劉潤東 顧鑫才 陳重軍 姜晶

摘要： 利用紫外可見光譜分析、三維熒光光譜結(jié)合平行因子法研究了佛山市典型重污染水體（汾江河水系和佛山水道水系）溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）的來源與性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上分析了DOM的光譜特征及其與水質(zhì)的相關(guān)性。結(jié)果表明，兩條水系水質(zhì)均較差，氮、磷含量超標(biāo)嚴(yán)重，部分采樣點(diǎn)位為重污染水體。兩條水系DOM主要包括3個熒光組分，其中C1和C2組分為類腐殖質(zhì)，C3組分為類蛋白質(zhì)。2021年1月的汾江河水系有大分子芳香性物質(zhì)輸入，此外其他采樣時間兩條水系DOM均表現(xiàn)為低相對分子質(zhì)量、低芳香性和高親水性特征。DOM熒光組分C1、C2、C3與總磷（TP）含量、溶解性有機(jī)碳（DOC）含量、化學(xué)需氧量（CODCr）均極顯著正相關(guān)（P＜0.01），C1、C2與DO含量極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），C3與DO含量顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），表明在重污染水體中其基本水質(zhì)指標(biāo)受到DOM輸入、微生物活動和光化學(xué)轉(zhuǎn)化等因素的綜合影響。主成分分析結(jié)果表明，兩條水系DOM與總氮（TN）、銨態(tài)氮（NH+4-N）、TP和CODCr具有較強(qiáng)的同源性，均受陸源輸入和內(nèi)源生物作用的影響，外源輸入影響較大。在重污染水體中可用DOM的光譜參數(shù)快速預(yù)測水體富營養(yǎng)化狀態(tài)。本研究結(jié)果可為重污染水環(huán)境治理修復(fù)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 重污染水體；溶解性有機(jī)質(zhì)；三維熒光光譜；平行因子分析；紫外可見光譜分析

中圖分類號： X52;X832?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A?? 文章編號： 1000-4440（2023）07-1510-09

Spectral characteristics of dissolved organic matter in typical heavy polluted water during dry season and its relationship with water quality

LIU Run-dong1，2， GU Xin-cai1，3， CHEN Chong-jun1， JIANG Jing1

（1.School of Environmental Science and Engineering， Suzhou University of Science and Technology， Suzhou 215009， China；2.National and Local Joint Engineering Laboratory of Municipal Sewage Resource Utilization Technology， Suzhou 215009， China；3.Institute of Agricultural Resources and Environmental Sciences， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing 210014， China）

Abstract： Sources and properties of dissolved organic matter（DOM） in typical heavily polluted river systems （Fenjiang River system and Foshan waterway system） were studied by using ultraviolet-visible spectroscopy， three-dimensional fluorescence spectroscopy and parallel factor analysis. On this basis， the spectral characteristics of DOM and their relationships with water quality were analyzed. The results showed that the water quality of the two water systems was not optimistic， the nitrogen and phosphorus contents exceeded the standards of China， and some sampling points were heavily polluted water bodies. The DOM in the two water systems mainly included three fluorescent components， with C1 and C2 components being humic-like substances and C3 component being protein-like substances. In January 2021， macromolecular aromatic substances were input into Fenjiang River system. In addition， the DOM of the two water systems showed relatively low molecular weight，low aromaticity and high hydrophilicity during other sampling times. The fluorescence components C1， C2 and C3 of DOM were significantly positively correlated with total phosphorus （TP） content， dissolved organic carbon （DOC） content and chemical oxygen demand （CODCr） （P<0.01）， C1 and C2 were significantly negatively correlated with DO content （P<0.01）， and C3 was significantly negatively correlated with DO content （P<0.05）， indicating that the basic water quality indices in heavily polluted water were affected by DOM input， microbial activity and photochemical transformation. The results of principal component analysis showed that the DOM of the two rivers had strong homology with total nitrogen （TN）， ammonium nitrogen （NH4+-N）， TP and CODCr， which were affected by terrestrial inputs and endogenous biological processes. Exogenous inputs had a greater impact. The spectral parameters of DOM can be used to quickly predict the eutrophication status of water in heavily polluted water. The results of this study can provide a theoretical basis for subsequent efficient water environment treatments.

Key words： heavily polluted water；dissolved organic matter；three-dimensional fluorescence spectroscopy；parallel factor analysis;ultraviolet-visible spectroscopy

溶解性有機(jī)質(zhì)（Dissolved organic matter，DOM），是由多糖、腐殖質(zhì)、富里酸和類蛋白質(zhì)等芳香族或脂肪族物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物[1]，含有豐富的碳、氮、磷等營養(yǎng)元素，能夠參與水環(huán)境中多種物理、化學(xué)和生物過程，在水體生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)、污染物遷移轉(zhuǎn)化和生物降解等方面發(fā)揮著重要作用[2]。目前，國內(nèi)外對海洋、湖泊、河流及濕地等水環(huán)境中DOM已經(jīng)有大量研究，對DOM的來源、性質(zhì)和環(huán)境行為都有系統(tǒng)報道[3-4]。對水體DOM的深入研究結(jié)果表明，對DOM的來源及其組分的異質(zhì)性和復(fù)雜性進(jìn)行全面分析，可以為后續(xù)的水環(huán)境管理及生態(tài)修復(fù)提供重要的理論支撐。城市、農(nóng)村的水體污染程度與民眾的生活息息相關(guān)，也越來越受到關(guān)注。尤其是在城市化進(jìn)程加快的背景下，城市、農(nóng)村河流接納超負(fù)荷污染的現(xiàn)象普遍。同時，相比于海洋湖泊，城市和農(nóng)村河流受生活及工農(nóng)業(yè)用水的污染更嚴(yán)重，其水體中DOM組分和性質(zhì)更為復(fù)雜[5-6]。而目前針對城市和農(nóng)村重污染水體中DOM性質(zhì)的研究較少，特別是DOM性質(zhì)與水質(zhì)關(guān)系的研究尚不明確。

然而DOM性質(zhì)與水質(zhì)的關(guān)系還受水體環(huán)境、DOM來源與組分的影響。如在富營養(yǎng)化的滇池，受到生活污水、藍(lán)藻水華等因素影響，水體有機(jī)碳氮含量高，DOM性質(zhì)與化學(xué)需氧量及總氮的關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)。徐兵兵[7]發(fā)現(xiàn)，在腐殖化程度較低的河流，類腐殖質(zhì)組分與磷的遷移轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，有色溶解性有機(jī)質(zhì)在355 nm處的吸收系數(shù)和溶解性總磷濃度能夠較好地表征類腐殖質(zhì)組分。Feng等[8]發(fā)現(xiàn)南四湖相對分子質(zhì)量高的類腐殖質(zhì)、含有色氨酸和酪氨酸的芳香蛋白質(zhì)均與水質(zhì)顯著相關(guān)，而相對分子質(zhì)量低的類腐殖質(zhì)與水質(zhì)無顯著相關(guān)。三維熒光光譜結(jié)合平行因子法（EEMs-PARAFAC）以及紫外可見光譜分析（UV-Vis））是研究DOM的快速檢測手段，具有方便快捷、信息量豐富、需要水樣少，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)[9-10]。利用光譜技術(shù)研究城市、農(nóng)村重污染水體DOM性質(zhì)并明確DOM性質(zhì)與水質(zhì)的關(guān)聯(lián)，將對未來重污染水體水環(huán)境監(jiān)測與治理起到重要作用。

改革開放以來，佛山市汾江河和佛山水道兩岸快速城市化，但是部分城中村村民環(huán)保意識薄弱以及工業(yè)納污坑塘和污水處理設(shè)施未同步跟進(jìn)，大量污水排入水體，致使河道污染嚴(yán)重，部分河段甚至達(dá)到黑臭水體標(biāo)準(zhǔn)并引起政府和群眾的強(qiáng)烈關(guān)注。因此，本研究以佛山市重污染水體汾江河和佛山水道水系為研究對象，運(yùn)用UV-Vis、EEMs-PARAFAC研究匯入兩條水體的DOM含量和光譜特征，分析DOM來源、性質(zhì)及其與水質(zhì)的關(guān)聯(lián)性，對后續(xù)的污染治理或河道修復(fù)具有指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)域如圖1所示，汾江河水系除了主要水道汾江河以外，還有6條支涌，分別為：良安截洪溝、羅村涌、良安涌主涌、良安副涌、沙徑支涌、王芝截洪溝羅村段。佛山水道水系主要水道為佛山水道，還有6條支涌，分別為：謝邊涌、水頭涌、鹽步涌、河?xùn)|大涌、東秀大涌、牛肚涌。所選采樣點(diǎn)均為主支流交匯處。參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）布設(shè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)位置及具體采樣點(diǎn)信息分別如圖1和表1所示。

1.2 樣品采集

本研究的水系全長25.5 km，河寬50～200 m，水深1.5～6.0 m，河床高程變化不大。全年受季風(fēng)影響，雨量充沛，季節(jié)差異性較大，特別是冬季時，雨量明顯減少。10月至次年3月為枯水期，為更大程度上反映人類擾動對水體DOM性質(zhì)的影響，減少雨水對水體DOM性質(zhì)的影響，本研究在枯水期連續(xù)采樣，采樣點(diǎn)位置信息見表1。2020年秋季（11月）和2021年冬季（1月），于河道的中央采集表層水以下0.5 m處的水樣，并用0.45 μm孔徑的針式過濾器（水系）過濾，將所得濾液保存于經(jīng)酸洗的棕色玻璃小瓶中冷藏，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。此外，用經(jīng)過鹽酸酸洗的聚乙烯瓶取500 ml水樣用于總氮 （TN）質(zhì)量濃度、總磷 （TP） 質(zhì)量濃度、化學(xué)需氧量（CODCr）、銨態(tài)氮（NH+4-N）質(zhì)量濃度的測定?，F(xiàn)場測定水體物理指標(biāo)，包括透明度（SD）和水溫。

1.3 樣品分析

1.3.1 常規(guī)理化指標(biāo)和營養(yǎng)鹽指標(biāo)分析 水樣常規(guī)指標(biāo)包括溶解氧含量 （DO）、pH和氧化還原電位（ORP），在現(xiàn)場用水質(zhì)多參數(shù)測量儀（HI98196）分析，透明度（SD）在現(xiàn)場用賽氏透明盤測定?？偟═N）質(zhì)量濃度用堿性-過硫酸鉀消解紫外可見光度法測定，總磷（TP）質(zhì)量濃度用過硫酸鉀消解-鉬酸鹽分光光度計測定，化學(xué)需氧量（CODCr）用重鉻酸鉀法測定，銨態(tài)氮（NH+4-N）質(zhì)量濃度用納氏試劑法測定[11]。

1.3.2 溶解性有機(jī)質(zhì)分析 水樣經(jīng)過0.45 μm水系針式過濾器過濾后用總有機(jī)碳測定儀（日本島津公司產(chǎn)品，型號TOC5000A）測定溶解性有機(jī)碳（DOC）質(zhì)量濃度。紫外可見吸收光譜通過紫外-可見分光光度計（日本島津公司產(chǎn)品，型號UV-2700）測量，波長和間隔分別設(shè)置為200～800 nm和1 nm，扣除700～800 nm的吸光度均值進(jìn)行光譜結(jié)果校正。使用配備有450 W氙燈和CCD檢測器的熒光分光光譜儀（美國Horiba公司產(chǎn)品，型號Fluorolog-3）測定DOM的三維熒光光譜（EEM）。激發(fā)光譜和發(fā)射光譜的波長分別為250～450 nm（5 nm間隔）和250～600 nm（1 nm間隔），積分時間和狹縫寬度分別設(shè)置為0.2 s和5 nm，以純水進(jìn)行空白校準(zhǔn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

紫外可見光譜的吸收系數(shù)a（λ）通過如下公式計算：

a（λ）=2.303×A（λ）/l

式中，A（λ）為在λ處經(jīng)過700～800 nm 波長校正后的吸光度，l為比色皿的寬度，單位m。

以SUVA254表征DOM芳香性，SUVA254越大，芳香性越強(qiáng)；以E2∶E3表征相對分子質(zhì)量，E2∶E3隨著DOM相對分子質(zhì)量增大而減小[12]。

SUVA254=a（254）DOC

E2∶E3=a（250）a（365）

通過三維熒光光譜，以腐殖質(zhì)指數(shù)（HIX）、自生源指數(shù)（BIX）[13-14]和熒光指數(shù)（FI）[10]分別表征DOM的腐殖化程度、內(nèi)源物質(zhì)對DOM的相對貢獻(xiàn)和DOM的來源。HIX是激發(fā)波長為254 nm時發(fā)射波長∑（F435→F480）與∑（F300→F345）的比值，BIX是激發(fā)波長為310 nm時，發(fā)射波長380 nm與430 nm的比值，F(xiàn)I是激發(fā)波長為370 nm時，發(fā)射波長470 nm與520 nm的比值。

采用MATLAB（2012a）中drEEM和N-way工具箱的EEM矩陣方法進(jìn)行PARAFAC分析[15]。為確保模型的準(zhǔn)確性，首先排除掉異常樣品，運(yùn)行并測試模型，采用折半分析和殘差分析來驗(yàn)證PARAFAC模型的穩(wěn)定性和確定DOM的最佳組分?jǐn)?shù)。利用SPSS20.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)來分析不同水系和同一水系不同月份光譜參數(shù)之間是否存在顯著性差異。以P＜0.05和P＜0.01表示兩個獨(dú)立樣本組在不同統(tǒng)計學(xué)水平上存在顯著性差異或者變量間顯著性相關(guān)。采用Origin2021軟件繪圖并對熒光組分和熒光指數(shù)進(jìn)行主成分分析（Principal component analysis，PCA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)現(xiàn)狀

所調(diào)查水系的水質(zhì)較差（表2）。兩條水系的SD較低，均接近30 cm。不同采樣時間兩條水系DO質(zhì)量濃度較低，其中11月佛山水系DO質(zhì)量濃度僅為1.87 mg/L，按中國城市黑臭水體污染程度分級標(biāo)準(zhǔn)為輕度黑臭水體。兩條水系pH為6～8，總體上符合地表水Ⅰ～Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)[16]。2021年1月兩條水系的氧化還原電位均明顯低于2020年11月的對應(yīng)水系，說明2021年1月兩條水系氧化性較弱。兩條水系的TN、TP質(zhì)量濃度均超地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，部分點(diǎn)位NH+4-N質(zhì)量濃度甚至超過15 mg/L，呈現(xiàn)重度富營化狀態(tài)，NH+4-N質(zhì)量濃度遠(yuǎn)超水體自凈能力，是典型的重度黑臭水體。值得注意的是，兩條水系的CODCr總體處于地表水Ⅲ～Ⅳ水標(biāo)準(zhǔn)，這說明兩條水系有較高的氮污染，反硝化作用對生物可利用碳的需求量較大，造成水體碳源不足[17]。多數(shù)采樣點(diǎn)DOC質(zhì)量濃度低于5 mg/L，與天然湖泊、河流的DOC質(zhì)量濃度接近。因此，充分理解重污染水體DOM的來源及性質(zhì)，對評估DOM作為反硝化碳源的生物可利用性也有實(shí)際意義。

2.2 紫外可見光譜參數(shù)特征

2020年11月佛山水道水系和汾江河水系SUVA254分別為（4.35 ±0.36） L/（mg·m）和（3.99±0.42） L/（mg·m），次年1月佛山水道水系和汾江河水系SUVA254分別為（4.55±1.57） L/（mg·m）和（6.99±3.90） L/（mg·m）（圖2a）?？傮w而言，2020年11月兩水系SUVA254波動不大，而次年1月兩水系SUVA254波動較大，這說明1月份輸入到這兩個水系的DOM中芳香性物質(zhì)存在差異，某些芳香性和疏水性強(qiáng)的物質(zhì)進(jìn)入水體。一般認(rèn)為，當(dāng)SUVA254＞4 L/（mg·m） 時，DOM顯現(xiàn)出較高芳香性和疏水性；當(dāng)SUVA254＜3 L/（mg·m）時，DOM顯現(xiàn)出較低芳香性和高親水性[18]。2021年1月汾江河水系SUVA254均值達(dá)6.99 L/（mg·m），2020年11月汾江河水系SUVA254接近4 L/（mg·m），這表明2021年1月份的汾江河水系存在高芳香性物質(zhì)的輸入。E2∶E3可表征DOM相對分子質(zhì)量變化，該比值隨DOM相對分子質(zhì)量增大而減小[19]。佛山水道水系2020年11月與次年1月E2∶E3無顯著差異，而汾江河水系2020年11月E2∶E3為6.13±0.65，顯著高于次年1月的E2∶E3（P＜0.01），同時汾江河水系次年1月的E2∶E3也顯著低于佛山水道水系2020年11月和次年1月的E2∶E3（P＜0.05）（圖2b），這說明2021年1月汾江河水系有相對分子質(zhì)量較大的物質(zhì)輸入，高芳香性的DOM相對分子質(zhì)量大，這與SUVA254的結(jié)果一致。

2.3 三維熒光光譜及光譜參數(shù)特征

將PARAFAC 分離的熒光組分與OpenFluor數(shù)據(jù)庫已公開的數(shù)據(jù)[20]進(jìn)行對比，設(shè)置激發(fā)與發(fā)射光譜相似得分參數(shù)為0.95（圖3）。C1組分（Ex/Em=325 nm/410 nm），為高芳香性的大分子類腐殖質(zhì)物質(zhì)，與人為活動有關(guān)[5，20-21]；C2組分（Ex/Em=380 nm/470 nm）為外源類腐殖酸物質(zhì)[5，22]；C3組分（Ex/Em=280 nm/335 nm）為類蛋白熒光物質(zhì)，在自然界中該組分能被微生物輕易的利用降解[22-23]。C1和C2組分的相關(guān)性較高，R2達(dá)0.98，而C1和C3，C2和C3的相關(guān)性則較低，R2均只有0.61，這說明C1和C2具有較好的同源性，而C1和C3，C2和C3的來源存在差異（圖4）。C3組分主要是內(nèi)源代謝貢獻(xiàn)，一般為水體微生物代謝產(chǎn)物，本研究生活污水中分解的蛋白質(zhì)也會對C3有較大貢獻(xiàn)。C1和C3的Fmax值相當(dāng)，C2的Fmax略低（圖5）?？傮w而言，不同月份不同河道間均值差異性不顯著，但是部分采樣點(diǎn)位差異明顯，這跟污染負(fù)荷輸入密切相關(guān)。

熒光指數(shù)FI用于表征DOM中腐殖質(zhì)組分的來源。FI越高表明DOM的生物來源越強(qiáng)。當(dāng)FI＞1.9時，微生物代謝產(chǎn)物為DOM的主要來源，F(xiàn)I＜1.4表明DOM主要受陸源輸入的影響。當(dāng)1.4＜FI＜1.9時，DOM成分同時受生物源和陸源的影響[10]。兩條水系FI為1.4～1.9，表明水系中DOM同時受陸源和生物源的共同影響（圖6）。HIX用于表征DOM的腐殖化程度，并且其腐殖化程度隨HIX的升高而升高[20，24]。兩條水系HIX均小于4，說明腐殖化程度較低。此外，2020年11月佛山水道水系以及2020年11月和次年1月汾江河水系BIX （＞1）較高，表明水體存在較強(qiáng)的自生源特征及較高的新近DOM釋放的可能[13，20]。2020年11月和次年1月汾江河水系BIX分別為（1.06±0.05）、（1.02±0.05），生物活性較高。而次年1月佛山水道水系BIX顯著低于同時期的汾江河水系，也顯著低于佛山水道水系2020年11月的BIX（P＜0.05）。結(jié)合2021年1月佛山水道水系FI顯著低于同時期的汾江河水系（P＜0.05），而HIX值顯著高于2020年11月佛山水道水系（P＜0.05），說明2021年1月佛山水道水系陸源輸入的DOM主要與地表徑流等高腐殖化廢水的排入有關(guān)，而2021年1月汾江河水系的DOM則很有可能與生物可利用性高的生活污水有關(guān)。

2.4 DOM熒光組分及光譜參數(shù)與水質(zhì)參數(shù)的關(guān)系

研究DOM熒光組分與水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)關(guān)系，有助于深刻理解城市重污染水體DOM的性質(zhì)，有助于利用DOM性質(zhì)快速預(yù)測水體水質(zhì)狀況。經(jīng)過SPSS相關(guān)性分析和指標(biāo)遴選，DOM組分之間及其與水質(zhì)參數(shù)的關(guān)系如表3所示，DOC與C1、C2和C3呈極顯著正相關(guān) （P＜0.01），表明DOM是水體中重要的溶解有機(jī)碳庫，其與碳在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化過程密不可分[25]。C1和C3與SUVA254呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）， C2與SUVA254呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），這說明水體中DOM呈現(xiàn)出低芳香性特征。HIX與E2∶E3呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），這說明在DOM腐殖化程度較高的采樣點(diǎn)位，其相對分子質(zhì)量較小。這與先前的研究中較高腐殖化程度DOM其芳香性和相對分子質(zhì)量往往較大的結(jié)論相反，造成這種差異的原因可能是由于樣品采集時期屬于枯水期（11月和次年1月），地表徑流和土壤淋溶對水體中DOM分子的影響較弱，而光化學(xué)轉(zhuǎn)化則顯著影響了DOM的分子結(jié)構(gòu)，使其芳香性降低并由大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)[26]。

從熒光組分與水質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系看，C1、C2和C3與DO的質(zhì)量濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，其原因可能是隨著外源碳輸入的增強(qiáng)，水體中碳源豐富，好氧微生物活性增強(qiáng)，對碳進(jìn)行分解，同時產(chǎn)生大量類蛋白物質(zhì)從而導(dǎo)致DO質(zhì)量濃度降低[27]。C1、C2和C3與TP質(zhì)量濃度、CODCr均呈極顯著正相關(guān)，這說明在城市重污染水體中，可以用DOM的組分快速預(yù)測水體營養(yǎng)狀態(tài)[28]。熒光組分（C1、C2和C3）與TP質(zhì)量濃度、CODCr極顯著相關(guān)，說明DOM對TP質(zhì)量濃度和CODCr的貢獻(xiàn)較大，但值得注意的是僅C3組分與TN質(zhì)量濃度呈顯著正相關(guān)，這可能與類蛋白物質(zhì)（C3）中蛋白質(zhì)、氨基酸和酰胺類等有機(jī)氮組分含量有關(guān)，而NH+4-N在TN中占較大比重（表2），也可能是TN質(zhì)量濃度與C1、C2無顯著相關(guān)的原因。

對汾江河水系水體的光譜參數(shù)與水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明第一主成分和第二主成分共解釋了所選指標(biāo)59.5%方差變化，其中第一主成分與第二主成分對所選指標(biāo)的解釋率分別為42.6%和16.6%（圖7）。第一主成分軸上總氮（TN）質(zhì)量濃度、銨態(tài)氮（NH+4-N）質(zhì)量濃度、總磷（TP）質(zhì)量濃度和化學(xué)需氧量（CODCr）具有較強(qiáng)的正相關(guān)性，表明第一主成分正方向與水體富營養(yǎng)化有關(guān)，同時C1、C2和C3與第一主成分荷載呈正相關(guān)，表明C1、C2和C3與總氮（TN）質(zhì)量濃度、銨態(tài)氮（NH+4-N）質(zhì)量濃度、總磷（TP）質(zhì)量濃度和化學(xué)需氧量（CODCr）具有較強(qiáng)的同源性[29]。重污染水體中總氮、銨態(tài)氮、總磷和化學(xué)需氧量（CODCr）一般為外源輸入，與周邊生活污水以及工業(yè)廢水的輸入有關(guān)[30]，因此水體中DOM主要考慮為外源輸入。C3、總氮（TN）和自身源指數(shù)（BIX）與第二主成分組分呈正相關(guān)性，表明第二主成分正方向與自生源特征有關(guān)，較高含量的類蛋白質(zhì)組分C3和總氮（TN）為微生物的生長代謝提供了碳源，同時也再次驗(yàn)證了C3中有機(jī)氮對總氮（TN）的貢獻(xiàn)。

3 結(jié)論

本研究結(jié)論如下：（1）汾江河水系和佛山水道水系DOM主要包括3個熒光組分，分別為類腐殖質(zhì)C1（325 nm/410 nm）、類腐殖質(zhì)C2（380 nm/470 nm）和類蛋白質(zhì)組分C3（280 nm/335 nm）。除次年1月汾江河水系有相對分子質(zhì)量較大的芳香性物質(zhì)輸入，其他采樣時間兩條水系DOM均表現(xiàn)為低相對分子質(zhì)量、低芳香性和高親水性特征。兩條水系DOM腐殖化程度低。（2）水質(zhì)參數(shù)和DOM組成受到面源輸入、微生物活動和光化學(xué)轉(zhuǎn)化等因素的綜合影響。（3）DOM熒光組分C1、C2、C3與水質(zhì)參數(shù)TP、DOC質(zhì)量濃度、CODCr均極顯著相關(guān)（P＜0.01），C1、C2與DO質(zhì)量濃度極顯著相關(guān)（P＜0.01），C3與TN質(zhì)量濃度顯著相關(guān)（P＜0.05）。主成分分析結(jié)果表明，DOM熒光組分與TN、NH+4-N、TP和CODCr具有較強(qiáng)的同源性，受外源輸入影響較大，即與周邊生活污水以及工業(yè)廢水的輸入有關(guān)。因此，在重污染水體中可用DOM的光譜參數(shù)快速預(yù)測水體富營養(yǎng)化狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1] HUANG C，ZHANG L，LI Y，et al. Carbon and nitrogen burial in a plateau lake during eutrophication and phytoplankton blooms [J]. Science of the Total Environment，2018，616/617：296-304.

[2] REN H，F(xiàn)AN T，YAO X，et al. Investigation of the variations in dissolved organic matter properties and complexations with two typical heavy metals under the influence of biodegradation：A survey of an entire lake [J]. Science of the Total Environment，2022，806：150485.

[3] ASMALA E，MASSICOTTE P，CARSTENSEN J. Identification of dissolved organic matter size components in freshwater and marine environments [J]. Limnology and Oceanography，2021，66（4）：1381-1393.

[4] 李帥東，張明禮，楊 浩，等. 昆明松華壩庫區(qū)表層土壤溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）的光譜特性 [J]. 光譜學(xué)與光譜分析，2017，37（4）：1183-1188.

[5] REN W，WU X，GE X，et al. Characteristics of dissolved organic matter in lakes with different eutrophic levels in southeastern Hubei Province，China [J]. Journal of Oceanology and Limnology，2021，39（4）：1256-1276.

[6] 何 杰，李學(xué)艷，林 欣，等. 光譜特征法辨識不同污染景觀河道中溶解性有機(jī)物的組分與來源 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2021，41（3）：1000-1010.

[7] 徐兵兵. 南苕溪溶解性有機(jī)質(zhì)光譜特性及其與水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性研究 [J]. 環(huán)境污染與防治，2021，43（9）：1144-1150，1158.

[8] FENG L，ZHANG J，F(xiàn)AN J，et al. Tracing dissolved organic matter in inflowing rivers of Nansi Lake as a storage reservoir：Implications for water-quality control [J]. Chemosphere，2022，286：131624.

[9] CHEN W，HABIBUL N，LIU X Y，et al. FTIR and synchronous fluorescence heterospectral two-dimensional correlation analyses on the binding characteristics of copper onto dissolved organic matter [J]. Environmental Science & Technology，2015，49（4）：2052-2058.

[10]LI Y，ZHANG Y，LI Z，et al. Characterization of colored dissolved organic matter in the northeastern South China Sea using EEMs-PARAFAC and absorption spectroscopy[J]. Journal of Sea Research，2022，180：102159.

[11]陳丙法. 湖岸帶藍(lán)藻聚積污染物特性變化及控制研究 [D]. 蘇州：蘇州科技學(xué)院，2015.

[12]NI M，LI S. Biodegradability of riverine dissolved organic carbon in a dry-hot valley region：Initial trophic controls and variations in chemical composition [J]. Journal of Hydrology，2019，574：430-435.

[13]HUGUET A，VACHER L，RELEXANS S，et al. Properties of fluorescent dissolved organic matter in the Gironde Estuary [J]. Organic Geochemistry，2009，40（6）：706-719.

[14]HUR J，PARK M H，SCHLAUTMAN M A. Microbial transformation of dissolved leaf litter organic matter and its effects on selected organic matter operational descriptors [J]. Environmental Science & Technology，2009，43（7）：2315-2321.

[15]ISHII S K，BOYER T H. Behavior of reoccurring PARAFAC components in fluorescent dissolved organic matter in natural and engineered systems：a critical review [J]. Environmental Science & Technology，2012，46（4）：2006-2017.

[16]國家環(huán)境保護(hù)總局． 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB 3838-2002［S］． 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002．

[17]向 衡，韓 蕓，劉 琳，等. 用于河道水反硝化脫氮補(bǔ)充碳源選擇研究 [J]. 水處理技術(shù)，2013，39（5）：64-68.

[18]MATILAINEN A，GJESSING E T，LAHTINEN T，et al. An overview of the methods used in the characterisation of natural organic matter （NOM） in relation to drinking water treatment [J]. Chemosphere，2011，83：1431-1442.

[19]HELMS J R，STUBBINS A，RITCHIE J D，et al. Absorption spectral slopes and slope ratios as indicators of molecular weight，source，and photobleaching of chromophoric dissolved organic matter [J]. Limnology and Oceanography，2008，53（3）：955-969.

[20]陳丙法. 水生植物生物炭對水體重金屬作用機(jī)制研究 [D]. 北京：中國科學(xué)院大學(xué)，2020.

[21]LIU C，DU Y，YIN H，et al. Exchanges of nitrogen and phosphorus across the sediment-water interface influenced by the external suspended particulate matter and the residual matter after dredging [J]. Environmental Pollution，2019，246：207-216.

[22]LEE S A，KIM T H，KIM G. Tracing terrestrial versus marine sources of dissolved organic carbon in a coastal bay using stable carbon isotopes [J]. Biogeosciences，2020，17（1）：135-144.

[23]GAO Z，GUEGUEN C. Size distribution of absorbing and fluorescing DOM in Beaufort Sea，Canada Basin [J]. Deep Sea Research Part I：Oceanographic Research Papers，2017，121：30-37.

[24]SINGH S，D'SA E J，SWENSON E M. Chromophoric dissolved organic matter（CDOM） variability in Barataria Basin using excitation-emission matrix （EEM） fluorescence and parallel factor analysis（PARAFAC） [J]. Science of the Total Environment，2010，408（16）：3211-3222.

[25]許金鑫. 城市河流溶解性有機(jī)質(zhì)的光譜特征研究 [D]. 上海：上海師范大學(xué)，2020.

[26]XU H，LI Y，LIU J，et al. Photogeneration and steady-state concentration of hydroxyl radical in river and lake waters along middle-lower Yangtze region，China[J]. Water Research，2020，176：115774.

[27]蔡文良，許曉毅，羅固源，等. 長江重慶段溶解性有機(jī)物的熒光特性分析[J]. 環(huán)境化學(xué)，2012，31（7）：1003-1008.

[28]ZHANG Y，ZHOU Y，SHI K，et al. Optical properties and composition changes in chromophoric dissolved organic matter along trophic gradients：Implications for monitoring and assessing lake eutrophication [J]. Water Research，2018，131：255-263.

[29]李曉潔，高紅杰，郭冀峰，等. 三維熒光與平行因子研究黑臭河流DOM [J]. 中國環(huán)境科學(xué)，2018，38（1）：311-319.

[30]程慶霖，鄭丙輝，王圣瑞，等. 滇池水體有色溶解性有機(jī)質(zhì)（CDOM）三維熒光光譜特征[J]. 光譜學(xué)與光譜分析，2014，34（3）：698-703.

（責(zé)任編輯：成紓寒）