發(fā)布時間：2020-11-05 13:31

　　 溶解性有機質(zhì)(Dissolved Organic Matter,DOM)具有復雜的化學結(jié)構(gòu)和光學特性,對水環(huán)境中污染物的遷移轉(zhuǎn)化及水生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響。本文以渭河西安段為研究對象,通過DOM光學特性的分析,對水體中DOM的組成、來源和時空分布進行研究,并探討了流域周邊經(jīng)濟發(fā)展、土地利用等因素對DOM的影響,論文的主要內(nèi)容如下:(1)研究區(qū)域水體中DOM和有色溶解性有機質(zhì)(CDOM)的豐度值指標具有明顯差異。不同月份DOC的濃度分別為10.45(3月)、6.96(7月)、5.59(10月)和4.67 mg.L-1(12月);α(355)分別為 2.53(3 月)、5.15(7 月)、12.77(10 月)和 3.99 m-1(12 月)。腐殖化程度(SUVA254)各月份的平均濃度為:下游(5.85)上游(5.33)中游(4.6L·(mg·m)-1)。紫外光譜斜率S所代表的DOM分子量水平在四個月的平均濃度較為接近(分別為0.016、0.018、0.015、0.016nm-1)。光譜斜率比值SR表明3月和12月水體DOM為內(nèi)源為主的混合源輸入;7月份中游以外源輸入為主;10月份各段均以外源輸入為主。(2)將C1-C4定義為類腐殖質(zhì)組分,C5-C6為類蛋白類組分。熒光色譜平行因子分析結(jié)果表明,3月檢測出C2/C3、C4/C2和C5/C3;7月檢出C1-C4和C6;10月為C1、C2、C4和C5;12月檢測出C1-C4和C5。對7月、10月、12月的水樣進行LC-OCD(液相-有機碳)分析,共檢測出5個峰,腐殖質(zhì)占比最大,基本未檢出低分子有機酸。分子量差異初步解析,上游耕地中低分子量中性物質(zhì)和有機酸濃度較大,主要來源于農(nóng)業(yè)為主的外源輸入,下游腐殖質(zhì)和降解產(chǎn)物含量最高,可能來自林地草地輸入和中游水體攜帶。(3)對比熒光參數(shù)FI(熒光強度指數(shù))、BIX(生物源指數(shù))、HIX(腐殖化指數(shù))及主成分分析,對7和12月各取樣點的DOM進行深入解析。7月,FI=1.64-2.15、BIX=0.65-1.12、HIX=0.55-0.77;12 月,FI=1.66-2、BIX=0.77-1.04、HIX=0.55-0.74,渭河西安段表層水體取樣點多為內(nèi)源輸入為主的混合型輸入,自生源貢獻大,腐殖化程度較接近。7月,下游區(qū)域林地和草地占比較大,TP(總磷)和Chla(葉綠素-a)濃度升高;12月,TP下降、TN(總氮)上升。7、12月的主成分分析累計方差貢獻率分別為85.8%和89.7%,表明上游多為工農(nóng)業(yè)廢水引起的DOM內(nèi)源,中游DOM來源和組成受周邊陸源和人為影響嚴重;下游森林濕地較多,受中游影響,DOM來源較為復雜。(4)定義C5為包含類色氨酸、類白質(zhì)的蛋白類組分,結(jié)合渭河西安段不同區(qū)域的環(huán)境經(jīng)濟因素,分析得到耕地類型DOM組分分布在各區(qū)域,以C5為主;林地和草地覆蓋C1、C4組分的熒光強度較高,分子量大于1000Da;城鎮(zhèn)用地C3、C4、C5強度較高,多為分子量小于350Da的中性物質(zhì);建設(shè)用地DOM多在1000Da以上,C2、C3、C4、C5熒光強度高。對月均降雨量和不同分子量、不同熒光強度組分進行回歸分析,降雨量增多稀釋了DOM分子量和熒光強度水平,人為干擾對DOM組成結(jié)構(gòu)影響更明顯。經(jīng)濟因素與熒光組分和不同分子量DOM的線性相關(guān)性較低;人口和GDP增長通過間接改變土地類型對DOM的組成、結(jié)構(gòu)及遷移轉(zhuǎn)化產(chǎn)生一定影響。
【學位單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：X52
【部分圖文】：

西安理工大學工程碩士專業(yè)學位論文4特征指數(shù)計算公式含義文獻來源E2/E3α250/α365或α254/α365有機質(zhì)腐殖化程度，數(shù)值與腐殖化程度呈反比[55]E2/E4α240/α420或α254/α436有機質(zhì)來源，數(shù)值低為外源[55]E4/E6α465/α665與芳香度呈反比[55]Q2/Q4Q260-280/Q460-480木質(zhì)素與其他物質(zhì)在腐殖化開始的比例[56]Q2/Q6Q260-280/Q600-700非腐殖化物質(zhì)與腐殖化物質(zhì)比值[56]Q4/Q6Q460-480/Q600-700與E4/E6相似[56]注：Q為特定光譜下的面積1.2.4熒光特性DOM中的蛋白質(zhì)、芳香烴等具有熒光特性。近年來熒光光譜被用來分析DOM的來源、遷移和轉(zhuǎn)化，而且熒光光譜測量更方便、靈敏度更高。由于不同儀器參數(shù)設(shè)置對CDOM的熒光檢測范圍和精度等存在差異，為了保證不同研究區(qū)域、不同儀器檢測出的數(shù)據(jù)具有可比性，將激發(fā)波長355nm、發(fā)射波長450nm時的熒光強度作為統(tǒng)一標準消除誤差[57]。自1949年Kale基于熒光光譜表征有機質(zhì)的物理化學特性后，許多學者基于熒光分析方法研究了海洋、河流、土壤、沉積物中不同來源和組成結(jié)構(gòu)的DOM。Coble等[58]基于三維熒光光譜技術(shù)(Three-DimensionalExcitationEmissionMatrixFluorescenceSpectroscopy,3DEEM)對黑海DOM進行了研究，此后該技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，EEMs的數(shù)據(jù)分析方法如下：(1)峰值法直接選取預定義區(qū)域中固定激發(fā)和發(fā)射波長處的熒光強度，忽略樣品間峰值位置發(fā)生的偏移。Coble等最先將DOM熒光峰對應(yīng)的可能物質(zhì)，細分出類色氨酸、類腐殖酸、類酪氨酸和海洋腐殖酸四類物質(zhì)的熒光范圍，Stedmon等[59]在此基礎(chǔ)上進一步細化，具體見圖1-1，表1-2。圖1-1DOM主要熒光峰

西安理工大學工程碩士專業(yè)學位論文6圖1-2DOM熒光光譜歸屬分類Fig.1-2AttributionoffluorescencespectrumforDOM區(qū)域積分法被廣泛用于表征地表水、二級出水DOM的研究中。閆麗紅等[61]利用區(qū)域積分法研究了長江口口外海域CDOM中6個熒光組分占總組份比例，以及與鹽度的相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高鹽度區(qū)域熒光組分所占比例上升，且從以陸源類腐殖質(zhì)為主向類蛋白組分轉(zhuǎn)變。王聰穎等[62]采用FRI結(jié)合主成分分析法(PCA)研究了太湖水源水CDOM，發(fā)現(xiàn)太湖水源以內(nèi)源輸入為主，主要存在位于SMP(溶解性微生物產(chǎn)物特征區(qū))和色氨酸類物質(zhì)特征區(qū)域兩個熒光峰。(3)平行因子分析三維熒光圖譜中多個熒光區(qū)域和熒光峰之間會存在重疊，峰值法和熒光區(qū)域積分法無法分離出不同熒光峰，結(jié)果存在偏差，平行因子分析方法(Parallelfactoranalysis,PARAFAC)輔助分析三維熒光光譜發(fā)展起來。平行因子分析法是基于交替最小二乘法原理的迭代三維數(shù)陣分解算法，將三維數(shù)據(jù)矩陣X分解為三個載荷矩陣：A、B、C。比如：激發(fā)波長數(shù)為I，發(fā)射波長數(shù)為J的條件下測定K個樣本，得到激發(fā)發(fā)射光譜矩陣X(I×J×K)的模型如[式(1-4)]所示：iecbaxijkknjninNnijk+Σ=1=(1-4)式中：i=1...I,j=1...J,k=1...K；N——熒光成分數(shù)；Xijk——激發(fā)波長i、發(fā)射波長j下第k個樣本熒光強度；ain——激發(fā)光譜矩陣A(I×N)中元素(i,n)，與激發(fā)波長i處吸光系數(shù)成正比；bjn——發(fā)射光譜矩陣B(J×N)中的元素(j,n)，與發(fā)射波長j處第n個分析物熒光量子產(chǎn)率有關(guān)；ckn——相對濃度的矩陣C(K×N)中元素(k,n)，與第k個樣品第n個組分濃度呈正比；eijk——三維殘差矩陣E(I×J×K)中元素(i,j,k)，表示不能被模型解釋的大校

技術(shù)路線圖
【參考文獻】

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本文編號：2871702