溶解性有机质在岩溶水系统中的迁移转化及影响因素分析

作     者：张连凯 刘朋雨 覃小群 单晓静 刘文 赵振华 姚昕 邵明玉 ZHANG Lian-kai1, 2, 3, LIU Peng-yu1, QIN Xiao-qun1, SHAN Xiao-jing2,4, LIU Wen5, ZHAO Zhen-hua5, YAO Xin6 , SHAO Ming-yu1,2

作者机构：中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部、广西岩溶动力学重点实验室桂林541004 国土资源部岩溶生态与石漠化治理重点实验室桂林541004 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵阳550081 青岛大学环境科学与工程学院青岛266071 山东省地矿工程勘察院济南250014 聊城大学环境与规划学院聊城252059 

出 版 物：《环境科学》 (Environmental Science)

年 卷 期：2018年第39卷第5期

页      面：2104-2116页

核心收录：

学科分类：0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：山东省地下水资源与环境工程研究中心开放基金项目(201501007) 国家自然科学基金项目(41671213,41402326) 国家重点研发计划项目(2017YFC0406104) 国家留学基金项目(201608455024) 中国地质调查局地质调查项目(DD20160305,DD20160301) 

主　　题：岩溶流域 岩溶含水系统 溶解有机质 三维荧光光谱 迁移转化 

摘      要：溶解性有机质(DOM)的荧光物质是一种较好的示踪剂,用于鉴别DOM的来源及其在水文系统中的地球化学行为.该物质在岩溶水系统中的研究较少,并且要作为潜在示踪剂,系统中有很多因素影响其光谱信息.实验选取一典型岩溶流域,通过三维荧光光谱技术(EEMs)和平行因子分析(PARAFAC),结合水化学数据分析,揭示DOM荧光物质在不同岩溶含水空间的组成和转化关系,刻画流域尺度DOM的来源,探讨水化学因素对DOM荧光物质转移的影响机制.结果表明,流域外源地表水和岩溶地表水中的DOM以类蛋白色氨酸为主,浅层岩溶水和深层岩溶水以类蛋白色氨酸和酪氨酸为主.荧光指数(FI)、生物指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)的综合分析认为,浅层岩溶水和深层岩溶水的DOM主要来自于内源微生物分解,岩溶地表水和外源地表水的DOM既有陆源输入又有内源微生物分解,且内源贡献占有较大比例.受岩溶水化学参数的影响,3种荧光物质具有明显的分异特征:类酪氨酸物质对Ca^(2+)和HCO_3^-具有较强的适应性,在岩溶水中存在的比例比较大.类色氨酸物质则相反,类富里酸物质则与TDS、浊度、Cl^-、SO_4^(2-)等呈现极显著正相关关系.流域上游浅层岩溶水中的DOM主要来自内源.出露地表以后,其有机质同时来自内源和外源输入.在流域下游渗入深层岩溶地下水以后,DOM逐渐向低芳香烃有机质化合物转化,大分子DOM逐渐减少,荧光强度减弱.主成分分析(PCA)提取出3个主成分,分别为反映岩溶水渗滤、转化、水流条件的水体矿化指标,反映土壤淋滤和自然渗滤关系的TOC、NO_3^-及类蛋白质指标,以及反映岩溶水系统水化学、生物化学过程的Ca^(2+)、HCO_3^-、荧光指数和类富里酸指标.此外研究还认为,总荧光强度,类富里酸物质和类蛋白物质可以分别作为岩溶水快速渗流、转化及岩溶含水层脆弱性的示踪剂.研究结果有助于认识岩溶地下水DOM的生物地球化学循环,进行岩溶系统有机污染控制,为岩溶水系统中物质的地球化学过程表征提供一种新的工具.