我国“十四五”规划和2035年远景目标纲要提出: 实施国家节水行动， 鼓励再生水利用。 再生水回用是实现水资源可持续发展的重要途径。 将再生水用于贫水区农业灌溉， 有望取得良好的经济效益、 生态效益和社会效益， 同时也符合“碳达峰碳中和”（即“双碳”）的政策导向和宏观要求。 现阶段， 我国对再生水农灌的基础性研究刚刚起步、 成果不多， 尚无法提供系统性的数据支持和理论指导。 以陕西省西安市和辽宁省沈阳市的两种污水源再生水（分别记为A水样和B水样）为研究对象， 借助紫外可见光谱（UV-Vis）、 元素分析、 三维荧光光谱（3D-EEMs）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）比对再生水DOM性质差异， 结合特征参数剖析DOM微观信息。 结果发现: UV-Vis图谱的250～270 nm附近出现吸收平台， 源于DOM双键结构和腐殖质芳香族组分; 210～250 nm吸收带则由DOM不饱和双键共轭结构引起。 紫外可见特征参数和元素分析原子比值表明: A水样DOM腐殖化程度更高、 相对分子质量更大， B水样DOM苯环C骨架聚合度较低、 内源性更明显; 微生物活动对水样DOM的组成干扰相当关键。 两种水样DOM的3D-EEMs图谱均出现三处明显特征峰， 分别位于Ex/Em=280/310 nm（类酪氨酸）、 Ex/Em=230/320 nm（类色氨酸）和Ex/Em=250/460 nm（类腐殖质）; DOM具有较强自源性， 但其总体芳香性都不高， B水样新近产生的“新鲜”DOM较多。 两种水样DOM的FTIR图谱高度相似， 均在3 460～3 420 cm-1（—OH和—NH2伸缩振动）、 2 925 cm-1（—CH2不对称伸缩振动）、 1 639 cm-1（CO伸缩振动和N—H弯曲振动）和1 412 cm-1（—CH2剪式变形振动）等处出现特征峰， 表明两种水样DOM官能团差异很小， 类蛋白组分、 碳水化合物和芳香类有机物是DOM主要组分。 相关结果有助于深度预估农灌过程再生水DOM的环境行为和生态效应。

溶解性有机质是环境生态学者关注的典型对象, 其对环境质量的指示作用以及修复策略的效果评价具有重要参考价值。 现阶段, 对于河流和沉积物DOM的研究略显不足, 尤其考虑到目标组分的动态差异 (时空、 水文、 环境、 尺度等), 相关方面的精细化研究便显得尤为必要。 以泾渭河交汇区域(陕西西安高陵段)水体和表层沉积物为研究对象, 通过光谱联用技术(元素分析、 UV、 FTIR、 Raman、 3D-EEMs和NMR) 深度揭示其微观特征。 研究表明: 沉积物DOM的H/C和N/C比都高于水体DOM, 说明沉积物DOM碳氢饱和度更高, 同时含有更多含氮组分。 DOM紫外吸光度随吸收波长的增加逐渐下降; 水体DOM吸收平台极弱, 但沉积物DOM发现较明显的吸收平台(240～310 nm)。 DOM含有—OH, CC, C—O等基团, 沉积物DOM官能团性质略为复杂, 具体体现在峰形和峰强的局部差异上。 水体和沉积物DOM的Raman图谱相似, 基本无法给予有效的区别信息。 水体DOM荧光峰归属为可见光区类色氨酸和紫外区类富里酸, 以陆源有机质为主; 沉积物DOM荧光峰均属于紫外区类富里酸荧光峰, 没有发现类蛋白组分特征峰。 水体和沉积物DOM具有类似的C骨架, 但沉积物DOM的脂族特性更明显。 1H NMR结果表明碳水化合物H含量较高, 而芳香族H、 γ-H等含量较低。 总体认为水体DOM的陆源性更加明显, 沉积物DOM组分更为复杂和“年轻”。 相关结果有助于深度明晰典型环境体系DOM的微观性质和环境行为。

在污染场地植物修复过程中, 植物根系通过释放活性分泌物主动适应和抵御污染胁迫, 直 (间) 接影响根际圈土壤DOM的结构组成。 现阶段, 植物修复的关注点主要集中于污染物的吸收、 转运、 累积和解毒行为, 对于根际圈土壤DOM的探讨略显不足。 以Pb/Cd复合污染黄土区金盏菊幼苗为研究对象, 分析根际圈黄土Pb/Cd赋存形态、 金盏菊生长状况等宏观差异, 借助紫外可见光谱(UV)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEMs)明确Pb/Cd胁迫前后根际圈黄土DOM的微观性质。 结果表明: 根际圈黄土Pb/Cd以残渣态和可交换态为主, 金盏菊生长周期结束后可交换态Pb/Cd含量有所升高。 Pb/Cd胁迫抑制了金盏菊株高和出苗率, 其生长周期有助于改善黄土理化性质。 胁迫后金盏菊根部呈现细长、 弯曲且萎缩的迹象; DOM紫外光谱最大吸收区间位于200～240 nm, 但胁迫后的图谱波峰更加尖锐, 峰强更大。 Pb/Cd胁迫导致DOM红外吸收峰分别从3 444和1 637 cm-1移动至3 440和1 645 cm-1, 其中存在重金属离子与OH和CO结合效应。 DOM荧光峰集中在λex/em=240/430附近(紫外区类富里酸荧光峰), Pb/Cd胁迫对荧光峰强干扰较大, 而对荧光峰位基本没有影响。 金盏菊根际圈黄土DOM能够提供重要的微生态环境信息, 光谱学手段能够一定程度上揭示其与Pb/Cd赋存形态的构效关系。

原子吸收光谱法（AAS）广泛应用于重金属分析检测领域, 优化测试过程的操作条件, 进而保障分析结果的稳定性和重现性, 直接关系到预期研究目标的有效实现, 建立精准的检测方法往往成为科学研究的首要任务。 以金盏菊为黄土区Pb/Cd复合污染修复植物, 采用湿法消解-AAS法测定金盏菊幼苗体内Pb/Cd含量, 分析所得结果初步揭示金盏菊幼苗对Pb/Cd的富集效应。 研究发现: 湿法消解-AAS法对Pb/Cd的检出限分别为0.104和0.007 mg·L-1, Pb/Cd回收率对应于94.33%～110.78%和97.73%～107.50%之间, 同一样品重复测定（6次）的相对标准偏差（RSD）波动于4.11%～4.75%（Pb）和1.11%～2.77%（Cd）, 表明该方法准确度较好, 精密度较高。 金盏菊幼苗对Pb的富集能力不强, 这可能与Pb的电负性、 植物生长周期较短及环境因子等因素有关; 但在黄土Cd浓度为50 mg·kg-1时, 金盏菊幼苗对Cd的平均富集量已达到104.85 mg·kg-1。 此外, 黄土Pb的共存一定程度上促进了金盏菊幼苗对Cd的吸收, 其间可能存在协同作用。 所建立的分析方法可以对金盏菊幼苗Pb/Cd含量进行有效检测, 预期能为后续研究提供技术支持和质量保障。

植物修复法是重金属污染场地修复的重要手段, 这种“绿色修复技术”得到了学者们的广泛关注和期待。 在重金属胁迫条件下, 植物自身会出现相应的响应反映, 进而逐渐适应并有效减缓重金属的直接毒害作用。 这种微尺度的调控行为往往多维度和不可见, 需要借助精密仪器分析技术加以剖析。 现阶段, 相关方面的研究还略显欠缺。 以黄土修复植物金盏菊幼苗为研究对象, 分析Pb/Cd复合胁迫对其表观形貌的影响, 采用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）识别其地下和地上部分样本的官能团性质, 初步推断金盏菊对Pb/Cd胁迫的响应途径和耐受机制。 研究表明: 随着Pb/Cd胁迫程度的加剧, 金盏菊根冠弯曲萎缩, 根毛数量明显减少, 而其地上部分形貌差异很小。 Pb/Cd胁迫对金盏菊幼苗地下和地上部分的FTIR图谱影响较大: 3 573 cm-1附近的—OH峰强减弱且发生移动, 随着Pb/Cd胁迫浓度的增加, 峰形更趋复杂化; 这表明Pb/Cd与—OH间存在配位结合效应, Pb/Cd胁迫干扰了有机物的合成和分泌。 饱和C—H振动峰整体红移, 可能与细胞膜的膜脂氧化程度有关。 1 631和1 574 cm-1处吸收峰强下降, 说明与之关联的蛋白质组分特性可能有异。 1 385 cm-1处峰位有所偏移, 推测金盏菊通过改变果胶质和油脂的甲基化程度, 完成细胞组织对Pb/Cd胁迫的“直接排斥→逐步适应→增强抗逆性”的过程转变。 FTIR对于识别土壤重金属的植物修复机制具有重要指导意义。

植物修复法是新兴的重金属污染土壤修复手段, 也是未来极富应用潜力的主流技术之一。 植物根部细胞壁作为重金属/土壤/植物相的交界面, 天然地成为修复效能调控过程的关键部位和信号通道。 植物细胞壁与重金属离子的作用行为具有物理化学和生理生化的双重属性, 但以光谱技术为切入点, 原位解析植物根部细胞壁对土壤重金属离子的响应关系还不多见。 以黄土区修复植物金盏菊幼苗为研究对象, 分析Pb/Cd复合胁迫对其根部细胞壁形貌的影响, 借助X射线荧光光谱(XRF)、 X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)揭示细胞壁对Pb/Cd胁迫的响应信号。 结果发现: Pb/Cd胁迫导致金盏菊根部细胞壁弯曲萎缩, 表面分布若干点状深色沉积物颗粒; XRF证实细胞壁Pb/Cd含量增加, 但XRD图谱没有发现典型Pb/Cd结晶峰。 FTIR图谱中—OH振动峰定位于3 416 cm-1处, 表明Pb/Cd离子与—OH间可能存在配位键合; 1 701和1 593 cm-1处的特征峰分别移动到1 736和1 618 cm-1, 说明Pb/Cd胁迫改变了金盏菊根部细胞壁蛋白质结构属性。 Raman光谱中2 960 cm-1附近峰强增加, 暗示Pb/Cd胁迫影响了细胞壁纤维素分子排列方向。 可以认为, 细胞壁组分(果胶、 蛋白质、 纤维素等)和典型官能团(—OH, N—H, CO等)对于减缓Pb/Cd胁迫引起的金盏菊根部细胞壁毒害效应贡献较大。

化学淋洗法是常用的污染场地修复方法, 其经济性、 简便性、 安全性等指标较其他方法有较大优势。 化学淋洗法存在的弊端之一是淋洗过程土壤伴存养分的同步淋失, 若能在此瓶颈问题上有所突破, 将会大大促进淋洗法场地修复的应用进程。 本文研究的目标在于揭示合成秸秆基阴离子吸附剂对养分淋失的减缓机制, 采用吸附平衡模式(等温线和动力学)与光谱分析技术(SEM和FT-IR)相结合, 力图从微观层面验证宏观研究结果。 Langmuir和准二级动力学方程能更好地描述硝酸根和磷酸根的吸附行为, 由Langmuir方程计算得出qm分别为7.507　5和4.194　6 mg·g-1, 吸附反应为单层吸附和优惠吸附过程, 主要控速步骤为化学吸附。 阴离子吸附剂对硝酸根和磷酸根的吸附活化能(298 K)Ea分别为42.25和39.38 kJ·mol-1, 吸附反应自发、 吸热。 纯净水和KOH能够实现阴离子吸附剂的再生, 超声辅助和延长解吸时间对于解吸效果略有促进作用。 吸附后阴离子吸附剂表面被点状分布的细微颗粒物覆盖, 解吸后仅有少量枝状物零星分布。 吸附前后FTIR图谱的主要波峰红移或蓝移, 证实阴离子吸附剂表面及内部官能团通过静电作用与硝酸根和磷酸根结合。 阴离子吸附剂对硝酸根和磷酸根的吸持固定是物理吸附和化学吸附共同作用的结果。

重金属是土壤中最具代表性的污染物之一, 重金属的赋存形态直接关系到其生理毒性和迁移行为, 是重金属污染研究的重要方向。 重金属形态与环境条件关系密切, 鉴于土壤系统的高度复杂性, 相近条件下的重金属形态转化行为也可能不尽相同。 相关研究目前尚未有统一定论, 成为有待验证的理论问题。 在实验了解秸秆腐殖化DOM性质 (紫外光谱、 三维荧光光谱和红外光谱) 的基础上, 借助Tessier连续提取-AAS法分析DOM作用下铅的形态转化规律, 据此建立溶解性有机碳 (DOC) 与有机结合态铅的线性关系, 并辅以FTIR明确DOM官能团对铅形态转化的贡献。 结果发现: DOM紫外吸收主峰位于229 nm处, 荧光组分集中于λex/em=250/350 nm, λex/em=250/450 nm和λex/em=330/450 nm区域, 归属为紫外区类富里酸和可见光区类腐殖酸荧光峰。 DOM的官能团组成比较复杂, —OH, CO, N—H等振动峰比较明显。 DOM能够影响黄土铅的赋存形态, 其存在有助于降低可交换态、 铁锰氧化态和残渣态铅含量, 但对碳酸盐结合态铅含量影响甚微。 DOC含量与有机结合态铅含量正相关(r=0.691 8), 表明DOM可以有效络合铅离子;DOM中的—OH, CO, —COOH等基团对铅离子的形态转化具有关键作用。