鄱陽(yáng)湖黃色物質(zhì)光學(xué)特性的初步研究

朱小花

【摘 要】黃色物質(zhì)是水體的重要組成成分，研究其光譜吸收性質(zhì)及濃度遙感反演對(duì)監(jiān)測(cè)鄱陽(yáng)湖水體成分變化及水色遙感的研究具有重要意義。今年來(lái)隨著鄱陽(yáng)湖流域的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，水土流失導(dǎo)致水文環(huán)境發(fā)生改變，對(duì)湖泊和濕地生態(tài)安全帶來(lái)隱患，因而對(duì)鄱陽(yáng)湖的生態(tài)保護(hù)及有效監(jiān)測(cè)水體成分變化亟不可待。根據(jù)2014年6月份實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，研究鄱陽(yáng)湖黃色物質(zhì)的光學(xué)特性并與前人研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析黃色物質(zhì)的濃度變化。結(jié)果表明：實(shí)測(cè)的黃色物質(zhì)濃度呈現(xiàn)隨波長(zhǎng)增加指數(shù)遞減的規(guī)律，在短波段附近具有強(qiáng)烈吸收，在近紅外波段或者700nm附近吸收幾乎為零。

【關(guān)鍵詞】鄱陽(yáng)湖；黃色物質(zhì)；光學(xué)特性

黃色物質(zhì)（Chromophoric dissolved organic matter，CDOM）又稱有色可溶性有機(jī)物，存在于所有水體中，被認(rèn)為是全球有機(jī)碳重要的活性儲(chǔ)庫(kù)之一，主要由腐質(zhì)酸、富里酸等成分組成，主要是土地和浮游植物分解的產(chǎn)物。黃色物質(zhì)對(duì)紫外波段的光線具有強(qiáng)吸收性質(zhì)，限制了紫外線在水中的穿透，并且黃色物質(zhì)在吸收了紫外輻射后易發(fā)生化學(xué)降解，能夠把大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)鹽，有利于微生物和浮游植物的生長(zhǎng)。郭衛(wèi)東在黃色物質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的研究中發(fā)現(xiàn)，在自然光照射下，九龍江口的黃色物質(zhì)在自然光輻射下易發(fā)生光化學(xué)分解。黃色物質(zhì)在藍(lán)光波段附近表現(xiàn)為高吸收，這種吸收與泥沙、葉綠素a的吸收重合，影響了浮游植物的生物量，研究黃色物質(zhì)的光學(xué)特性對(duì)懸浮泥沙和葉綠素a的吸收特性研究起到重要作用。國(guó)外研究黃色物質(zhì)的時(shí)間較早，Stedmon等研究發(fā)現(xiàn)格陵蘭島海水的黃色物質(zhì)吸收系數(shù)ag（375）的范圍是0.05-0.77m-1；Boss等在黃色物質(zhì)吸收特性的研究中發(fā)現(xiàn)海域內(nèi)黃色物質(zhì)吸收系數(shù)隨泥沙濃度的增減而增減；王林等對(duì)黃海北部黃色物質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)ag（400）變化范圍為0.18753-10.2616m-1，Sg（250-275）在0.01461-0.2644m-1之間；馮龍慶等對(duì)太湖冬季黃色物質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)ag（355）變化范圍為1.83-7.34m-1，梅梁灣水域存在最高值濃度。在前人的研究基礎(chǔ)上，對(duì)鄱陽(yáng)湖黃色物質(zhì)的光學(xué)特性及和泥沙濃度進(jìn)行進(jìn)一步研究，為湖泊水環(huán)境遙感定量監(jiān)測(cè)提供一定的數(shù)據(jù)資料，具有一定的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

一、研究區(qū)與方法

（一）鄱陽(yáng)湖概況

鄱陽(yáng)湖是一個(gè)高動(dòng)態(tài)的吞吐型通江湖泊，位于東經(jīng)115°47′～116°45′，北緯28°22′～29°45′之間。鄱陽(yáng)湖匯集贛江、修河、饒河、信江、撫河等水由入江通道注入長(zhǎng)江。湖體受到贛江、信江、撫河、饒河和修水五大河流的來(lái)水來(lái)沙的共同影響，大量陸源經(jīng)五河入湖、搬運(yùn)、遷移，使得黃色物質(zhì)（CDOM）長(zhǎng)期以來(lái)成為鄱陽(yáng)湖流域水生態(tài)安全、水環(huán)境研究的重點(diǎn)。實(shí)測(cè)站點(diǎn)如圖1所示，2014年6月份從都昌縣出發(fā)，共布設(shè)14個(gè)站點(diǎn)，站點(diǎn)位置主要集中在鄱陽(yáng)湖主湖區(qū)，無(wú)異常數(shù)據(jù)。

（二）數(shù)據(jù)采集及處理方法

在野外數(shù)據(jù)采集中，主要對(duì)水體光譜數(shù)據(jù)（水面輻亮度（Lsw）、天空光輻亮度（Lsky）、灰板輻亮度（Lp））、水樣、站點(diǎn)地理坐標(biāo)、水面及天氣狀況及風(fēng)速風(fēng)向等輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量?jī)x器采用ASD光譜儀，掃描范圍主要為350-2500nm。測(cè)量水面光譜數(shù)據(jù)和采集水樣要同時(shí)進(jìn)行，以避免較大的測(cè)量誤差。其中水面光譜數(shù)據(jù)主要采用水面之上法進(jìn)行測(cè)量。在低溫條件下保存的野外采集的水樣在室內(nèi)進(jìn)行過(guò)濾，使用0.2μm大小的聚碳酸酯濾膜進(jìn)行過(guò)濾，濾紙使用前需浸泡在10%的鹽酸溶液中；黃色物質(zhì)樣品經(jīng)低溫保存后需恢復(fù)常溫，在實(shí)驗(yàn)室使用紫外分光光度計(jì)測(cè)量黃色物質(zhì)的光學(xué)密度。黃色物質(zhì)濃度一般用其吸收系數(shù)表示，其公式表達(dá)式為：

式中ag（λ）為波段為λ時(shí)黃色物質(zhì)的吸收系數(shù)；l為比色皿的長(zhǎng)度，通常為10cm；ODs（λ）為CDOM相對(duì)于純水的光學(xué)密度；ODbs（λ）是空白純水相對(duì)于純水的光學(xué)密度；ODnull是在可見(jiàn)光波段或者近紅外波段黃色物質(zhì)的表現(xiàn)殘余光學(xué)密度。

二、結(jié)果與分析

如圖2所示，為2014年6月份實(shí)測(cè)的黃色物質(zhì)吸收系數(shù)隨波長(zhǎng)變化曲線圖。由圖2可知，黃色物質(zhì)吸收系數(shù)在短波段附近具有強(qiáng)烈吸收，在近紅外波段或者700nm附近吸收幾乎零，表現(xiàn)了黃色物質(zhì)隨波長(zhǎng)呈指數(shù)遞減的性質(zhì)。這與宋玲玲、雷惠等的研究結(jié)果相一致。宋玲玲等在淀山湖水體的黃色物質(zhì)光學(xué)特性研究中發(fā)現(xiàn)黃色物質(zhì)濃度隨波長(zhǎng)的增加而逐漸遞減；雷惠等在東海水域黃色物質(zhì)光學(xué)特性的研究中發(fā)現(xiàn)CDOM吸收曲線呈隨波長(zhǎng)的遞增而遞減的趨勢(shì)，類型不同的水體CDOM吸收系數(shù)范圍變化很大。文章選擇黃色物質(zhì)在波長(zhǎng)440nm處的吸收系數(shù)作為其濃度（ag（440））。對(duì)2014年6月份實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)ag（440）變化范圍為0.254-0.676m-1，均值為0.395m-1，濃度高值區(qū)出現(xiàn)在近岸水域，離岸越遠(yuǎn)黃色物質(zhì)濃度越低，體現(xiàn)了黃色物質(zhì)陸源輸入的特性。侯佳妮對(duì)二龍湖黃色物質(zhì)的光學(xué)特性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)九月份黃色物質(zhì)濃度變化范圍為0.015-0.347m-1，均值為0.147 m-1；朱偉健研究長(zhǎng)江口黃色物質(zhì)光學(xué)特性發(fā)現(xiàn)2009年夏季ag（440）的變化范圍為0.127-0.551m-1，均值為0.316m-1。與侯佳妮、朱偉健等的研究結(jié)果相比，鄱陽(yáng)湖黃色物質(zhì)濃度較高，分析其可能是研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境所引起。

三、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)2014年6月份實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)鄱陽(yáng)湖黃色物質(zhì)樣品進(jìn)行光譜測(cè)量與分析，得到鄱陽(yáng)湖黃色物質(zhì)的吸收特性。選擇黃色物質(zhì)在波長(zhǎng)440nm出的吸收系數(shù)作為其濃度，實(shí)測(cè)的黃色物質(zhì)濃度變化范圍為0.254-0.676m-1，結(jié)果表明實(shí)測(cè)的黃色物質(zhì)濃度呈現(xiàn)隨波長(zhǎng)增加指數(shù)遞減的規(guī)律，在短波段附近具有強(qiáng)烈吸收，在近紅外波段或者700nm附近吸收幾乎為零；并且黃色物質(zhì)濃度在沿岸水域較其他水域要高，隨著離岸距離的增加，黃色物質(zhì)濃度逐漸降低。與國(guó)內(nèi)侯佳妮、朱偉健等研究結(jié)果相比，鄱陽(yáng)湖黃色物質(zhì)濃度較高。

參考文獻(xiàn)

[1] 王林，趙冬至，楊建洪，陳艷攏.黃海北部CDOM近紫外區(qū)吸收光譜特性研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2010（12）：3379-3383.

[2] 馮龍慶，時(shí)志強(qiáng)，潘劍君，殷燕，張運(yùn)林，劉明亮.太湖冬季黃色物質(zhì)吸收熒光特性及遙感算法[J].湖泊科學(xué)，2011（03）： 348-356.

[3] 唐軍武，田國(guó)良，汪小勇等.水體光譜測(cè)量與分析I：水面以上測(cè)量法[J].遙感學(xué)報(bào)，2004，8（01）：37-44.

[4] 宋玲玲，仇雁翎，張洪恩，劉登國(guó)，韓中豪，趙建夫.淀山湖黃色物質(zhì)的光譜吸收特性[J].湖泊科學(xué)，2007（03）：250-254.

[5] 雷惠，潘德?tīng)t，陶邦一，沈亮，康林沖，張漢松.東海典型水體的黃色物質(zhì)光譜吸收及分布特征[J].海洋學(xué)報(bào)（中文版），2009 （02）：57-62.

[6] 侯佳妮.二龍湖水質(zhì)參數(shù)特性與遙感反演研究[D].長(zhǎng)春：東北師范大學(xué)，2013.