• 张紫薇,周石磊,张甜娜,陈召莹,董宛佳,姚波,崔建升,罗晓.岗南水库沉积物溶解性有机物光谱时空分布特征及环境意义[J].环境科学学报,2021,41(9):3598-3611

  • 岗南水库沉积物溶解性有机物光谱时空分布特征及环境意义
  • Spatiotemporal evolution and environmental significance of dissolved organic matter (DOM) in sediments of Gangnan reservoir
  • 基金项目:国家自然科学基金项目(No.51909056);河北科技大学引进人才科研启动基金资助项目(No.1181278);中国科学院饮用水科学与技术重点实验室专项(No.20K04KLDWST);河北省自然科学基金项目(No.E2021208011);河北省高等学校科学技术研究青年基金项目(No.QN2021064)
  • 作者
  • 单位
  • 张紫薇
  • 河北科技大学环境科学与工程学院, 河北省污染防治生物技术实验室, 石家庄 050018
  • 周石磊
  • 河北科技大学环境科学与工程学院, 河北省污染防治生物技术实验室, 石家庄 050018
  • 张甜娜
  • 河北科技大学环境科学与工程学院, 河北省污染防治生物技术实验室, 石家庄 050018
  • 陈召莹
  • 河北科技大学环境科学与工程学院, 河北省污染防治生物技术实验室, 石家庄 050018
  • 董宛佳
  • 河北科技大学环境科学与工程学院, 河北省污染防治生物技术实验室, 石家庄 050018
  • 姚波
  • 河北科技大学环境科学与工程学院, 河北省污染防治生物技术实验室, 石家庄 050018
  • 崔建升
  • 河北科技大学环境科学与工程学院, 河北省污染防治生物技术实验室, 石家庄 050018
  • 罗晓
  • 河北科技大学环境科学与工程学院, 河北省污染防治生物技术实验室, 石家庄 050018
  • 摘要:为探究岗南水库沉积物溶解性有机物(DOM)的时空演变机制,本文使用紫外-可见光谱(UV-vis)和三维荧光光谱-区域积分法(EEM-FRI),分析了岗南水库沉积物DOM的来源及分布特征.结果表明:岗南水库夏季沉积物DOM的相对浓度显著高于春季、秋季以及冬季(p<0.05);E2/E3值显示岗南水库沉积物DOM分子量为夏季>春季>秋季>冬季;各采样点的紫外可见光谱特征指数存在显著的季节差异(p<0.001).荧光区域积分显示各组分存在显著的季节差异(p<0.001),采样点的空间差异不明显(p>0.05);易降解类物质占比大于腐殖质物质,并呈现出显著的季节差异(p<0.05),占比大小为春季>夏季>冬季>秋季.沉积物DOM具有高的荧光指数(FI指数均>2.0)以及低腐殖化指数(HIX指数大多数<4.0),表明岗南水库沉积物DOM呈现出低腐殖化、较强自生源的特征.荧光区域积分各组分与三维荧光光谱指数的相关性表明,易降解类物质(P1、P2、P4以及P1+P2+P4)与BIX、βα、以及Fn280呈现显著正相关(p<0.05),与HIX以及Fn355呈现显著负相关(p<0.05);类腐殖质物质(P3、P5以及P3+P5)呈现出与之相反的变化趋势.聚类分析显示易降解类物质与腐殖质物质明显被分离为两部分.与此同时,综合冗余分析(RDA)、层次聚类分析(HP)、随机森林分析(RF)、集成回归树分析以及多元回归分析,发现氨氮、溶解性总氮、pH值以及温度是影响沉积物DOM荧光区域积分组分演变的关键环境因子.
  • Abstract:This study aimed to investigate the temporal and spatial evolution of dissolved organic matter (DOM) in sediment interstitial water of the Gangnan Reservoir, China. Therefore, the source and distribution of DOM were explored using ultraviolet-visible (UV-vis) absorption and excitation-emission matrix fluorescence spectroscopy-fluorescence regional integration (EEMs-FRI). The mean UV absorption coefficient at 254 nm of the light-absorbing DOM fraction (CDOM) of summer sediment was significantly larger than that of the spring, autumn, and winter sediments. Based on the E2/E3 values, the sediment DOM molecular weight decreased in the following order: summer>spring>autumn>winter, with significant seasonal differences (p<0.001) in UV-Vis spectraum. EEM-FRI results confirmed that the DOM exhibited significant seasonal differences (p<0.001) without spatial differences (p>0.05). Moreover, degradable substances (tyrosine-like [P1], tryptophan-like [P2], and microbial-like [P4] substances) accounted for most of the DOM, followed by humic-like substances (fulvic acid [P3] and humic substances [P5]). The abundance of degradable substances decreased in the following order: spring>summer>winter>autumn. The high fluorescence (FI>2.0) and low humification (HIX <4.0) indices indicated that the sediment DOM presented strong autochthonous component characteristics. Correlation analysis results showed that the degradable substances (P1, P2, P4, and P1+P2+P4) were positively correlated with biological, β:α, and Fn280 spectral indices of EEM (p<0.05) but were negatively correlated with HIX and Fn355 (p<0.05). Humic-like substances exhibited the opposite trend. Moreover, ammonia, total dissolved nitrogen, pH, and temperature were the key environmental factors affecting EEM-FRI component changes in the Gangnan Reservoir.

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