東平湖可溶性有機(jī)物的熒光特征及環(huán)境意義

劉學(xué)利，姚 昕,2①，董 杰，劉延龍，張 菊

(1.聊城大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，山東 聊城 252000；2.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所/ 湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008；3.國(guó)土資源部/ 廣西巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，廣西 桂林 541004)

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東平湖可溶性有機(jī)物的熒光特征及環(huán)境意義

劉學(xué)利1，姚 昕1,2①，董 杰1，劉延龍1，張 菊1

(1.聊城大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，山東 聊城 252000；2.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所/ 湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008；3.國(guó)土資源部/ 廣西巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，廣西 桂林 541004)

東平湖作為南水北調(diào)東線工程最后一級(jí)調(diào)水湖泊以及山東省西水東送的水源地，其水質(zhì)狀況對(duì)受水區(qū)的用水安全起決定性作用。基于2013年8月的東平湖采樣，對(duì)各水質(zhì)參數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，東平湖目前仍處于中富—富營(yíng)養(yǎng)化水平，水質(zhì)總體接近GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，仍不能滿足調(diào)水要求，各水質(zhì)參數(shù)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的外源性。利用三維熒光光譜(EEMs)并結(jié)合平行因子分析法(PARAFAC)解析東平湖有色可溶性有機(jī)物的熒光特征，并探討了熒光組分對(duì)東平湖環(huán)境污染指示意義的可行性。利用平行因子分析法(PARAFAC)共識(shí)別出2類4個(gè)熒光組分，分別是類腐殖質(zhì)熒光組分C1(<225/305，386 nm)、C3(260，432 nm)和類蛋白熒光組分C2(240，360 nm)、C4(<225/275，304 nm)。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，陸源類腐殖質(zhì)熒光組分C1與間接反映有機(jī)污染程度的溶解性有機(jī)碳(DOC)和化學(xué)耗氧量(COD)具有顯著相關(guān)性，類蛋白熒光組分C2與總氮具有顯著正相關(guān)性，可以對(duì)東平湖富營(yíng)養(yǎng)變化情況進(jìn)行快速、長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)。

有色可溶性有機(jī)物；三維熒光光譜；平行因子分析；東平湖

東平湖(35°30′～36°20′ N,116°00′～116°30′ E)為國(guó)務(wù)院確定的黃河下游滯洪湖,位于山東省東平縣境內(nèi)西部,分為老湖和新湖,多年平均水深2.5 m,總面積為627 km2[1]。同時(shí),東平湖也是南水北調(diào)東線工程最后一級(jí)調(diào)水湖泊以及山東省西水東送的水源地,其水質(zhì)狀況對(duì)受水區(qū)的用水安全起到?jīng)Q定性作用。然而，近年來隨著湖區(qū)周圍及流域內(nèi)人口的迅速增加和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,工業(yè)廢水和生活污水過度排放以及水資源的不合理利用日漸突出。尤其從1998年以后,東平湖水質(zhì)基本徘徊在GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅴ類甚至是劣Ⅴ類水平[2],常年處于中富—富營(yíng)養(yǎng)水平,嚴(yán)重威脅著調(diào)水工程受水區(qū)的用水安全。

有色可溶性有機(jī)物(chromophoric dissolved organic matter,CDOM)熒光與溶解有機(jī)碳(dissolved organic carbon,DOC)、化學(xué)需氧量(chemical oxygen demand,COD)等水質(zhì)參數(shù)具有較好的相關(guān)性[3-5],可以快速、簡(jiǎn)便地把握水質(zhì)實(shí)時(shí)變化。因此,淺水湖泊CDOM熒光精確測(cè)量以及與其他水質(zhì)參數(shù)的關(guān)系擬合對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊水質(zhì)監(jiān)測(cè)以及生態(tài)修復(fù)具有重要作用。國(guó)際上對(duì)CDOM的研究由來已久[6-7],近年來我國(guó)的相關(guān)研究主要集中在海灣[8-9]、湖泊[10-11]以及部分河口區(qū)[12-13],東平湖的相關(guān)研究鮮見報(bào)道?；?013年8月的東平湖采樣,首次運(yùn)用三維熒光和平行因子分析法對(duì)東平湖CDOM熒光組分的特征以及與各水質(zhì)參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行分析,以期為日后東平湖各水質(zhì)參數(shù)的快速檢測(cè)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與預(yù)處理

2013年8月在東平湖均勻布35個(gè)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)水樣采集(圖1)。北部湖區(qū)分布15個(gè)采樣點(diǎn)(樣點(diǎn)1～14和35);大汶河口分布4個(gè)采樣點(diǎn)(樣點(diǎn)15～18);東南湖區(qū)布點(diǎn)8個(gè)采樣點(diǎn)(樣點(diǎn)19～26);西南湖區(qū)布點(diǎn)8個(gè)采樣點(diǎn)(樣點(diǎn)27～34)。采集表層0.5 m的水樣黑暗低溫保存,當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室低壓抽濾,用450 ℃灼燒4 h的0.7 μm孔徑whatman GF/F濾膜過濾水樣,將濾后水用1020型TOC儀測(cè)定DOC濃度[14],經(jīng)GF/F膜過濾的水樣再用0.22 μm孔徑的Millipore濾膜過濾測(cè)定熒光。

1.2 樣品的測(cè)定

1.2.1 CDOM三維熒光光譜分析

采用Hitachi F-7000熒光分光光度計(jì)在室溫下進(jìn)行三維熒光光譜測(cè)定,激發(fā)波長(zhǎng)掃描范圍為200～450 nm,間隔設(shè)置為5 nm,發(fā)射波長(zhǎng)掃描范圍為250～600 nm,間隔設(shè)置為1 nm,掃描速度為2 400 nm·min-1,減去Milli-Q三維熒光光譜以校正水的拉曼散射,同時(shí)采用0.01 mg·L-1硫酸奎寧進(jìn)行熒光定標(biāo)。

圖1 東平湖采樣點(diǎn)位示意

1.2.2 CDOM三維熒光光譜的平行因子分析

運(yùn)用Matlab 2010a對(duì)CDOM的三維熒光光譜進(jìn)行模擬來區(qū)分識(shí)別東平湖CDOM的熒光組分特征,平行因子分析法見文獻(xiàn)[15]。

1.2.3 其他參數(shù)的測(cè)定

采用分光光度法測(cè)定葉綠素a濃度[16],高錳酸鉀法測(cè)定COD濃度[17],堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定總氮濃度[18],鉬酸銨分光光度法測(cè)定總磷濃度[19]。

1.3 繪圖及數(shù)據(jù)處理

采用ArcGIS 9.3軟件繪制參數(shù)空間分布圖與采樣點(diǎn)分布圖,均值、標(biāo)準(zhǔn)差、組間方差以及線性擬合等采用SPSS 19.0軟件分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 湖泊水質(zhì)參數(shù)

東平湖ρ(總氮)區(qū)域差異較大,34號(hào)點(diǎn)ρ(總氮)最大，為4.38 mg·L-1;最小值為0.79 mg·L-1,出現(xiàn)在北部湖區(qū)出湖口的4號(hào)點(diǎn);較小值出現(xiàn)在大汶河河口的16號(hào)點(diǎn)；均值為2.96 mg·L-1;ρ(總氮)大體表現(xiàn)出由湖心區(qū)向河口、出湖口遞減的趨勢(shì)。ρ(總磷)范圍為0.04～0.17 mg·L-1,除北部湖區(qū)總磷較高之外,其他湖區(qū)總磷差異不大,呈現(xiàn)由北部湖區(qū)向南遞減的空間分布;均值為0.08 mg·L-1,水質(zhì)接近GB 3838—2002中Ⅳ類水,較之前[20]有上升趨勢(shì)。

東平湖ρ(葉綠素a)比同季節(jié)的洪湖、東湖和梁子湖[21]空間差異大,最小值出現(xiàn)在12號(hào)點(diǎn),為16.99 μg·L-1;最大值出現(xiàn)在9號(hào)點(diǎn),為85.57 μg·L-1;均值為51.80 μg·L-1,顯著大于以往對(duì)東平湖的觀測(cè)結(jié)果[22]。ρ(葉綠素a)大體呈現(xiàn)從北部湖區(qū)向西南部開敞區(qū)遞減的趨勢(shì),但是在東南角的大安山碼頭附近出現(xiàn)高值區(qū)。

ρ(DOC)在東平湖的空間分布表現(xiàn)出強(qiáng)烈的外源性,變化幅度相對(duì)較小,最高值出現(xiàn)在河口區(qū)的16號(hào)點(diǎn),為4.40 mg·L-1;最低值出現(xiàn)在西南湖區(qū)的28號(hào)點(diǎn),為3.35 mg·L-1;均值為3.79 mg·L-1,低于張運(yùn)林等[23]在太湖的檢測(cè)結(jié)果。東平湖ρ(DOC)高值集中分布在北部湖區(qū)和河口附近,向南向西遞減,這與毛偉兵等[24]在東平湖的水質(zhì)分析結(jié)果相一致。

COD與DOC具有相似的空間分布,最高值為8.6 mg·L-1,出現(xiàn)在北部湖區(qū)8號(hào)點(diǎn);最低值為5.7 mg·L-1,出現(xiàn)在西南湖區(qū)32號(hào)點(diǎn);均值為6.94 mg·L-1,高于同季節(jié)在太湖的觀測(cè)[25],大致表現(xiàn)出從北部湖區(qū)和河口區(qū)向南向西遞減趨勢(shì)。

根據(jù)GB 3838—2002對(duì)東平湖各水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn),東平湖各水質(zhì)參數(shù)整體接近Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn),其中TN濃度更是高于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn),仍不符合調(diào)水工程規(guī)定的Ⅲ類水要求[26]。東平湖不同湖區(qū)主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。

2.2 東平湖CDOM的熒光組分

運(yùn)用PARAFAC法,將東平湖35個(gè)樣品三維熒光光譜分解得到4個(gè)熒光組分(圖2)。

表1 東平湖不同湖區(qū)主要水質(zhì)指標(biāo)

Table 1 Major quality parameters for water in different sections of Dongping Lake

采樣點(diǎn)ρ(TN)/(mg·L-1)ρ(TP)/(mg·L-1)ρ(葉綠素a)/(μg·L-1)ρ(DOC)/(mg·L-1)COD/(mg·L-1)范圍均值范圍均值范圍均值范圍均值范圍均值北部湖區(qū)0.79～3.452.190.07～0.170.1016.99～85.5760.523.67～4.294.006.10～8.607.39河口區(qū) 1.44～4.112.770.56～0.800.0735.88～53.8646.673.63～4.404.016.70～8.507.56東南湖區(qū)2.90～4.333.810.05～0.100.0741.17～75.4552.353.48～3.773.576.00～7.706.65西南湖區(qū)2.79～4.383.670.04～0.070.0522.77～63.7337.483.35～3.653.525.70～7.006.07

圖2 東平湖4種熒光組分的熒光特征

C1～C4 4個(gè)熒光組分的激發(fā)波長(zhǎng)Ex和發(fā)射波長(zhǎng)Em分別為：C1，<225/305,386 nm；C2，240,360 nm；C3，260,432 nm；C4，<225/275,304 nm。東平湖的所有組分光譜特征和其他湖泊河流研究結(jié)果[27-32]相似,各組分的主要特征和熒光類型見表2。

表2 東平湖有色溶解性有機(jī)物4組分熒光特征

Table 2 Fluorescence feature of the 4 fluorescent components of chromophoric dissoived organic matters in Dongping Lake

組分Ex,Em/nm其他文獻(xiàn)對(duì)應(yīng)組分Ex,Em/nm性質(zhì)描述 C1<225/305,386230～260,380～460[32];245,305/395[27]短波陸源腐殖質(zhì)或海洋類腐殖質(zhì)C2240,360225/275,350[28];225,275/342[12]類蛋白質(zhì)熒光團(tuán),主要為類色氨酸基團(tuán)C3260,432235～250,415～445[13];240,415[29]短波類腐殖質(zhì),大分子量的富里酸C4<225/275,304270～280,305～310[13];275,300[27]類蛋白質(zhì)熒光團(tuán),主要為類酪氨酸基團(tuán)

Ex和Em分別表示激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)。

組分C1和C3屬于類腐殖質(zhì)組分[28],C1主峰(<225,386 nm)對(duì)應(yīng)于A峰區(qū)域,但相比傳統(tǒng)意義的A 峰發(fā)生了藍(lán)移[29,32],而次峰(305,386 nm)對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)的M峰[13]。COBLE[7]認(rèn)為M峰是海洋腐殖質(zhì)的專屬熒光峰,東平湖M峰的出現(xiàn)說明非海洋腐殖質(zhì)同樣具有M熒光峰,這與蔡文良等[27]對(duì)長(zhǎng)江重慶段的研究結(jié)果相似。C3的激發(fā)和發(fā)射波峰均長(zhǎng)于C1,同樣位于傳統(tǒng)的A峰區(qū)域[13],結(jié)合已有研究結(jié)果[27],C1和C3代表了陸源腐殖質(zhì)。

C2和C4屬于典型的類蛋白質(zhì)組分,C2具有單一激發(fā)和發(fā)射峰,對(duì)比其他研究結(jié)果[28]，C2對(duì)應(yīng)于T峰,但相對(duì)于傳統(tǒng)T峰發(fā)生了紅移[32],結(jié)合前人研究[12],C2大致落在色氨酸單體的熒光峰區(qū)域,說明類色氨酸基團(tuán)是C2的主要成分。C4主次峰對(duì)應(yīng)的激發(fā)波長(zhǎng)分別為<225和275 nm,發(fā)射波長(zhǎng)均為304 nm,根據(jù)已有研究結(jié)果[32],C4包含B峰和D峰,主要成分為類酪氨酸,同時(shí)也觀測(cè)到類色氨酸基團(tuán)的存在。一般認(rèn)為類蛋白熒光峰代表了沉水植物、浮游藻類等死亡降解以及間隙水釋放的內(nèi)源輸入[33]。

根據(jù)4種熒光組分在東平湖的空間分布可以看出(圖3),類腐殖質(zhì)熒光組分C3 由河口向湖心區(qū)表現(xiàn)出明顯的濃度梯度遞減,因此,熒光組分C3可以確定為外源輸入。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)C1和C3 呈顯著正相關(guān)(R2=0.31,P<0.001)(圖4),說明外源輸入的C3與C1 組成基本相似,具有較強(qiáng)的同源性,進(jìn)而表明C1的外源性。由圖3還發(fā)現(xiàn),類蛋白熒光組分C2由湖心區(qū)向四周發(fā)生濃度梯度遞減,表現(xiàn)出內(nèi)源特性,相關(guān)性分析顯示C2和C4未達(dá)到顯著水平,說明類蛋白的來源具有差異性,除內(nèi)源生物降解之外河流等外源輸入也有一定貢獻(xiàn)[34]。

2.3 熒光組分與各水質(zhì)參數(shù)之間的特征分析

根據(jù)圖3可以看出,類蛋白熒光組分C2由湖心區(qū)向四周發(fā)生濃度梯度遞減,相關(guān)性分析顯示類蛋白熒光組分C2和總氮具有極顯著相關(guān)性(R2=0.59,P<0.001)(圖4),表現(xiàn)出內(nèi)源特性。眾多研究認(rèn)為,大汶河提供了東平湖全年85%的水量,6—9月期間的雨季外源大約占70%[35-36],總氮的空間分布表現(xiàn)為由大汶河口向湖心區(qū)遞減的外源性才符合東平湖的水文特征,觀測(cè)結(jié)果卻有較大差異,表現(xiàn)出由湖心向河口、北部湖區(qū)逐漸遞減。高值點(diǎn)幾乎都在湖心區(qū)域而非河口區(qū),原因可能是：一方面夏季東平湖水溫升高,底層溶解氧降低,同時(shí)溫度升高增加底棲生物的擾動(dòng),加之，夏季風(fēng)浪擾動(dòng)促進(jìn)底泥中氮的釋放[37];另一方面東平湖夏秋季節(jié)草藻大量死亡,尤其從6月開始的菹草大量死亡、腐爛降解,對(duì)總氮貢獻(xiàn)巨大[38]。而河口區(qū)形成了較小的總氮分布區(qū),可能是因?yàn)?月處在大汶河汛期中期,前幾次洪水已經(jīng)將河道沖刷干凈,此時(shí)的大汶河更主要的是體現(xiàn)出其稀釋作用;另一方面，大汶河中攜帶的泥沙等顆粒物對(duì)氮也具有吸附作用;同時(shí)，河口區(qū)流速快,水體中的溶解氧多,促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)以及生物新陳代謝,進(jìn)而使得氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被降解,綜合作用表現(xiàn)出河口低湖心區(qū)高的空間分布。

代表內(nèi)源輸入的類蛋白熒光組分C2與總磷相關(guān)性未達(dá)顯著水平,從側(cè)面論證了外源對(duì)總磷的重要作用?？偭诐舛雀咧祬^(qū)主要出現(xiàn)在東南湖區(qū)大安山和北部湖區(qū)王李屯“兩網(wǎng)”養(yǎng)殖區(qū)以及北部湖區(qū)臘山碼頭景區(qū)附近,低值分布在遠(yuǎn)離陸地和養(yǎng)殖區(qū)的西南湖區(qū),即總磷受外源影響較大。

各熒光組分與葉綠素a相關(guān)性均未達(dá)顯著水平,這與同為東部典型淺水湖泊的太湖夏季的觀測(cè)結(jié)果[39]不同。研究表明,湖泊內(nèi)的浮游藻類、沉水植物等生長(zhǎng)繁殖不單受氮磷量的影響,同時(shí)也受氮磷比的制約。已有研究證明,東平湖屬于磷限制性湖泊[20,22],筆者研究中氮磷比變化范圍為6.4～82.5,均值為44.2,低值區(qū)分布在北部湖區(qū)王李屯“兩網(wǎng)”養(yǎng)殖區(qū)域和臘山旅游景區(qū)附近。而葉綠素a濃度高值區(qū)恰巧也出現(xiàn)在上述湖區(qū)附近,分析原因不難得出是由于“兩網(wǎng)”養(yǎng)殖區(qū)域的投餌、施肥和旅游及其帶動(dòng)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)共同作用;同時(shí)北部湖區(qū)靠近平陰縣城,大量生活污水排入東平湖,使原本相對(duì)不足的磷得到有效補(bǔ)充,從而使得該地區(qū)葉綠素a出現(xiàn)高值。在去除21～24號(hào)點(diǎn)數(shù)據(jù)后,總磷和葉綠素a濃度更能顯示出極好的相關(guān)性(R2=0.55,P<0.001)(圖4),這也驗(yàn)證了外源磷輸入對(duì)葉綠素a分布的決定性作用。即各熒光組分與葉綠素a相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平，主要是夏季汛期東平湖周圍以及大汶河大量外源污染物輸入的結(jié)果。

圖3 東平湖4種熒光組分的熒光特征及其空間分布

經(jīng)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)陸源類腐殖質(zhì)熒光組分C1與DOC呈極顯著正相關(guān)(R2=0.50,P<0.001)(圖4),進(jìn)一步說明陸源輸入對(duì)DOC的主導(dǎo)作用。同樣,陸源類腐殖質(zhì)熒光組分C1也和COD具有顯著相關(guān)性(R2=0.25,P<0.01),方芳等[34]在三峽水庫小江回水區(qū)研究溶解有機(jī)物三維熒光光譜特征時(shí)也得出類似結(jié)論。COD和DOC可以間接地反映湖泊有機(jī)污染程度,陸源類腐殖質(zhì)熒光組分C1與COD和DOC之間均具有顯著相關(guān)性,表明熒光參數(shù)可以很好地指示有機(jī)污染程度,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)類似東平湖這樣的富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的快速檢測(cè)以及湖泊有機(jī)污染物動(dòng)態(tài)變化的長(zhǎng)期觀測(cè)。

綜上所述,可以看出陸源類腐殖質(zhì)熒光組分C1與DOC和COD均呈顯著相關(guān)性,表明陸源類腐殖質(zhì)熒光組分C1對(duì)DOC和COD具有較好的指示意義。雖然總磷與熒光組分不存在相關(guān)性,但是由上述分析仍然可以得出外源的重要貢獻(xiàn)?？偟憩F(xiàn)出內(nèi)源特性,與類蛋白熒光組分C2存在顯著相關(guān)性,這與采樣調(diào)查的瞬時(shí)性不無關(guān)系,但不容質(zhì)疑的是總氮仍屬于外源占主導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),大汶河的輸入占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)[40]。各熒光組分與葉綠素a相關(guān)性均未達(dá)顯著水平,主要是東平湖以及大汶河生活污水和工業(yè)廢水大量入湖的結(jié)果,認(rèn)為各水質(zhì)參數(shù)均表現(xiàn)出強(qiáng)烈的外源性并無不妥。因此,通過此次調(diào)查發(fā)現(xiàn)采用陸源類腐殖質(zhì)熒光組分C1反演可以對(duì)東平湖以及大汶河的DOC和COD乃至有機(jī)污染進(jìn)行長(zhǎng)效、簡(jiǎn)便、快速的檢測(cè),類蛋白熒光組分C2對(duì)東平湖總氮濃度具有較好的指示意義。

圖4 熒光組分與水質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系

3 結(jié)論

(1)采用平行因子分析法將東平湖中CDOM分為2類4個(gè)不同組分,分別是類蛋白熒光組分C2、C4和類腐殖質(zhì)熒光組分C1、C3。C1～C4的激發(fā)波長(zhǎng)Ex和發(fā)射波長(zhǎng)Em分別為(<225/305,386 nm)、(240,360 nm)、(260,432 nm)和(<225/275,304 nm)。類腐殖質(zhì)熒光組分C3表現(xiàn)出由河口向湖心遞減的空間分布特征,類蛋白熒光組分C2呈現(xiàn)由湖心向四周遞減的濃度梯度變化。

(2)東平湖夏季總氮、總磷和葉綠素a等水質(zhì)參數(shù)處在中富—富營(yíng)養(yǎng)化水平,總體水質(zhì)接近GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),總氮濃度高于Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),仍未滿足調(diào)水水質(zhì)要求,各水質(zhì)參數(shù)均表現(xiàn)出強(qiáng)烈的外源性。

(3)陸源類腐殖質(zhì)熒光組分C1與COD和DOC濃度等水質(zhì)參數(shù)具有顯著相關(guān)性,類蛋白熒光組分C2與總氮濃度具有顯著相關(guān)性,可以用CDOM熒光反演東平湖水質(zhì)參數(shù),從而對(duì)東平湖富營(yíng)養(yǎng)變化進(jìn)行快速、長(zhǎng)期的檢測(cè)。

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(責(zé)任編輯： 陳 昕)

Fluorescence Features of Chromophoric Dissolved Organic Matter in Dongping Lake and Their Environmental Significance.

LIU Xue-li1, YAO Xin1,2, DONG Jie1, LIU Yan-long1, ZHANG Ju1

(1.School of Environment and Planing, Liaocheng University, Liaocheng 252000, China；2.State Key Laboratory of Lake Science and Environment/ Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China;3.Laboratory of Karst Dynamics, Ministry of Land Resources/ Guangxi Zhuang Autonomous Region, Institute of Karst Geology, Guilin 541004, China)

The Dongping Lake holds a crucial position as the last water-staging lake of the east line of the Project of “Diverting Water from South to North” of the country and the water source of the project diverting water from west to east in Shandong Province. Its water quality is directly related to water safety of the beneficiaries of the water diversion project. The water in the lake was sampled for analysis in August 2013 and all the water quality parameters indicate that the Lake was moderately or highly eutrophied and its water on the whole was close to Grade IV in quality set in the “Standard for Quality of Surface Water Environment” of the country and failed to meet the requirement of the water diversion project. All the water quality parameters show strong extraneousness. Fluorescent features of the chromophoric dissolved organic matters in the water were analyzed with EEMS and PARAFAC, and feasibility of using fluorescent components of the organic matters as indicators of environment pollution of the lake. PARAFAC analysis detected two classes and four types of fluorescent components, that is, C1 and C3 of the class of humic-like fluorescent components at <225/305,386 nm and 260,432 nm, respectively, and C2 and C4 of the class of protein-like fluorescent components at 240,360 nm and <225/275,304 nm, respectively. Terrigenous humic-like fluorescent component C1 was significantly related to DOC and COD, which may indirectly reflect degree of the organic pollution of the water, while protein-like fluorescent component C2 was significantly and positively related to TN. Therefore, the two components, C1 and C2 can be used as indicators for rapid determination and long-term monitoring of water eutrophication in the Dongping Lake.

chromophoric dissolved organic matter; excitation-emission matrices; parallel factor analysis; Dongping Lake

2015-11-17

國(guó)家自然科學(xué)基金(41301544,41401563);中國(guó)博士后科研基金(2015M571831);國(guó)土資源部/ 廣西壯族自治區(qū)巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(KDL201506);山東省自然科學(xué)基金(ZR2012DQ003; ZR2013DL003)

X524

A

1673-4831(2016)06-0933-07

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.06.010

劉學(xué)利(1990—),男,山東淄博人,碩士生,主要從事湖泊有機(jī)物研究。E-mail: 1600028060@qq.com

① 通信作者E-mail: yaoxin@lcu.edu.cn