 mg·L-1之間變化,均值分別為(6.18±0.50) mg·L-1和(7.70±0.21) mg·L-1。Chla 和COD呈現(xiàn)和TP相似的空間分布特征,但Chla和COD均值均表現(xiàn)為湖泊大于河流,這應(yīng)該與湖泊富營(yíng)養(yǎng)化有關(guān)。根據(jù)Chla質(zhì)量濃度對(duì)照中國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),判定東平湖目前仍處于中富-富營(yíng)養(yǎng)化水平,這與姚昕等(2016)的研究結(jié)果一致。大汶河與東平湖 DOC質(zhì)量濃度分別在 3.24~3.47 mg·L-1和 3.72~4.40 mg·L-1之間變化,均值分別為(3.38±0.14) mg·L-1和(4.1±0.25) mg·L-1。DOC 質(zhì)量濃度明顯表現(xiàn)出湖泊大于河流(t=-7.025,P=0.000),整體表現(xiàn)出由大汶河汶口壩向東平湖出湖口遞增的趨勢(shì)。這可能是由于采樣時(shí)間屬于雨季,大量降雨導(dǎo)致河流水量增大,對(duì)原有河流中 DOC表現(xiàn)出稀釋作用;除此之外,DOC組成可以分為有色和無(wú)色兩部分,河流外源輸入以有色 DOC為主,浮游植物降解等內(nèi)源產(chǎn)生更多的無(wú)色 DOC(Zhang et al.,2009),當(dāng)進(jìn)入湖泊之后浮游植物降解等內(nèi)源產(chǎn)生的無(wú)色DOC補(bǔ)充到總DOC中,從而形成了由大汶河汶口壩向東平湖出湖口遞增的“異?!苯Y(jié)果,這與調(diào)查采樣的瞬時(shí)性不無(wú)關(guān)系。
圖2所示為大汶河上游、入湖區(qū)和出湖區(qū)典型站點(diǎn)三維熒光圖譜。從圖2可知,肉眼基本上可以識(shí)別的熒光峰一般有4個(gè),其中包括2個(gè)類腐殖質(zhì)熒光峰A、C峰,2個(gè)類蛋白熒光峰B、D峰,這與劉明亮等(2009)的研究結(jié)果一致(。不同站點(diǎn)4個(gè)熒光峰的位置和強(qiáng)度存在一定的差異。從3個(gè)站點(diǎn)的對(duì)比來(lái)看,大汶河上游熒光峰強(qiáng)度最強(qiáng),特別是2個(gè)類蛋白熒光峰顯著高于類腐殖質(zhì)熒光峰,而到出湖區(qū)類腐殖質(zhì)熒光則高于類蛋白熒光。從大汶河上游到出湖區(qū),類蛋白熒光明顯下降,類腐殖質(zhì)熒光明顯增強(qiáng),反映了大汶河外源輸入主要帶來(lái)類蛋白物質(zhì)。
將2014年8月的43個(gè)CDOM三維熒光樣品全部放入PARAFAC模型中進(jìn)行計(jì)算,一共得到4種熒光組分(C1~C4)(圖 3)。這 4種熒光組分的光譜特征與文獻(xiàn)報(bào)道的其他水生環(huán)境中得到的熒光組分很相似(Murphy et al.,2008;Yamashita et al.,2008;Stedmon et al.,2005a;Williams et al.,2010;Kowalczuk et al.,2010),各組分的主要特征和熒光類型見(jiàn)表1。由圖3和表1可知,C1在最大發(fā)射波長(zhǎng)386 nm處有兩個(gè)最大激發(fā)波長(zhǎng),分別是<225 nm和305 nm,其峰值與類腐殖質(zhì)熒光峰A峰、M峰相似,表征的是陸源短波類腐殖質(zhì)和浮游植物降解產(chǎn)生的類腐殖質(zhì)(Murphy et al.,2008;Yamashita et al.,2008)。C2最大激發(fā)波長(zhǎng)和最大發(fā)射波長(zhǎng)分別是240 nm和360 nm,對(duì)應(yīng)的是類蛋白峰T峰,但相比傳統(tǒng)T峰發(fā)生的紅移,表征的是類蛋白熒光中生物降解的類色氨酸基團(tuán)(Stedmon et al.,2005a;Williams et al.,2010)。C3最大激發(fā)波長(zhǎng)在 260 nm,最大發(fā)射波長(zhǎng)在432 nm,其峰值對(duì)應(yīng)類腐殖質(zhì)峰A峰,表征陸源類腐殖質(zhì)(Kowalczuk et al.,2010;Williams et al.,2010)。C4有兩個(gè)最大激發(fā)波長(zhǎng),分別在<225 nm和275 nm處,最大發(fā)射波長(zhǎng)在304 nm,對(duì)應(yīng)類蛋白峰B峰、D峰,代表的是生物降解來(lái)源的類酪氨酸物質(zhì)(Yamashita et al.,2008;Stedmon et al.,2005b)。
圖2 大汶河到東平湖典型站點(diǎn)的三維熒光圖譜Fig. 2 3DEEMs of typical sampling sites from river to open water
表1 有色溶解性有機(jī)物4組分熒光特征Table 1 Fluorescence Characteristics of four Components of Chromophoric Dissoived Organic Matter
圖3 大汶河和東平湖CDOM各熒光組分Fig. 3 Spectral shapes of the four components identified by PARAFAC
東平湖及大汶河 CDOM 總熒光強(qiáng)度差異不顯著(t=0.949,P=0.360),整體取值范圍在 28.62~54.43 QSU之間,均值為(36.48±1.57) QSU,沿河流流向從汶口壩至大汶河口熒光強(qiáng)度逐漸降低,不過(guò)在東平湖內(nèi)又有所回升(圖4)。這可能是受到大汶河周邊村鎮(zhèn)大量生活生產(chǎn)廢水輸入的影響,導(dǎo)致河流攜帶大量的熒光物質(zhì),隨著河流的稀釋自凈及分解作用,熒光強(qiáng)度逐漸降低,由于東平湖北部湖區(qū)圍網(wǎng)養(yǎng)殖以及旅游區(qū)大量廢水的輸入,熒光強(qiáng)度又有所回升。
圖4 CDOM總熒光強(qiáng)度及各組分占比Fig. 4 Total fluorescence intensity and specific gravity of each component of CDOM
東平湖水體類腐殖質(zhì)熒光強(qiáng)度較河流高(t=-4.405,P=0.001),表現(xiàn)為由大汶河汶口壩向東平湖出湖口遞增的趨勢(shì)(圖4),與季乃云等(2006)在大沽河-膠州灣段發(fā)現(xiàn)的CDOM變化趨勢(shì)結(jié)果較為一致;這可能是由于水體中有機(jī)物質(zhì)逐漸腐殖化或土壤中腐殖質(zhì)不斷輸入到湖水中造成的(季乃云等,2006)。大汶河類蛋白熒光強(qiáng)度較湖區(qū)高(t=2.408,P=0.032),呈現(xiàn)由大汶河汶口壩向東平湖出湖口遞減的趨勢(shì)(圖4);方芳等(2010)在三峽水庫(kù)小江回水區(qū)也獲得了類似的結(jié)論。
從各組分對(duì)總熒光強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率來(lái)看,由于總熒光強(qiáng)度差異不顯著,從大汶河到東平湖,類腐殖質(zhì)組分貢獻(xiàn)越來(lái)越大,類蛋白組分貢獻(xiàn)率越來(lái)越?。▓D4)??傮w而言,大汶河輸入類腐殖質(zhì)熒光較少,主要輸入類蛋白熒光。一般而言,較潔凈水體中通常類腐殖質(zhì)熒光強(qiáng)度比較高,有時(shí)甚至只有類腐殖質(zhì)熒光(McCallister et al.,2006),而受生活及工農(nóng)業(yè)廢水污染的河流 CDOM 的三維熒光光譜圖中往往類蛋白熒光強(qiáng)度極強(qiáng)(Baker,2002)。大汶河類蛋白熒光較強(qiáng)應(yīng)該與大汶河沿岸城鎮(zhèn)生活與工業(yè)廢水的大量輸入、周邊村落生活污水的直接排入有關(guān);另外,由水體中大量微生物產(chǎn)生的類蛋白物質(zhì)也是不容忽視的。王志剛等(2006)在巢湖CDOM來(lái)源分析研究中也得出了類似結(jié)論,認(rèn)為受生活及工農(nóng)業(yè)廢水污染嚴(yán)重的河流輸入會(huì)帶來(lái)大量類蛋白熒光物質(zhì)。
很多研究認(rèn)為CDOM熒光強(qiáng)度與Chla存在顯著的相關(guān)性,如江俊武等(2017)的研究表明,CDOM的熒光強(qiáng)度與Chla之間存在極顯著相關(guān)關(guān)系;季乃云等(2006)指出,高Chla含量的水域?qū)?yīng)著高類蛋白熒光強(qiáng)度。但也有不少研究發(fā)現(xiàn)二者并無(wú)顯著相關(guān)性,如方芳等(2010)研究發(fā)現(xiàn)三峽水庫(kù)小江回水區(qū)CDOM熒光強(qiáng)度和Chla相關(guān)性較差;Mayer et al.(1999)對(duì)Maine河口的研究表明,不同區(qū)域類蛋白熒光強(qiáng)度與 Chla的相關(guān)性既有呈正相關(guān)的,也有呈負(fù)相關(guān)的。本研究結(jié)果顯示,Chla僅與大汶河CDOM類蛋白組分C2、C4存在極好的相關(guān)性(圖5a),這表明浮游植物是大汶河CDOM類蛋白熒光的主要來(lái)源;而東平湖類蛋白熒光強(qiáng)度和類腐殖質(zhì)熒光強(qiáng)度與Chla相關(guān)性不顯著(圖5a)。可能的原因有,河流中的類腐殖質(zhì)物質(zhì)除了其中的浮游植物外,還有另一個(gè)甚至更重要的來(lái)源就是土壤腐殖質(zhì),大汶河主要流經(jīng)農(nóng)村地區(qū),土壤、農(nóng)田堆肥和腐爛植物等中的腐殖質(zhì)會(huì)隨雨水和灌溉水等進(jìn)入河流,使河流中腐殖質(zhì)的含量增加(季乃云等,2006),從而導(dǎo)致類腐殖質(zhì)熒光強(qiáng)度與 Chla含量相關(guān)關(guān)系不顯著。相對(duì)于類腐殖質(zhì)熒光物質(zhì),類蛋白熒光物質(zhì)受微生物影響較大,除了水體中的浮游植物之外,排入河流的工業(yè)廢水和生活污水中也攜帶有大量微生物,且污染物質(zhì)的大量輸入會(huì)加劇水體中微生物活動(dòng)(方芳等,2010),大汶河沿岸生活污水和工業(yè)廢水排放量較大,且大多是未經(jīng)處理排入水體,從而導(dǎo)致類蛋白熒光強(qiáng)度與Chla含量相關(guān)關(guān)系不顯著。
圖5 熒光強(qiáng)度與水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)分析Fig. 5 Correlation between fluorescence intensity and water quality parameters
溶解性有機(jī)碳(DOC)是以碳含量表示水體中有機(jī)物含量的指標(biāo)。CDOM熒光強(qiáng)度與DOC中可發(fā)射熒光的物質(zhì)有關(guān),通常天然水體 DOC中熒光物質(zhì)含量在 40%~60%之間(Leenheer et al.,2003)。很多研究者致力于探討熒光強(qiáng)度與DOC的相關(guān)性,并試圖通過(guò)熒光特征來(lái)反演 DOC含量。其中,很多研究認(rèn)為二者有顯著的相關(guān)性甚至存在線性關(guān)系,如Ferrari(2000)研究表明,Rhone河流和近岸水體中類腐殖質(zhì)熒光與 DOC存在一定正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)r大于0.5;季乃云等(2006)指出,CDOM的熒光強(qiáng)度與DOC之間存在線性關(guān)系;劉學(xué)利等(2016)報(bào)道,東平湖 CDOM 的熒光強(qiáng)度與 DOC存在顯著相關(guān)關(guān)系。但也有不少研究發(fā)現(xiàn)二者并沒(méi)有顯著相關(guān)性,如宋曉娜等(2010)指出,太湖水體溶解性有機(jī)物熒光強(qiáng)度與 DOC之間相關(guān)性不顯著;Chen et al.(2002)的研究結(jié)果顯示,海洋CDOM樣品的熒光強(qiáng)度與DOC之間并無(wú)顯著相關(guān)性;傅平青等(2007)在研究高原湖泊CDOM時(shí)也發(fā)現(xiàn),同一次采樣過(guò)程中垂直剖面不同深度CDOM中的DOC與其不同熒光峰強(qiáng)度之間相關(guān)性不顯著,原因可能是樣品中含有一些不能發(fā)射熒光的天然有機(jī)質(zhì)或有機(jī)污染物。由圖 5b可知,東平湖類腐殖質(zhì)組分C1、C3與DOC具有極顯著相關(guān)性,這表明類腐殖質(zhì)是東平湖 DOC的重要組成部分;而大汶河CDOM各組分均與DOC相關(guān)性不顯著(P>0.05),可能是因?yàn)镃DOM在大汶河中受光降解、微生物降解等作用以及水體pH的影響,造成大汶河 CDOM 組分中的腐殖酸、富里酸、蛋白類物質(zhì)以及一些非熒光類物質(zhì)在 DOC中所占比例不同。
化學(xué)需氧量(COD)反映了水中可被氧化劑氧化的有機(jī)物含量(季乃云等,2006),由于水體被有機(jī)物污染是很普遍的現(xiàn)象,該指標(biāo)也作為有機(jī)物相對(duì)含量的綜合指標(biāo)之一。由圖 5c可知,大汶河CDOM組分C2和東平湖CDOM組分C1均與COD具有相關(guān)性,這表明熒光強(qiáng)度在一定程度上可以反映被氧化的有機(jī)物含量。季乃云等(2006)研究了從大沽河到膠州灣的DOM熒光特征變化,發(fā)現(xiàn)類腐殖質(zhì)熒光強(qiáng)度與 COD之間存在較好的相關(guān)性,r=0.940;方芳等(2010)也發(fā)現(xiàn),小江回水區(qū)3種熒光峰的熒光強(qiáng)度與COD存在較好的相關(guān)性。
(1)通過(guò)三維熒光圖譜及平行因子分析法得出所有樣品點(diǎn)都含有4類熒光組分,即2種類蛋白組分及2種類腐殖質(zhì)組分;從大汶河汶口壩到東平湖出湖口處,類腐殖質(zhì)熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),類蛋白熒光強(qiáng)度呈遞減趨勢(shì),且大汶河類蛋白熒光較東平湖高(t=2.408,P=0.032),反映了夏季豐水期大汶河主要向東平湖輸入類蛋白熒光物質(zhì)。
(2)東平湖CDOM熒光組分C1、C3與DOC存在較好的相關(guān)性,表明類腐殖質(zhì)物質(zhì)是東平湖DOC的重要組成部分;東平湖熒光組分C1、大汶河熒光組分C2均與COD具有相關(guān)性,說(shuō)明熒光強(qiáng)度可以間接反映水體中被氧化的有機(jī)物含量;大汶河類蛋白熒光組分C2、C4均與Chla存在相關(guān)關(guān)系,表明浮游植物是大汶河類蛋白物質(zhì)的重要來(lái)源。
參考文獻(xiàn):
BAKER A. 2002. Fluorescence excitation-emission matrix characterization of river waters impacted by a tissue mill effluent [J]. Environmental Science & Technology, 36(7): 1377-1382.
CHEN J, GU B, LEBOEUF E J, et al. 2002. Spectroscopic characterization of the structural and functional properties of natural organic matter fractions [J]. Chemosphere, 48(1): 59-68.
DOXARAN D, FROIDEFOND J M, LAVENDER S J, et al. 2002. Spectral signature of highly turbid waters application with SPOT data to quantify suspended particulate matter concentrations [J]. Remote Sensing of Environment, 81(1): 149-161.
FERRARI G M. 2000. The relationship between chromophoric dissolved organic matter and dissolved organic carbon in the European Atlantic coastal area and in the West Mediterranean Sea [J]. Marine Chemistry,70(4): 339-359.
KOWALCZUK P, COOPER W J, DURAKO M J, et al. 2010.Characterization of dissolved organic matter fluorescence in the South Atlantic Bight with use of PARAFAC model: Relationships between fluorescence and its components, absorption coefficients and organic carbon concentrations [J]. Marine Chemistry, 118(1-2): 22-36.
LAURION I, VENTURA M, CATALAN J, et al. 2000. Attenuation of ultraviolet radiationin mountain lakes: Factors controlling the among and within-lake variability [J]. Limnology and Oceanography, 45(6):1274-1288.
LEENHEER J A, CROUE J P. 2003. Characterizing aquatic dissolved organic matter [J]. Environmetal Science & Technology, 37(1): 18-26.MAYER L M, SCHIK L L, LODER T C. 1999. Dissolved protein fluorescence in two Maine estuaries [J]. MarineChemistry, 64(3):171-179.
MCCALLISTER S L, BAUER J E, DUCKLOW H W, et al. 2006. Sources of estuarine dissolved and particulate organic matter: a multi-trace approach [J]. Organic Geochemistry, 37(4): 454-468.
MCKNIGHT D M, BOYER E W, WESTERHOFF P K, et al. 2001.Spectrofluorometric characterization of dissolved organic matter for indication of precursor organic material and aromaticity [J]. Limnology and Oceanography, 46(1): 38-48.
MURPHY K R, STEDMON C A, WAITE T D, et al. 2008. Distinguishing between terrestrial and autochthonous organic matter sources in marine environments using fluorescence spectroscopy [J]. Marine Chemistry,108(1-2): 40-58.
ODERMATT D, GITELSON A, BRANDO V E, et al. 2012. Review of constituent retrieval in optically deep and complex waters from satellite imagery [J]. Remote Sensing of Environment, 118: 116-126.
STEDMON C A and MARKAGER S. 2005a. Tracing the production and degradation of autochthonous fractions of dissolved organic matter by fluorescence analysis [J]. Limnology and Oceanography, 50(5):1415-1426.
STEDMON C A and MARKAGER S. 2005b. Resolving the variability in dissolved organic matter fluorescence in a temperate estuary and its catchment using PARAFAC analysis [J]. Limnology and Oceanography, 50(2): 686-697.
WILLIAMS C J, YAMASHITA Y, WILSON H F. 2010. Unraveling the role of land use and microbial activity in shaping dissolved organic matter characteristics in stream ecosystems [J]. Limnology and Oceanography,55(3): 1159-1171.
WILLIAMSON C E, STEMBERGER R S, MORRIS D P. 1996. Ultraviolet radiation in North American lakes: Attenuation estimates from DOC measurements and implications for plankton communities [J].Limnology and Oceanography, 41(5): 1024-1034.
YAMASHITA Y, JAFFE R, MAIE N, et al. 2008. Assessing the dynamics of dissolved organic matter in coastal environments by excitations emission matrix fluorescence and parallel factor analysis [J].Limnology and Oceanography, 53(5): 1900-1908.
YAO X, ZHANG Y L, ZHU G W, et al. 2011. Resolving the variability of CDOM fluorescence to differentiate the sources and fate of DOM in Lake Taihu and its tributaries [J]. Chemosphere, 82(2): 145-155.
YAO X, ZHU G W, CAI L L, et al. 2012. Geochemical characteristics of amino acids in sediments of Lake Taihu, a large, shallow, eutrophic freshwater lake of china [J]. Aquatic Geochemistry, 18: 263-280.
ZHANG Y L, VANDIJK M A, LIU M L, et al. 2009. The contribution of phytoplankton degradation to chromophoric dissolved organic matter(CDOM) in eutrophic shallow lakes: Field and experimental evidence[J]. Water Research, 43(18): 4685-4697.
段洪濤, 馬榮華, 孔維娟, 等. 2009. 太湖沿岸水體 CDOM 吸收光譜特征[J]. 湖泊科學(xué), 21(2): 242-247.
方芳, 翟端端, 郭勁松, 等. 2010. 三峽水庫(kù)小江回水區(qū)溶解性有機(jī)物的三維熒光光譜特征[J]. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境, 19(3): 323-328.
傅平青, 吳豐昌, 劉叢強(qiáng), 等. 2007. 高原湖泊溶解有機(jī)質(zhì)的三維熒光光譜特性初步研究[J]. 海洋與湖沼, 38(6): 513-519.
季乃云, 趙衛(wèi)紅, 王江濤, 等. 2006. 大沽河-膠州灣段溶解有機(jī)物類腐殖質(zhì)熒光特征變化[J]. 環(huán)境科學(xué), 27(6): 1073-1077.
江俊武, 李帥東, 沈胤胤, 等. 2017. 夏季太湖 CDOM 光學(xué)特性空間差異及其來(lái)源解析[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 30(7): 1020-1030.
金相燦, 屠清瑛. 1990. 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范[M]. 第二版. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.
劉明亮, 張運(yùn)林, 秦伯強(qiáng). 2009. 太湖入湖河口和開(kāi)敞區(qū)CDOM吸收和三維熒光特征[J]. 湖泊科學(xué), 21(2): 234-241.
劉學(xué)利, 姚昕, 董杰, 等. 2016. 東平湖可溶性有機(jī)物的熒光特征及環(huán)境意義[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 32(6): 933-939.
宋曉娜, 于濤, 張遠(yuǎn), 等. 2010. 利用三維熒光技術(shù)分析太湖水體溶解性有機(jī)質(zhì)的分布特征及來(lái)源[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 30(11): 2321-2331.
王志剛, 劉文清, 李宏斌, 等. 2006. 三維熒光光譜法分析巢湖 CDOM的空間分布及其來(lái)源[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 26(2): 275-279.
邢友華, 董潔, 李曉晨, 等. 2010. 東平湖表層沉積物中磷的吸附容量及潛在釋放風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 29(4): 746-751.
姚昕, 孫將凌, 董杰, 等. 2016. 東平湖 CDOM 的光譜吸收特征及環(huán)境指示意義[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 36(10): 3232-3236.
周永強(qiáng), 張運(yùn)林, 牛城, 等. 2013. 基于EEMs及PARAFAC的洪湖、東湖與梁子湖 CDOM 組成特征分析[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 33(12):3286-3292.