沱河旱季澇季水體DOM特征差異性研究

摘 要：【目的】研究沱河埇橋區(qū)段水體溶解性有機(jī)物（DOM）的特征、來源，以及旱季澇季之間的變化，為解決沱河污染問題提供參考?！痉椒ā恳?022年沱河旱季澇季各個(gè)區(qū)段水體為研究對象，利用紫外-可見光譜技術(shù)，解析水體DOM的來源與特性，并探討DOM組分物質(zhì)旱季澇季的特征差異性和影響因素?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明，沱河澇季6月的DOM物質(zhì)含量高于旱季1月，沱河流經(jīng)宿州埇橋區(qū)后DOM含量明顯增加，沱河DOM有明顯的城市負(fù)荷?！窘Y(jié)論】從沱河各個(gè)區(qū)段來看，總體變化趨勢相似，自上游到中游由于經(jīng)過城市區(qū)，DOM組分含量增加。沱河流埇橋區(qū)后澇季旱季的DOM組成與含量發(fā)生明顯變化，且不同月份的負(fù)荷存在差異。

關(guān)鍵詞：溶解性有機(jī)質(zhì)；沱河；紫外光譜；季節(jié)差異

中圖分類號：X52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1003-5168（2024）15-0090-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.15.020

Study on the Difference of DOM Characteristics of Water Body in the Dry and Waterlogged Season of Tuohe River

LI Boling SUN Dafa DAI Ruiqin ZHANG Yanmin YU Kairun CHEN Xin

JIANG Quanliang

（Suzhou University， Suzhou 234000， China）

Abstract：[Purposes] This paper studies the characteristics and sources of DOM in various sections of the Tuohe River， as well as the changes between dry and flood seasons， so as to provide reference for solving the pollution problem of the Tuohe River. [Methods] The source and characteristics of dissolved organic matter （DOM） in the Tuohe River in 2022 were analyzed by using UV-VI spectroscopy， the temporal and spatial differences of DOM components and the influencing factors in the dry season and flood season were also discussed， and the DOM of Tuohe River has obvious urban load. [Findings] The results showed that the DOM content in June was higher than that in January in the dry season. The DOM content in the Tuohe Rriver increased obviously after it passed through Yongqiao， Suzhou， and the DOM of Tuo River has obvious urban load. [Conclusions] The general trend of change is similar from the upper reaches to the middle reaches of Tuohe River， which leads to the increase of DOM content. DOM composition and content of Tuohe River in Yongqiao district of Suzhou changed obviously in the post-flood season， and the load in different months was different.

Keywords： dissolved organic matter; Tuohe River; UV analysis；seasonal difference

0 引言

溶解性有機(jī)質(zhì)（Dissolved Organic Matter， DOM）作為碳的生物地化循環(huán)的重要組成部分，對全球碳循環(huán)具有重要影響，也是污染物的重要載體，影響著污染物的遷移和轉(zhuǎn)化。DOM的主要成分為碳元素，是天然水體中有機(jī)質(zhì)最重要的賦存形態(tài)及活躍成分，在水生態(tài)系統(tǒng)中會影響營養(yǎng)物的保持與釋放、生物可利用性，還被用來表征水質(zhì)特征。有色溶解有機(jī)物（Chromophoric Dissolved Organic Matter， CDOM）是水體中DOM的重要組成部分，參與全球范圍內(nèi)的元素（碳、氮、磷、硅）物質(zhì)循環(huán)和生物活動等關(guān)鍵生物地球化學(xué)過程，對河流等水體中微量元素化學(xué)形態(tài)變化和污染物遷移具有重要作用［1］。河流DOM在水體中廣泛存在，其主要來源可分為陸源和內(nèi)源［2］。土壤中的DOM可通過地表徑流和淋溶進(jìn)入水體，是河流DOM的主要來源之一［3］。對水體DOM分布特征及來源的研究，一方面可以更加深入地了解水體生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)，另一方面可以準(zhǔn)確找出對DOM影響較大的某個(gè)因子。

本研究以沱河埇橋區(qū)段水體為研究對象，分別采集旱澇季沱河不同河段水體樣品進(jìn)行紫外分析，研究水體DOM特征、來源，以及旱季澇季之間的變化。通過作圖分析旱季澇季DOM的主要影響因素，擴(kuò)充水體DOM與環(huán)境之間相關(guān)性資料，為解決沱河污染問題提供參考［4］。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

沱河流域位于豫東沱河與渦河流域之間，地勢由西北向東南逐漸傾斜，首尾比較平緩，中上河段較陡。流域微地形的變化是比較明顯的，中下游主要是地下水。流域干支流大部分屬于坡河性質(zhì)，斷面又淺又小，排水困難。

1.2 測樣儀器與方法

采樣點(diǎn)布設(shè)原則根據(jù)流域主支流和污染源分布，盡量均勻分布，每半個(gè)月采集一次樣品，采樣結(jié)束后立刻送回實(shí)驗(yàn)室完成所有指標(biāo)測定。

測試儀器是UV-2600i（Shimadzu）型紫外分光光度計(jì)，符合SH/T 0181—2005方法的測量精度要求［5］。

通過檢測不同秸稈浸出過程中紫外光譜的變化，分析紫外光譜中CDOM相對濃度、分子量SR、浸出過程DOM 分子量相對濃度和疏水性SUVA260，相關(guān)紫外-可見光譜參數(shù)見表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 CDOM數(shù)據(jù)分析

沱河樣品經(jīng)過0.45 [μm]濾膜后CDOM相對濃度曲線如圖1所示。由圖1可知，CDOM相對濃度在旱澇季的變化趨勢幾乎一致，但6月高于1月。6月和1月樣品經(jīng)0.45 [μm]濾膜處理后樣品CDOM最大值均出現(xiàn)在上游；最小值分布在中下游，說明流經(jīng)宿州城區(qū)后水體中CDOM含量呈下降趨勢。6月和1月CDOM平均值分別是18.35、7.91。澇季比旱季濃度高132%，這可能與宿州市位于東亞季風(fēng)區(qū)，雨熱同季，澇季CDOM的陸源輸入和內(nèi)源生成作用都較強(qiáng)有關(guān)。

沱河樣品過0.22 μm濾膜后CDOM相對濃度曲線如圖2所示。圖2與圖1曲線變化趨勢比較相似。其中6月最高值是24.18且在上游，可能因上游區(qū)域附近農(nóng)業(yè)區(qū)的影響。6月和1月樣品經(jīng)0.22 μm濾膜處理后CDOM最大值均出現(xiàn)在上游；最小值分布在中下游區(qū)域，空間分布特征與0.45 μm濾膜處理后樣品結(jié)果一致，說明利用0.45 μm濾膜處理可以大致反映CDOM的濃度趨勢。但6月和1月樣品經(jīng)0.22 μm濾膜處理后CDOM相對濃度平均值分別是14.51、6.91，分別比0.45 μm濾膜處理結(jié)果降低21%和13%。這說明僅過濾0.45 μm濾膜可能無法準(zhǔn)確反映水體中CDOM的濃度特征。

沱河水樣經(jīng)過0.45 μm濾膜處理后得到的自生源曲線如圖3所示。由圖3可知，6月最高值是1.29且在下游，可能是受到了人類活動的影響，下游是農(nóng)業(yè)區(qū)，可能因農(nóng)藥化肥的濫用導(dǎo)致外源性較高。最小值是0.51且在下游，自生源平均值是0.81。自生源值從上游開始偏低，經(jīng)過一段時(shí)間的擴(kuò)散，到中游后逐漸升高，可能是隨著水體的流動逐漸受到自然因素的影響（如下雨發(fā)生洪澇等），使其升高；到下游后出現(xiàn)了先降后升，可能因先有水體自凈和水流擴(kuò)散使其濃度降低，突然升高可能是由于農(nóng)業(yè)區(qū)有大量的化肥和農(nóng)藥流入。1月最高值0.81且在上游，到中游逐漸降低，可能因人類活動較少，微生物等逐漸增長繁殖，后經(jīng)過水體自凈作用使其濃度降低；下游先降低可能是因?yàn)樗w的自凈作用，突然升高可能是因?yàn)橄掠胃浇修r(nóng)業(yè)區(qū)。最小值是0.45且在下游，可能是下游周圍是農(nóng)業(yè)區(qū)，水體受污染較嚴(yán)重。1月平均值是0.66。通過對比，旱季1月和澇季6月的自生源數(shù)值差異明顯，主要是在上游，可能是上游水體中的小分子物質(zhì)和微生物等在旱澇季時(shí)溫度和光照等因素的影響產(chǎn)生了差異。

2.2 自生源數(shù)值分析

沱河樣品過0.22 μm濾膜后自生源數(shù)值曲線如圖4所示。由圖4可知，6月沱河自生源的最大值是1.84且在下游，可能是微生物等受到了物理化學(xué)處理。最小值是0.60，且在上游，可能是上游受污染較嚴(yán)重，微生物等不適宜生存。自生源平均值是0.92。整體來看，上游到中游有短暫的升高，可能是中游經(jīng)過城市區(qū)，負(fù)荷較大導(dǎo)致，下游先降后又升可能是雨量大使得農(nóng)業(yè)區(qū)土壤中的大量物質(zhì)流向河流中。1月沱河自生源的最大值是1.44且在下游，和澇季變化趨勢相似，可能是自生源在下游由于農(nóng)業(yè)區(qū)過度使用化肥農(nóng)藥使得元素含量高，更適宜微生物生存。最小值是0.51，也在下游可能是從上游到中游期間，水體的自凈作用使?jié)舛冉档?。平均值?.87，上游到中游是農(nóng)業(yè)區(qū)到城市區(qū)，因此自生源值變化不大，下游先降再升可能因農(nóng)業(yè)區(qū)的存在使其突然升高。整體來看兩條曲線變化趨勢較為相似尤其是在下游。

2.3 DOM分子量分析

沱河樣品過0.45 μm濾膜后DOM分子量曲線如圖5所示。1月最高值是6.33且在中游，可能因中游經(jīng)過城市區(qū)，負(fù)荷較大，流向下游時(shí)使得下游水體中的分子量最大。最小值是2.61且在下游，可能是經(jīng)過水體的擴(kuò)散與自凈作用使得濃度值降低。1月平均值是4.32。從上游到中游只有略微升高，可能是經(jīng)過城市區(qū)，其負(fù)荷量較大使得中游的DOM分子量升高。下游區(qū)域出現(xiàn)先降低后升高的情況，可能是經(jīng)過農(nóng)業(yè)區(qū)，降水導(dǎo)致化肥農(nóng)藥流失，使得分子量升高。6月DOM分子量最大值是5且在下游，可能因城區(qū)域的負(fù)荷高。平均值是3.21。沱河各河段DOM分子量的數(shù)值變化趨勢大致相同，只有上游到中游水體1月增加的速率慢，而6月增加的速率更快，且DOM分子量多于1月，可能是6月澇季溫度較高使得DOM小分子更易被分解，所以1月DOM分子量較低，其增加的分子量速率也較小。DOM分子量在上游到中游緩慢增加，在下游是先降低后突然升高，可能是下游的農(nóng)業(yè)區(qū)過量使用農(nóng)藥化肥導(dǎo)致沱河流經(jīng)埇橋城區(qū)后，沱河DOM分子量明顯變大。例如夏季太湖流動性低，微生物代謝效率相對較高，DOM小分子占比增大［6］。當(dāng)沱河流經(jīng)城區(qū)時(shí)，因其負(fù)荷較大，中游區(qū)域的DOM分子量大大增加。

沱河河水樣品經(jīng)過0.22 μm濾膜DOM分子量折線如圖6所示。其中1月份最高值是8.57且下游，可能下游存在農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)藥化肥流入河流中導(dǎo)致DOM分子量升高。最小值是3也在下游區(qū)域，可能是從上游到下游，水體自凈作用使得DOM分子量逐漸降低。平均值是4.99。上游到中游濃度有所升高，可能是城市負(fù)荷比上游的農(nóng)業(yè)區(qū)大。下游出現(xiàn)由低到高，原因可能是水體的自凈作用使得水體中DOM含量減少，但是下游農(nóng)業(yè)區(qū)的存在，使得DOM分子量濃度突然升高。6月最大值是6.29且在下游，最小值是2.47，也在下游，原因可能都與上述情況相似。6月DOM分子量濃度平均值是3.71。整體來看6月和1月的DOM分子量變化趨勢不是很大，主要是上游和中游的濃度變化，并且1月上游DOM分子量較低于6月，可能因光照較強(qiáng)，且經(jīng)過了中游高負(fù)荷的城區(qū)。沱河旱澇季下游的DOM分子量值變化趨勢差別不大。說明城市人類活動對沱河DOM的影響明顯大于旱澇變化的影響。

3 結(jié)論

澇季6月相比于旱季1月，CDOM濃度較高而DOM分子量和自生源數(shù)值較低，沱河流經(jīng)城市區(qū)后大量陸源腐殖質(zhì)的輸入也增加了河流中大分子DOM含量。

將DOM樣品分析出2個(gè)組分，運(yùn)用平行因子分析法解析出沱河旱季澇季上游水體中DOM可分為類色氨酸和類腐殖質(zhì)2類，其中類色氨酸是沱河流域DOM的主要組成部分，其組分含量在沱河各區(qū)段的旱季澇季變化量不大；在旱季1月，類色氨酸占比是最少的，而在澇季6月其UVA類腐殖質(zhì)占比是比較少的。綜合得出，沱河的上游水體DOM主要來自陸源的輸入，在澇季6月時(shí)的水體DOM自生源特征相較于旱季更加明顯。

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