千岛湖水质优良, 具有较低的初级生产力和较高的透明度(SDD), 探究该湖有色可溶性有机物(CDOM)的微生物降解特征对探究清洁水体有机物迁移转化规律具有重要意义。 通过对室内微生物培养实验前后CDOM吸收和荧光光谱的对比分析, 探究该湖有色可溶性有机物生物降解特征及指示意义。 结果表明, 经28 d微生物降解培养后CDOM吸收系数a254、 光谱斜率S275-295平均值均减小、 荧光腐殖化指数HIX增大, 说明微生物降解致使CDOM浓度降低, 腐殖化程度相应升高。 经生物培养28 d可降解的CDOM吸收系数a254平均降幅可达14.3%±4.8%, 各点位降幅范围为4.3%~23.6%。 平行因子分析获得三种荧光组分, 分别为陆源类腐殖酸C1、 类色氨酸C2和C3, 三种荧光组分在28 d微生物降解培养过程中均主要表现为降解, 极少有累积; 其中类色氨酸C2和C3生物可利用性水平分别可达54.1%±18.2%和53.2%±14.3%, 陆源类腐殖酸C1生物可利用性为28.2%±9.1%; 培养前后CDOM荧光主要贡献组分由类色氨酸C2变为陆源类腐殖酸C1, 这说明千岛湖类色氨酸生物活性高于类腐殖酸, 微生物降解培养过程中亦表现为削弱类蛋白峰保留类腐殖酸峰。 培养前后CDOM吸收系数差值, 亦即CDOM生物可利用性Δa254的高值主要集中在下游东南湖区, 这与类色氨酸C2分布特征具有一定的相似性, 说明千岛湖东南湖区CDOM生物可利用性最高, 可能与大量类色氨酸C2赋存具有一定关系。 微生物降解培养致使类色氨酸C2和C3分布特征发生改变, 经培养后其高值与C1、 a254培养后高值分布特征相似, 说明生物培养过程中可能存在类蛋白物质的产生。 微生物降解培养前后C1与a254均具有很好的相关性, 说明微生物降解培养对陆源类腐殖酸荧光峰应用于估算有机物浓度的影响较小, 培养后湖心区及东南湖区类色氨酸C2—C3高值区消失, 说明在水滞留时间较长的湖区微生物活动对类色氨酸荧光峰在点源污染识别的应用存在一定的影响。

运用三维荧光-平行因子分析(EEMs-PARAFAC)和室内生物培养实验, 分析了洪泽湖和骆马湖有色可溶性有机物(CDOM)生物降解特征对不同水文情景的响应。 结果表明, (1)平行因子分析得到3类荧光组分, 类腐殖质C1、 类色氨酸C2和类酪氨酸C3。 (2）经28天生物培养后, 枯水期洪泽湖、 骆马湖溶解性有机碳DOC生物可利用性(BDOC, 分别为17%±4%, 15%±4%)高于丰水期(分别为5%±5%, 10%±7%), 且枯水期%BDOC高值主要分布于入湖口区域。 (3）枯水期两湖泊比紫外吸收系数SUVA254和类腐殖质C1荧光强度显著高于培养前, 即ΔSUVA254和ΔC1为负值, 而类酪氨酸荧光强度显著低于培养前, 即ΔC3为正值, 表明了枯水期类酪氨酸生物可利用性较高, 产生了较为稳定的类腐殖质, 增加了样品的腐殖化程度。 (4）BDOC和%BDOC分别与ΔSUVA254有较好的负相关性, BDOC及%BDOC与ΔC3, %ΔC3均有较好的正相关性。 这意味着两个湖泊CDOM组成直接影响其生物可利用性。

富营养化是河口港湾一个重要的生态环境问题。 传统的富营养化监测与评价需要依靠费时费力的人工采样、 实验室分析测定, 周期较长, 难以实现现场实时快速监测与评价。 本文依据2009年2月、 5月、 8月和10～11月在厦门湾海域的有色溶解有机物(CDOM)与主要环境要素的调查资料, 探讨了利用CDOM的光学性质反演COD, TN, TP等富营养化参数的可行性。 结果表明: (1)厦门湾表层水体CDOM存在明显的空间和季节性变化, 九龙江河口区的丰度最高; (2)陆源输入及浮游植物的现场生产是水体中CDOM的主要来源, 因此可建立利用盐度和叶绿素a浓度估算厦门湾CDOM丰度的经验算法, 该经验算法的相关系数达0.96, 经验算法估算值与实测CDOM之间的相对误差为11.1%±0.71%, 精度较高; (3)厦门湾各个季节COD, TN, TP与CDOM吸收系数、 荧光组分之间有很好的相关性, 总体表现春夏较高、 秋季次之、 冬季最差; (4)结合上述研究成果, 利用厦门湾已建立的水质自动监测系统实时获取的盐度、 叶绿素a以及经验公式推导出的CDOM荧光资料, 有望克服COD, TN和TP等富营养化指标只能通过人工采样和实验室分析获取的缺点; 实现对海域富营养化程度的快速监测与评价。

随着南水北调东线工程的开通, 东平湖作为山东段的两大调蓄湖泊之一, 其水质的有效监测和污染预警显得尤为重要。 根据东平湖夏季有色可溶性有机物(CDOM)吸收系数的空间分布特征和CDOM光学参数, 探讨了CDOM吸收系数与溶解性有机碳(DOC)、 叶绿素(Chla)等水质指标之间的关系, 以期为今后建立水源水质突变的实时监控和污染事件预警系统提供依据。 结果表明, 东平湖属于中-富营养型湖泊, CDOM吸收系数(a(280), a(350), a(440))均值分别为(12.90±1.17), (3.11±0.40)和(0.65±0.09) m-1, 在一定程度上反映了湖泊的营养状况。 东平湖内CDOM浓度整体呈现出从东岸河口区向湖心区、 西南岸递减的趋势, 体现了河流陆源输入对东平湖CDOM的重要贡献。 东平湖水体的CDOM浓度(如a(440))可以用来估算反演常规水质参数, 但仍需要进一步对不同季节不同水域CDOM的物质构成进行深入分析和研究。 由吸收特征值S值、 E3/E4、 M值得出, 东平湖河口区输入的陆源CDOM进入湖泊后, 随着陆源输入的比例下降CDOM腐殖化程度降低, 富里酸的相对含量升高, 且相对分子质量也逐渐减小。

有色可溶解性有机物(简称CDOM,又称为黄色物质),存在于所有自然水体中,可以用于指示水体有机物污染的状况.相比于常规采样监测方法,基于遥感数据反演CDOM具有重要优势.但是遥感数据反演CDOM的方法通常具有区域局限性,因此需要对不同区域水体进行反演方法的检验和完善.我国北方水体CDOM遥感反演的相关研究较少,选择位于河北省张家口市和北京市延庆区交界的官厅水库为研究区,利用2013年10月26日获取的水面遥感反射率光谱(Rrs(λ))和实验室测得的CDOM吸收系数(aCDOM(λ))数据,首次进行了CDOM浓度(以440 nm处CDOM的吸收系数(aCDOM(440))表示)反演.对半解析方法即QAA-CDOM方法进行了检验和改进,并建立了CDOM反演的经验模型.QAA-CDOM方法反演结果的均方根误差RMSE为0.10,平均相对误差σ为10.8%.通过实测数据计算了每个波段的水面以下上行辐照度与辐亮度的比值Q,代替了QAA-CDOM方法中的固定Q值,对QAA-CDOM方法进行改进,反演结果精度仅略有提升,RMSE=0.09,σ=10.2%.同时,用四个遥感反射率的比值与aCDOM(440)进行回归分析,建立了CDOM反演的经验模型.结果显示Rrs(531)/Rrs(551)与CDOM浓度的相关性最大,决定系数为0.63;基于该波段比值建立的CDOM反演经验模型的反演结果的均方根误差RMSE为0.08,平均相对误差σ为8.8%.经验方法反演结果的精度更高,但需要同步实测数据进行所选波长和模型系数的标定;半解析方法不需要标定,更易于推广.

石油类物质对水体吸收系数的影响主要通过黄色物质(CDOM)体现出来, CDOM和石油类物质皆具有荧光基团, 如果两者的荧光图谱各自特征明显的话, 那么有望利用荧光技术分离出水中石油物质和CDOM各自对水体总吸收系数的贡献, 从而提高水体石油类物质含量的遥感反演精度。 以大连周边海水和山区水库水为自然水体本底, 分别与取自采油污水厂和炼油污水厂的污水进行混合配比, 利用试验数据分析了仅含CDOM、 含油与CDOM混合、 仅含石油三种水样的荧光图谱特征, 旨在为利用荧光技术分离出水中石油物质和CDOM各自对水体总吸收系数的贡献提供依据。 分析结果表明: (1)自然水体中, 海水的CDOM具有三个典型荧光峰, 分别位于Ex:225-230 nm/Em:320～330 nm, Ex:280 nm/Em:340 nm和Ex:225-240 nm/Em:430～470 nm, 为海水叶绿素碎屑物所致; 淡水具有两典型荧光峰, 分别位于: Ex: 240～260 nm/Em: 420～450 nm和Ex: 310～350 nm/Em: 420～440 nm, 为陆源物质所致; (2)用正己烷萃取后的仅含油水样, 具有1～3个荧光峰, 分别位于Ex: 220～240 nm/Em: 320-340 nm, Ex:270～290 nm/Em: 310～340 nm和Ex: 220～235 nm/Em: 280～310 nm, 为各自烃类成分所致; (3)在自然水体中混入油污水后, 含油和CDOM的水样荧光图谱呈现出一个非常强的荧光峰, 位于Ex: 230～250 nm/Em: 320～370 nm, 为CDOM和石油类物质荧光成分共同作用所致。

利用平行因子分析法(PARAFAC)解析了滇池水样的三维荧光光谱, 揭示了其有色溶解性有机质(CDOM)组分的分布特征, 并利用主成分分析法对影响滇池水体的CDOM的主控因素以及其相对贡献进行了研究。 结果表明, 滇池水体CDOM可分为四个组分, 分别为类腐殖质荧光组分C1(240, 415), C3(265, 525), C4(255, 505)和类蛋白荧光组分C2(230/280, 330); 空间分布呈现北部和入湖河口处等污染较重的区域CDOM组分荧光强度最高, 而其区域较低的趋势, 且四个组分呈现正相关(p<001), 说明其来源相同。 主成分分析表明, 滇池水体CDOM四个组分均来源于陆源有机质(贡献率7418 %); 同时, DTN, DTP, DON受四DOM组分的控制比较明显, 显示出强烈的陆源性质。 滇池水体CDOM组分可以与溶解性营养盐较好的多元非线性拟合, 进而通过CDOM的三维荧光光谱研究, 可以在一定程度上指示滇池水体富营养化水平。

海水中的有色溶解有机物(CDOM)对海洋生态系统具有重要影响。 针对当前CDOM测量的问题, 基于Teflon AF 液芯波导(LWCC/LCW)技术, 设计了一套全自动CDOM走航式测量仪。 该仪器具有光程可调、 测量动态范围广、 灵敏度高等特点, 适合于各类水体。 其过滤和进样系统, 实现了水样的自动过滤、 进样和样品池清洗。 基于LabVIEW语言开发的软件控制平台, 可高效地控制仪器的运行状态和数据(光谱数据、 GPS数据及海水温盐数据)的采集。 通过对照实验和现场海上测试, 证实了测量数据的可靠性和仪器的稳定性。

利用三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术, 研究了2009年春、 秋季厦门湾有色溶解有机物(CDOM)的荧光组分特征, 并利用主成分分析方法对影响该海域CDOM分布的主控因素及其相对贡献进行了解析。 厦门湾CDOM中含有3个类腐殖质荧光组分(C1, C2和C5)及2个类蛋白质组分(C3和C4)。 所有类腐殖质组分之间、 以及所有类蛋白质组分之间均有很好的相关性, 表明同一类型的荧光组分具有相似的来源属性及地球化学行为。 类腐殖质组分的高值区分布在九龙江河口区上游, 而类蛋白质组分的高值区则位于厦门西海域北部, 低值区都位于东部的厦金海域。 排污口附近的局部海域存在污染输入的贡献。 对荧光组分进行的主成分分析结果显示, 陆源径流输入是厦门湾水体中CDOM荧光组分的主要来源; 海区现场生物活动的贡献不大。 这表明对PARAFAC识别的荧光组分进行主成分分析, 有助于实现对水环境中CDOM的不同来源及其相对贡献率的定量解析。