基于三維熒光光譜—平行因子分析技術的蠡湖CDOM分布特征

王書航,王雯雯,姜 霞,趙 麗,張 博 (中國環(huán)境科學研究院,環(huán)境基準與風險評估國家重點實驗室,北京100012)

?

基于三維熒光光譜—平行因子分析技術的蠡湖CDOM分布特征

王書航,王雯雯,姜 霞*,趙 麗,張 博 (中國環(huán)境科學研究院,環(huán)境基準與風險評估國家重點實驗室,北京100012)

摘要：利用三維熒光光譜(EMMs),并結合平行因子分析法,研究了蠡湖水體中有色可溶性有機物(CDOM)的分布特征及其來源,并探討了不同組分熒光強度與其他水質因子間的相關性.結果表明,蠡湖水體中CDOM主要由2個熒光組分組成,分別為類色氨酸熒光組分C1(225,280/335)和類腐殖質熒光組分C2(250,300/435),并且C1和C2對總熒光強度的貢獻率分別75.70％和24.30％.空間上C1和C2熒光強度自東向西依次遞減,呈現(xiàn)東蠡湖高于西蠡湖、沿岸區(qū)高于湖心區(qū)的趨勢.熒光指數(shù)(FI)、生物源指數(shù)(BIX)和腐殖化指數(shù)(HIX)都顯示蠡湖水體CDOM來源于自生微生物、藻類等新近自生源,整體呈現(xiàn)弱腐殖質特征.相關性分析表明,CDOM與N、P元素的遷移轉化密切相關,并且對透明度有重要影響.

關鍵詞：蠡湖；有色可溶性有機物；三維熒光光譜；平行因子分析

* 責任作者, 研究員, jiangxia@ craes.org.cn

有色可溶性有機物(CDOM)表征的是溶解性有機物中帶發(fā)色團的那部分,主要由氨基酸、腐質酸、富里酸、芳烴聚合物以及一些人類活動產(chǎn)生的有機污染物等一系列物質組成[1-3].一方面,CDOM作為水體中光和有效輻射的重要吸收物質,對水體透明度和沉水植物的光補償深度具有重大影響[4];另一方面,可以通過各種物理化學過程,與水體中的顆粒物以及污染物,如礦物顆粒、金屬離子、有機污染物等相互作用,從而影響水體污染物的分布、遷移轉化、生物可降解性以及生物毒性[5-8],同時CDOM含有豐富碳、氮、磷等湖泊生源要素,在藻類水華暴發(fā)過程中扮演了非常重要的角色[9-10],因而受到越來越多研究者的關注.

對于受人類活動影響頻繁的湖泊水體, CDOM的成分復雜且來源各異,目前很難對其有機成分進行全面分析.而作為較新興的研究方法,三維熒光光譜法—平行因子分析法(EEMS-PARAFAC)在水體CDOM研究中的應用為廣大水環(huán)境研究者提供了新的可能[11].Zhang等[12-14]對中國云貴高原區(qū)38個湖泊以及中營養(yǎng)湖泊天目湖進行了研究,識別出了腐殖質類組分和蛋白質類組分,認為其主要由流域物質以及湖泊中生物產(chǎn)生的內(nèi)源物質構成;同時通過基于野外和實驗室試驗研究了藻類降解對太湖CDOM的貢獻.Bai等[15]利用平行因子分析法分析后得到南黃海沿岸帶和海域內(nèi)CDOM熒光物質至少有4種組分:3種腐殖質類物質和1種蛋白質類物質.Singh等[16]利用EEMs-PARAFAC技術在墨西哥灣的巴拉塔里亞流域水體成功解析了CDOM的來源及組分.

通過近年來水環(huán)境綜合治理,蠡湖水環(huán)境惡化趨勢得到有效遏制,總氮(TN)、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、葉綠素a(Chla)等反映湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)的關鍵指標均顯著下降,但代表感觀指標的SD和ρ(SS)沒有顯著改善[18-19].因此,作為影響水體透明度的重要因素,CDOM的空間分布及其組分將是蠡湖水環(huán)境治理重點關注內(nèi)容之一.本文嘗試應用EEMS-PARAFAC技術對蠡湖有色可溶性有機物的分布特征、組成及其來源進行初步研究,為進一步揭示CDOM在蠡湖的環(huán)境行為特征以及對對水體富營養(yǎng)化的貢獻提供基礎資料.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

蠡湖位于太湖北部,東西長約6km,南北寬0.3～1.8km,面積約8.6km2,是一個既相對獨立又與太湖相通的水體.為方便討論,以蠡堤、寶界橋和蠡湖大橋為邊界將蠡湖劃分為4個區(qū)域(圖1),其中,A區(qū)和B區(qū)為西蠡湖,已經(jīng)開展了底泥疏浚和水生植被重建工程,水質較好;C區(qū)和D區(qū)為東蠡湖,實施了沿岸整治工程,建有長廣溪濕地和金城灣公園,但底泥污染較為嚴重[17].

圖1　蠡湖采樣點分布示意Fig.1 Distribution of Sampling sites in Lihu Lake

1.2 樣品的采集與處理

與2015年4月5日在蠡湖4個湖區(qū)設置了37個采樣點位,每個采樣點分別采集表層(0.5m)水樣,于預先處理過的棕色玻璃瓶瓶中,現(xiàn)場測試指標包括溶解氧(DO)、透明度(SD)等,同時記錄采樣點環(huán)境.水樣放入保溫箱中送回實驗室,過玻璃纖維微孔膜(Whatman GF/F,450℃馬氟爐中灼燒5h后使用)后掃描CDOM三維熒光光譜,同時測定Chla、CODMn、溶解性有機碳(DOC)、溶解性總氮(DTN)、溶解性總磷(DTP)和氨氮(NH4+-N)和硝酸鹽氮(NO3--N).

1.3 熒光光譜分析

熒光光譜用采用日立F7000熒光分析儀進行分析,使用150W氙燈為激發(fā)光源,9PMT電壓設為700V;激發(fā)波長(λEx)掃描范圍為200～450nm,發(fā)射波長(λEm)掃描范圍為250～600nm,激發(fā)波長和發(fā)射波長增量均設為5nm,狹縫寬度為5nm,掃描速度為1200nm/min.為了盡量降低熒光淬滅作用,對掃描的樣品進行稀釋,直至其在波長254nm處的紫外吸光度小于0.1.

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 平行因子算法 平行因子算法(PARAFAC)是基于三線性分解理論,采用交替最小二乘原理的迭代類型三維數(shù)陣分解算法,將一個由多個EEMs數(shù)據(jù)構成的三維陣列X分解為3個載荷矩陣后,對CDOM的三維熒光光譜進行解譜.將預處理好的數(shù)據(jù),在Matlab12.0軟件(美國Mathworks公司)中進行平行因子模型分析(PARAFAC),同時,采用裂半分析和殘差分析檢驗PARAFAC模型的有效性,并確定最優(yōu)的DOM組分數(shù)目[11].

1.4.2 CDOM熒光光譜的空白校正 為保證熒光光譜特性可比性,所得到的光譜均經(jīng)過扣除超純水空白后的矯正結果,以減少儀器條件和拉曼散射對熒光光譜的影響.通過扣除λEm<λEx+20nm的區(qū)域消除一級瑞利散射對EEMs的影響,通過扣λEm>2λEx-20nm的區(qū)域扣除二級瑞利散射對EEMs的影響,扣除部分用零替換.

1.4.3 熒光強度和熒光組分占總組分比例的計算 平行因子分析模型得出的是每種成分的相對熒光強度(scores),每種成分的熒光強度Ii按照以下公式計算[20]:

Ii= Scorei× Exi( λmax) × Emi( λmax)

式中:Scorei代表第i種成分的相對熒光強度;Exn(λmax)代表第n種成分激發(fā)負載的最大值;Emn(λmax)代表第n種成分發(fā)射負載的最大值.總熒光強度ITot和熒光組分占總組分比例Pi按照以下公式計算:

1.4.4 統(tǒng)計分析兩組數(shù)據(jù)顯著性差異 采用獨立樣本t檢驗,多組數(shù)據(jù)顯著性差異采用單因素方差分析(one-way ANOVA).試驗數(shù)據(jù)采用Excel2010、Origine9.0、suffer10.0以及SPSS19.0軟件進行統(tǒng)計檢驗、繪圖和分析.

2 結果與分析

2.1 不同區(qū)域水質參數(shù)特征

蠡湖不同區(qū)域采樣點水質參數(shù)差異較大(表1).CODMn在3.31～8.12mg/L之間,平均為4.44mg/ L,C區(qū)和D區(qū)的含量較高.DOC濃度在9.16～ 22.35mg/L之間,平均為13.66mg/L,空間分布趨勢與CODMn相似,兩者呈顯著正相關(P<0.01). DTN在C區(qū)最大,尤其是長廣溪附近采樣點位,都超過湖泊劣V類水質標準,可能是春季兩側綠化施肥隨雨水進入蠡湖水體,導致蠡湖水體中氮,尤其是硝酸鹽氮的含量明顯升高.DTP在6.52～ 276.92μg/L之間,平均為29.13g/L,C區(qū)和D區(qū)的含量較高.SD空間分布趨勢呈自西向東逐漸減小,在生態(tài)恢復較好的A區(qū)較高,平均值達到0.84m,D區(qū)最小,平均值僅為0.49m.Chl a含量在4.05～23.97mg/m3,平均為7.90mg/m3,C區(qū)顯著高于其他區(qū)域;而DO在C區(qū)平均值較小,主要因為C的入湖河口較多,雖然大部分河口已經(jīng)封堵,但河口水質明顯差于湖體.

表1　蠡湖不同區(qū)域水質參數(shù)特征Table 1 Water quality parameters of different regions in Lihu Lake

2.2 水體CDOM的三維熒光光譜特征

蠡湖各采樣點CDOM的三維熒光光譜圖類似,主要有3個峰,即:類蛋白T1峰(λEx/Em= 225～ 230nm/320～350nm)、類蛋白T2峰(λEx/Em=270～ 285nm/320～340nm)和類腐殖質A峰(λEx/Em=220～ 230nm/380～440nm),同時還能觀測到微弱的C峰(λEx/Em= 280～310nm/380～440nm).一般認為A峰和C峰反映的是外源輸入的腐殖酸和富里酸形成的熒光峰值,而T1峰和T2峰則反映的是生物降解來源的色氨酸的熒光峰[1].各個點位熒光峰值出現(xiàn)的位置和強度的不盡相同,在A區(qū)、B區(qū)和D區(qū)類蛋白T1峰最為顯著,而C區(qū)類腐殖質A峰最為顯著,顯示不同湖區(qū)部分水體采樣點CDOM的來源不一樣.蠡湖不同湖區(qū)部分水體采樣點CDOM的三維熒光圖譜如圖2所示.

圖2　蠡湖不同湖區(qū)部分水體采樣點CDOM的三維熒光圖譜Fig.2 The 3 DEEMs of CDOM of part sampling sites from different regions of Lihu Lake

圖3　蠡湖水體CDOM的2個組分的EEMS及最大激發(fā)/發(fā)射波長分布Fig.3 EEMs and the maximum excitation/emission wavelength distribution of two components of CDOM in water of Lihu Lake

利用PARAFAC模型對蠡湖水體CDOM的三維熒光光譜矩陣數(shù)據(jù)進行分析,主要解析出2個具有單一的最大發(fā)射波長CDOM熒光組分.2個熒光組分的最大激發(fā)/發(fā)射波長分布及主成分的三維熒光光譜見圖3.

從圖3可以看出,組分1在225nm和280nm存在兩個明顯激發(fā)波長,最大發(fā)射波長為335± 10nm附近,反映的是生物降解的類色氨酸形成的熒光峰;組分2在250nm以及300nm處存在明顯的激發(fā)波長,最大發(fā)生波長在435±10nm,反映的是腐殖酸和富里酸形成的熒光峰[1,12].

2.3 水體CDOM各組分的熒光強度空間分布特征

圖4　蠡湖兩種熒光組分 (C1和C2)熒光強度的空間分布Fig.4 Spatial distribution of fluorescence intensities for the two components (C1, C2) in Lihu Lake

蠡湖水體中CDOM各組分空間分布特征明顯.各采樣點上覆水中代表類色氨酸的C1的熒光強度在7.41～21.01之間,平均為11.95;代表類富里酸的C2的熒光強度在2.53～8.07之間,平均為3.85.總體來看,C1和C2熒光強度自東向西依次遞減,呈現(xiàn)東蠡湖高于西蠡湖、沿岸區(qū)高于湖心區(qū)的趨勢(圖4a、圖4b).同時可以看出,C1的高值區(qū)主要集中在D區(qū),而C2主要集中在C區(qū)的長廣溪區(qū)域,說明C1和C2的來源可能不同.

從各熒光組分占總組分比例的比例來看, C1占絕對優(yōu)勢,占總熒光強度的比例在52％～ 86％之間,平均為75.70％,其中在A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)和D區(qū)的平均值分別為79.29％、79.00％、68.54％、75.70％.同時結合CDOM的三維熒光圖譜可以明顯看出,除長廣溪區(qū)域個別點位外,蠡湖大部分湖區(qū)水體中CDOM主要以類蛋白質為主.

3 討論

3.1 CDOM來源的辨識

CDOM的來源可以按陸源和生物來源進行區(qū)分,也可以按外源和內(nèi)源進行區(qū)分.陸源由細菌和真菌降解流域土壤中高等動植物殘體形成,多表現(xiàn)為類腐殖質峰占絕對優(yōu)勢;生物來源是指由水體中浮游生物、水生細菌、藻類等生物活動產(chǎn)生,多表現(xiàn)為類蛋白峰占絕對優(yōu)勢[13].熒光光譜特性是理想的表征天然水體中CDOM以及評估其來源的重要參數(shù).熒光指數(shù)(FI)是在370nm激發(fā)波處,450nm與500nm發(fā)射波長下的熒光強度比值[21],后來修正為發(fā)射波長為470nm與520nm[22],可用來表征溶解有機質中腐殖質的來源,大于1.9說明主要來源于微生物代謝等過程,小于1.4說明陸源占主要貢獻.本次研究中,采用I(370:470)/I(370:520)作為熒光指數(shù),蠡湖各區(qū)域水體熒光指數(shù)范圍為2.13～2.47,平均為2.22,說明各采樣點生物來源作用大于陸源作用.

生物源指數(shù)(BIX)是310nm激發(fā)波長下380nm發(fā)射波長處熒光強度與420～435nm區(qū)間最大熒光強度的比值,反映了新產(chǎn)生的DOM在整體DOM中所占的比例,生物源指數(shù)越高,說明新近自生源組分的比例越高.Huguet等[23]指出,BIX 在0.6～0.7之間時,具有較少的自生成分;BIX在0.7～0.8時具有中度新近自生源特征;在0.8～1.0之間時,具有較強自生源特征;大于1.0是為生物細菌活動產(chǎn)生.蠡湖水體BIX指數(shù)在0.89～1.13之間,平均為0.96,說明各采樣點整體處于較強的自生源特征,尤其是D區(qū),平均值達到1.0.

圖5　蠡湖水體FI、BIX、HIX與rC1/C2的相關性分析Fig.5 The correlation analysis between FI、BIX、HIX and　rC1/C2

腐殖化指數(shù)(HIX)用來表征有機質腐殖化的程度或成熟度,可以通過激發(fā)波長為254nm 時,發(fā)射波長從435～480nm的峰值面積比上300～345nm的熒光峰值面積計算.當HIX小于4 時,CDOM主要由生物活動產(chǎn)生,腐殖化程度較弱[24].本研究中,蠡湖水體HIX在1.00～2.60之間,平均為1.47,說明蠡湖的CDOM整體處于弱腐殖質特征.

綜上所述,3種熒光指數(shù)對CDOM來源表征上都具有良好的指示性,都顯示出蠡湖水體CDOM來源于自生微生物、藻類的自生源.除了以上3個表征CDOM熒光特性的常用指標外,還能利用CDOM中類蛋白組分的熒光強度與類腐殖質組分的熒光強度的比值來判斷水體中CDOM來源,一般認為其比值大于1說明自生源占主要優(yōu)勢[25-27].本次研究中,C1與C2的比值在1.08～5.94之間,平均為3.52,并且與FI、BIX和HIX等反映水體CDOM來源的指數(shù)顯著相關,見圖5.

結合圖5可以看出,rC1/C2與BIX、HIX呈極顯著相關,而與FI呈負的顯著相關,但相關性不明顯,并且FI與BIX、HIX的相關性也不明顯,說明在蠡湖這樣的淺水湖泊中,用FI來指示CDOM的來源不太敏感.同時還可以看出,在圖5(a)中有個明顯的偏離點位,可能與其位于C區(qū)入湖河口處,周邊有大片住宅有關,后期將做進一步研究.

2007年以后,無錫市政府根據(jù)蠡湖和太湖水質狀況,對蠡湖與周邊的一些重污染入湖河流實施閘控,保持蠡湖常年高水位,防止周邊污水流入和滲入,因此,研究區(qū)的外源除了大氣干濕沉降之外基本得到有效控制[19],本研究結果表明,蠡湖水體CDOM主要來源于自生微生物、藻類的自生源,與蠡湖的現(xiàn)狀相呼應.

3.2 水體CDOM組分與其他水質參數(shù)的相關性

蠡湖水體CDOM的兩個熒光組分(C1和C2)之間沒有明顯相關性,說明水體中類蛋白質與類富里酸在組成和來源上不盡相同,結合C1和C2的空間分布特征可以看出,C1熒光強度較大的區(qū)域主要分布于D區(qū)以及C區(qū)較為開闊的區(qū)域,而C2熒光強度較大的區(qū)域主要集中在長廣溪區(qū)域及入湖河口處,進

一步說明,占絕對優(yōu)勢的C1主要來源于自生微生物、藻類的自生源,而占少量比重的C2可能來源于入湖河流及其兩岸的陸源.兩個熒光組分(C1和C2)都與DTN、NH4+-N、NO3--N、DTP、等營養(yǎng)鹽呈顯著正相關,說明CDOM與N、P元素的遷移轉化密切相關.C1熒光強度與CODMn不呈顯著正相關,而與DOC 呈極顯著正相關,而C2、CTot都與CODMn和DOC呈極顯著正相關,說明蠡湖水體中CDOM與DOC之間存在定量關系,可以相互替換;而C1熒光強度與CODMn不呈顯著正相關,說明C1可能與CODMn沒有氧化的部分有機物相關.

藻類的降解是CDOM的重要來源.Zhang 等[14]野外試驗和降解實驗數(shù)據(jù)均顯示:藻類的降解是富營養(yǎng)化淺水湖泊中CDOM的重要來源之一.而本研究中,CDOM的組分,尤其是占絕對優(yōu)勢的C1與Chla相關性并不明顯,可能與本次采樣主要發(fā)生在4月份,除個別區(qū)域外蠡湖的藻類生物量整體較小有關.兩個熒光組分(C1和C2)的熒光強度及總熒光強度CTot都與SD呈顯著負相關,說明春季CDOM對透明度有重要影響.水體CDOM組分與其他水質參數(shù)的相關性見表2.

表2　水體CDOM組分與其他水質參數(shù)的相關性Table 2 Linear correlation between CDOM components and water quality parameters

4 結論

4.1 利用PARAFAC模型識別出蠡湖水體CDOM主要由2個熒光組分組成,分別為類色氨酸熒光組分C1(225, 280/335)和類腐殖質熒光組分C2(250,300/435),并且C1占絕對優(yōu)勢,占總熒光強度比例的平均值為75.70％.

4.2 組分C1的熒光強度在7.41～21.01之間,平均為11.95; C2組分的熒光強度在2.53～8.07之間,平均為3.85.空間上,C1和C2熒光強度自東向西依次遞減,呈現(xiàn)東蠡湖高于西蠡湖、沿岸區(qū)高于湖心區(qū)的趨勢.

4.3 熒光指數(shù)(FI)、生物源指數(shù)(BIX)和腐殖化指數(shù)(HIX)都顯示蠡湖水體CDOM來源于自生微生物、藻類的自生源.相關性分析表明,兩個熒光組分(C1和C2)都與DTN、氨氮、硝氮、DTP、DIP等營養(yǎng)鹽呈顯著正相關,說明CDOM與N、P元素的遷移轉化密切相關,而與透明度呈顯著負相關,說明春季CDOM對透明度有重要影響.

參考文獻：

[1] Baker A. Fluorescence properties of some farm wastes: implications for water quality monitoring [J]. Water Research, 2002,36(1):189-195.

[2] Zhao J, Cao W, Wang G, et al. The variations in optical properties of CDOM throughout an algal bloom event [J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2009,82(2):225-232.

[3] Kim T H, Waska H, Kwon E, et al. Production, degradation, and flux of dissolved organic matter in the subterranean estuary of a large tidal flat [J]. Marine Chemistry, 2012,142-144:1-10.

[4] Kostoglidis A, Pattiaratchi C B, Hamilton D P. CDOM and its contribution to the underwater light climate of a shallow, microtidal estuary in south-western Australia [J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2005,63(4):469-477.

[5] Yao X, Zhang, Y L, Zhu G W, et al. Resolving the variability of CDOM fluorescence to differentiate the sources and fate of DOM in Lake Taihu and its tributaries [J]. Chemosphere, 2011,82(2):145-55.

[6] Ravichandran M. Interactions between mercury and dissolved organic matter-A review [J]. Chemosphere, 2004,55(3):319-331.

[7] Zhou Y Q, Zhang Y L, Shi K, et al. Lake Taihu, a large, shallow and eutrophic aquatic ecosystem in China serves as a sink for chromophoric dissolved organic matter [J]. Journal of Great Lakes Research, 2015,41(2):597–606.

[8] Mesfioui R, Abdulla H A, Hatcher P G. Photochemical alterations of natural and anthropogenic dissolved organic nitrogen in the York River [J]. Environmental Science and Technology, 2015, 49(1):159-167.

[9] 殷 燕,吳志旭,張運林,等.新安江水庫夏季CDOM吸收光譜特征及來源分析 [J]. 中國環(huán)境科學, 2014,34(12):3207-3214.

[10] 朱曉敏,黃清輝,李建華.咸水藻水華期溶解有機質光譜特征變化的模擬 [J]. 中國環(huán)境科學, 2009,29(1):68-72.

[11] Stedmon C A, Bro R. Characterizing dissolved organic matter fluorescence with parallel factor analysis: a tutorial [J]. Limnology and Oceanography: Methods, 2008,6:572-579.

[12] Zhang Y L, Zhang E L, Yin Y, et al. Charcteristic and sources of chromophoric dissolved organic matter in lakes of the Yungui Plateau, China, differcing in trophic state and altitude [J]. Limnology and Oceanorgraphy, 2010,55(6):2645-2659.

[13] Zhang Y, Yin Y, Feng L, et al. Characterizing chromophoric dissolved organic matter in Lake Tianmuhu and its catchment basin using excitation-emission matrix fluorescence and parallel factor analysis [J]. Water Research, 2011,45(16):5110-5122.

[14] Zhang Y L, Dijk M A, Liu M L, et al. The contribution of phytoplankton degradation to chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in eutrophic shallow lakes: Field and experimental evidence [J]. Water Research, 2009,43:4685-4697.

[15] Bai Y, Su R, Shi X. Assessing the dynamics of chromophoric dissolved organic matter in the southern Yellow Sea by excitation–emission matrix fluorescence and parallel factor analysis (EEM-PARAFAC) [J]. Continental Shelf Research, 2014,88:103-116.

[16] 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):3211-22.

[17] 張 博,李永峰,姜 霞,等.環(huán)境治理工程對蠡湖水體中磷空間分布的影響 [J]. 中國環(huán)境科學, 2013,33(7):1271-1279.

[18] 姜 霞,王書航,楊小飛,等.蠡湖水環(huán)境綜合整治工程實施前后水質及水生態(tài)差異 [J]. 環(huán)境科學研究, 2014,27(6):595-601.

[19] 王書航,王雯雯,姜 霞,等.蠡湖水體氮、磷時空變化及差異性分析 [J]. 中國環(huán)境科學, 2014,34(5):1268-1276.

[20] 閆麗紅,陳學君,蘇榮國,等.2010年秋季長江口口外海域CDOM的三維熒光光譜-平行因子分析 [J]. 環(huán)境科學, 2013,34(1):51-60.

[21] McKnight D M, Boyer E W, Westerhoff P K, et al. Spectrofluorometric characterization of dissolved organic matter for indication of precursor organic material and aromaticity [J]. Limnology and Oceanography, 2001,46:38-48.

[22] Copy R M, Mcknight D M. Fluorescence spectroscopy reveals ubiquitous presence of oxidized and reduced quinones in DOM [J]. Environmental Science and Technology, 2005,39(21):8142–8149.

[23] 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.

[24] Zsolnay A, Baigar E, Jimenez M, et al. Differentiating with fluorescence spectroscopy the sources of dissolved organic matter in soils subjected to drying [J]. Chemosphere,1999,38(1):45-50.

[25] Mopper K, Schultz, C A. Fluorescence as a possible tool for studying the nature and water column distribution of DOC components [J]. Marine Chemistry, 1993,41(1–3):229–238.

[26] 劉明亮,張運林,秦伯強.太湖入湖河口和開敞區(qū)CDOM吸收和三維熒光特征 [J]. 湖泊科學, 2009,21(2):234-241.

[27] 方 芳,翟端端,郭勁松,等.三峽水庫小江回水區(qū)溶解有機物的三維熒光光譜特征 [J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2010,19(3): 323-328.

Distribution of chromophoric dissolved organic matter in Lihu Lake using excitation-emission matrix fluorescence and parallel factor analysis.

WANG Shu-hang, WANG Wen-wen, JIANG Xia*, ZHAO Li, ZHANG Bo (State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China). China Environmental Science, 2016,36(2)：517～524

Abstract：Excitation-emission matrix spectroscopy (EEMS) combined with parallel factor analysis (PARAFAC) was applied to investigate the fluorescence characteristics and its source of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in the water of Lihu Lake, and the relationship between the fluorescence intensity of different components and other water quality parameter was also discussed. The results indicated that two fluorescence components were identified by PARAFAC, including one tryptophan-like component and one humic-like component, namely C1 (225,280/335) and C2 (250/435). The contribution rates to the total fluorescence intensity of C1 and C2 were 75.70％ and 24.30％, respectively. Spatially, fluorescence intensity of C1and C2 decreased from the east district of Lihu Lake to the west, and lakeside areas was higher than lake center. Fluorescence index (FI), the index of recent autochthonous contribution (BIX) and humification index (HIX) show that CDOM in the water mainly derived from microbes, algae and other newly autochthonous sources, appeared weak humic characteristics overall. CDOM was closely related to the transformation and migration of nitrogen and phosophorus, and had important influence on transparency.

Key words：Lihu Lake；chromophoric dissolved organic matter (CDOM)；three-dimensional excitation-emission matrix spectra；EEMS-PARAFAC

作者簡介：王書航(1985-),男,安徽阜陽人,工程師,碩士,主要從事湖泊水環(huán)境方面的研究.發(fā)表論文30余篇.

基金項目：國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07101-013)

收稿日期：2015-07-11

中圖分類號：X524

文獻標識碼：A

文章編號：1000-6923(2016)02-0517-08