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Effects of artificially induced complete mixing on dissolved organic matter in a stratified source water reservoir

Journal of Environmental Sciences 2022年第1期34卷 130-140页

作者： Lingyun Zhao Nan Li Tinglin Huang Haihan Zhang Fan Si Kai Li Yunzhi Qi Fengyao Hua Cheng Huang Key Laboratory of Northwest Water Resource Environment and EcologyMOEXi'an University of Architecture and TechnologyXi'an 710055China Shaanxi Key Laboratory of Environmental Engineering Xi'an University of Architecture and TechnologyXi'an 710055China Xi'an Water Group HeiheJinpen Reservoir Management Company Xi'an 710016China

Naturally complete mixing promotes the spontaneous redistribution of dissolved oxygen(DO),representing an ideal state for maintaining good water quality,and conducive to the biomineralization of organic matter.Water lifting aerators(WLAs)can extend the periods of complete mixing and increase the initial mixing temperature.To evaluate the influence of artificial-induced continuously mixing on dissolved organic matter(DOM)removal performance,the variations of DOM concentrations,optical characteristic,environmental factors were studied after approaching the total mixing status via WLAs operation.During this process,the dissolved organic carbon reduced by 39.18%,whereas the permanganate index decreased by 20.47%.The optical properties indicate that the DOM became more endogenous and its molecular weight decreased.Based on the results of the Biolog Eco Plates,the microorganisms were maintained at a relatively high metabolic activity in the early stage of induced mixing when the mixing temperature was relatively high,whereas DOM declined at a high rate.With the continuous decrease in the water temperature,both the metabolic capacity and the diversity of aerobic microorganisms significantly decreased,and the rate of organic matter mineralization slowed down.The results of this study demonstrate that the artificial induced mixing largely enhanced the removal DOM performance by providing a long period of aerobic conditions and higher initial temperature.

关键词： Artificial destratification systems Organic matter Lake and reservoir management eems-parafac

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养马岛附近海域藻华期间有色溶解有机质的生物可利用性研究

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海洋科学 2023年第6期47卷 30-41页

作者：吕孝清高学鲁赵建民刘永亮王斌杨波谢磊张乃星中国科学院烟台海岸带研究所山东烟台264003 中国科学院大学北京100049 广东海洋大学深圳研究院广东深圳518114 国家海洋局北海预报中心山东青岛266061

本研究利用吸收光谱和荧光激发-发射矩阵光谱-平行因子分析(eems-parafac),研究了养马岛附近海域海水中有色溶解有机质(CDOM)的浓度、组成、来源和生物可利用性,并估算了浮游植物生长繁殖对CDOM及具有生物可利用性CDOM的贡献。结果表明... 详细信息

本研究利用吸收光谱和荧光激发-发射矩阵光谱-平行因子分析(eems-parafac),研究了养马岛附近海域海水中有色溶解有机质(CDOM)的浓度、组成、来源和生物可利用性,并估算了浮游植物生长繁殖对CDOM及具有生物可利用性CDOM的贡献。结果表明,表、底层海水中CDOM浓度(以吸收系数a350计)平均值分别为1.62±0.42 m^(-1)和1.30±0.47 m^(-1),光谱斜率(S275-295)平均值分别为0.022±0.003 nm^(-1)和0.023±0.003 nm^(-1)。利用parafac模型识别出4种荧光组分,分别为陆源类腐殖酸C1、类色氨酸C2、类酪氨酸C3和微生物源类腐殖酸C4。荧光指数(FIX)、腐殖化指数(HIX)和生物指数(BIX)显示,CDOM受陆源输入和海洋自生源的综合影响。降解实验结果显示,表、底层海水中生物可利用性CDOM百分比(%∆a_(350))平均值分别为(23.36%±17.94%)和(8.93%±20.30%)。C1、C2和C4组分的荧光强度在培养之后降低,而C3组分的荧光强度上升。各荧光组分生物可利用性依次递减的顺序为:%ΔC1(23.75%±8.96%)>%ΔC4(20.83%±11.71%)>%ΔC2(11.67%±38.87%)>%ΔC3(-29.61%±39.90%),显示培养之后CDOM的平均分子量和腐殖化程度降低。表层海水中a_(350)、%Δa_(350)与Chl a之间存在显著线性相关关系,据此可以估算出浮游植物生长繁殖对CDOM的贡献为36.9%,对具有生物可利用性CDOM的贡献为85.0%。

关键词：吸收光谱 eems-parafac 有色溶解有机质(CDOM) 生物可利用性浮游植物

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亚热带地区不同生态策略树种叶片可溶性有机质数量及光谱学特征

亚热带地区不同生态策略树种叶片可溶性有机质数量及光谱学特征

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作者：纪宇皝福建师范大学

学位级别：硕士

气候变化下,不同生态策略的树种对环境压力有着不同的响应能力,进而影响其树叶淋溶产生的DOM(Dissolved organic matter)的数量和质量,间接影响土壤的养分循环。为探究亚热带地区不同生态策略树种叶片DOM数量及光谱学特征的差异,本研究... 详细信息

气候变化下,不同生态策略的树种对环境压力有着不同的响应能力,进而影响其树叶淋溶产生的DOM(Dissolved organic matter)的数量和质量,间接影响土壤的养分循环。为探究亚热带地区不同生态策略树种叶片DOM数量及光谱学特征的差异,本研究选取36种树种鲜叶进行浸提,其中竞争型(Competitive,C)、忍耐型(Stress-tolerant,S)、竞争-耐贫瘠型(Competitive-stress,CS)和竞争-耐贫瘠-杂草型(Competitive-stress-rundal,CSR)。通过测定可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、可溶性有机氮(Dissolved organic nitrogen,DON)和可溶性有机磷(Dissolved organic phosphorus)表征DOM的数量特征,通过测定紫外可见光谱(Ultraviolet-Visible Absorption,SUVA),腐殖化指标(Humification index,HIX)、傅里叶红外光谱(Fourier-transform infrared,FTIR)和三维荧光光谱(excitation emission matrices,eems)等光谱指标表征DOM质量特征。并通过三维荧光(eems)和平行因子分析(Parallel factor analysis,parafac)对DOM性质进行分析,结果表明:在C-S轴策略上,DOC和DON的平均浓度大小按照:S策略>CS策略>C策略。此外我们对DOM的结构特征进行紫外,二维荧光光谱以及傅里叶红外光谱和三维荧光-平行因子分析(eems-parafacE)的测定。S策略的芳香化指数(SUVA254、疏水性指数(SUVA260)和腐殖化指数(HIX)均高于C策略。表明C策略树种DOM腐殖化程度较低,易分解物质含量高;S策略难分解物质多,腐殖化程度较高。傅里叶红外光谱结果表明,各树种叶浸提的DOM存在相似的吸收峰,其中以H键键合的-OH伸缩振动最强。且在短波区域,S策略和CS'策略出峰更多。根据三维荧光-平行因子分析得:叶浸提DOM溶液与水体DOM类似,成分较为简单,以类蛋白物质(低激发类酪氨酸)(Ex/Em=230 nm/300 nm)和微生物降解产物(Ex/Em=275 nm/300 nm)为主,也含有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等类芳香族蛋白质,但其含量较低。其中微生物降解产物的荧光强度高于类腐殖酸物质。DOM光谱特征、数量特征和植物功能性状的相关性分析的主要结论为:1.SUVA254和SUVA260与LDMC呈显著正相关,在一定程度上可以说明植物淋溶出来的DOM的复杂程度与叶片本身的物质含量呈正相关;2.植物叶浸提DOM当中的DOC浓度和其结构的复杂程度呈正相关;3.浸提出来的DOC和DOP与叶片面积和叶片重量不是一维的线性关系,而与叶片的面积和叶片的重量的比值呈线性相关;植物叶浸提DOM中总体而言,与C策略相比,S策略和CS策略树种叶片浸提的DOM结构更复杂,养分含量更高。研究表明:面对干扰时,S策略树种可能表现出更高的适应性,由于其DOM结构相对复杂,输入土壤后减缓土壤碳周转速率,未来气候变化情景下,S策略和CS策略树种将有利于土壤碳汇的形成。

关键词： CSR策略可溶性有机质紫外可见光谱红外光谱三维荧光 eems-parafac

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