崇明岛北湖中有色溶解有机质的分布特征及来源解析

摘要

自20世纪60—70年代以来，国内外学者对各种天然水体如海洋、湖泊、河流、沼泽和地下水等中的溶解有机质(DOM)进行了卓有成效的研究和探讨。DOM中含有大量带有羧基和酚羟基的物质，能够参与水体中多种复杂的物理化学反应，在水生生态系统中起着重要作用。有色溶解有机质(CDOM)是溶解有机质中能吸收光的组成成分复杂的混合物质，主要是由光合作用产生的有机质腐烂形成的，而且普遍存在于周围环境当中。我国湖泊和水库等都存在不同程度的富营养化现象，富营养化的直接后果之一就是导致水中溶解有机质含量的增加。溶解有机质本身作为评价水质的一项重要指标，它的种类和特征也直接影响着水质，进而影响人类健康。本论文通过现场调查和监测，结合室内分析测试，充分运用紫外—可见分光光度计、MicroFlu—CDOM荧光仪、荧光分光光度计等方法和手段，对崇明岛北部边滩半咸水湖泊水体中CDOM的光谱性质进行了研究，并讨论了光谱性质与部分环境因子的关系。本论文的主要工作如下： 1．研究了北湖主要采样点表层水和底层水中CDOM的光谱性质，讨论了CDOM浓度表征紫外吸收系数的空间特征及其与盐度的关系，紫外光谱S值拟合及拟合精度R2的空间变化特征，以及表底层水S值与a355的关系及CDOM大致分子量大小(E3/E4值)的空间分布特征；还讨论了CDOM荧光发射光谱及荧光指数空间差异，同步荧光光谱最大荧光峰位置和强度的空间特征，以及CDOM的EEMs性质的空间差异和各荧光峰强度比值的空间变化。结果发现，北湖东西差异明显。藻类暴发和陆地淡水输入使北湖水体中CDOM含量增加，绝大多数都是以小分子量的富里酸和类蛋白物质为主，大分子量的腐殖酸含量相对较少；同步荧光光谱揭示出北湖中类蛋白物质状态活跃，容易因环境变化而改变，类腐殖质物质相对稳定；CDOM的EEMs谱图中都有类蛋白荧光峰T峰和S峰及类腐殖质荧光峰M峰和A峰显示，各峰之间显著相关，但是每月各点最大荧光峰位置和强度以及各峰比值的空间差异不明显。 2．从2007年3月到2008年1月对北湖进行连续监测，研究了北湖CDOM光谱特征的季节性变化规律，此外还讨论了各荧光峰强度与主要环境因子(盐度、藻类和DOC等)的关系。结果发现北湖中CDOM的季节性变化规律明显，CDOM浓度和分子量大小水平都是春夏季节高于秋冬季节；同步荧光光谱显示北湖中类蛋白物质荧光峰强度从春季到冬季逐渐减弱，类腐殖质荧光峰强度则是夏季高于其他季节，与三维荧光光谱和MicroFlu—CDOM荧光仪的显示规律一致，此外荧光仪显示北湖中陆源特征的类腐殖质在北湖中明显呈以C点为分界成东部含量高于西部的特征；各类型荧光峰强度与盐度都呈负相关，而且蓝藻和绿藻分别与类蛋白和类腐殖质荧光峰强度正相关，DOC与各荧光峰强度均在0.01水平上显著性相关。 3．分别于四季采取北湖表层沉积物间隙水样，讨论间隙水中CDOM的季节变化，并采取了B点和D点沉积物柱状样以讨论柱状沉积物间隙水中CDOM的深度变化特征。结果发现，表层沉积物间隙水中CDOM含量夏季高于其他季节，各类荧光峰强度也是夏季高于其他季节；从北湖东部到西部、从春季到冬季，CDOM分子量逐渐减小，而且春季CDOM陆源特征明显，其他季节微生物来源特征明显；沉积物柱状样上覆水中a355最高，但是各荧光峰最大强度都在0-2cm深度处，而且随深度增加CDOM分子量水平降低，大分子量物质都集中在表层沉积物间隙水中，表层沉积物间隙水中CDOM的微生物来源特征明显；柱状样中CDOM的EEMs谱图中都有类蛋白荧光峰T、D和S以及类腐殖质荧光峰M和A存在，各类荧光峰位置和强度随深度不同而不同，0～2cm深度可见区类腐殖质红移现象明显，具有明显的陆源特征。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1水体中有色溶解有机质概述

1.2有色溶解有机质的光学特性

1.2.1 CDOM的紫外-可见吸收特性

1.2.2 CDOM的荧光特性

1.2.3 CDOM的光化学过程

1.3光吸收物质在水生生态系统中的分布

1.4水体中有色溶解有机质的来源

1.4.1河流输入

1.4.2水体自身产生

1.4.3沉积物间隙水来源

1.5论文的研究目的和主要研究内容

第2章材料与方法

2.1研究区域介绍

2.2采样点设置、样品采集与预处理

2.2.1采样点设置

2.2.2样品采集

2.2.3样品预处理

2.3仪器及测量技术

2.3.1紫外-可见分光光度计

2.3.2 MicroFlu-CDOM荧光仪

2.3.3荧光分光光度计

第3章北湖有色溶解有机质的空间分布特征

3.1北湖水体CDOM紫外-可见吸收空间分布特征

3.1.1吸收系数及比吸收系数空间分布特征

3.1.2 S值拟合及拟合精度的空间特征

3.1.3 CDOM分子量大小空间分布特征

3.2北湖水体CDOM荧光性质空间分布特征

3.2.1 CDOM荧光发射光谱

3.2.2 CDOM同步荧光光谱

3.2.3 CDOM三维荧光光谱

3.3本章小结

第4章北湖有色溶解有机质的季节变化特征

4.1北湖CDOM紫外-可见吸收特征季节性变化

4.1.1吸收系数及比吸收系数季节性变化

4.1.2 S值季节性变化

4.1.3 CDOM分子量大小季节性变化

4.2北湖CDOM荧光特征季节性变化

4.2.1荧光指数季节特征

4.2.2同步荧光光谱特征季节性变化

4.2.3三维荧光光谱特征季节性变化

4.3北湖CDOM光谱特征与环境因子的关系

4.3.1 DOC和MicroFlu-CDOM的时空分布特征

4.3.2荧光强度与盐度之间的关系

4.3.3荧光强度与藻类的关系

4.3.4荧光强度与DOC含量的关系

4.4本章小结

第5章北湖沉积物间隙水中有色溶解有机质特征

5.1紫外-可见吸收光谱特征

5.1.1沉积物间隙水a355时空分布特征

5.1.2间隙水S值变化

5.1.3间隙水CDOM分子量大小特征

5.2 CDOM的荧光光谱特征

5.2.1荧光指数比较

5.2.2间隙水三维荧光光谱

5.3本章小结

第6章结论、问题和建议

6.1结论

6.2问题和建议

参考文献

附录一

附录二

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果