水库型河流溶解有机物三维荧光光谱的平行因子分析解读文档格式.docx
《水库型河流溶解有机物三维荧光光谱的平行因子分析解读文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水库型河流溶解有机物三维荧光光谱的平行因子分析解读文档格式.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![水库型河流溶解有机物三维荧光光谱的平行因子分析解读文档格式.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2022-11/23/ff2b61f1-0a15-405f-b18d-9c8a7843053c/ff2b61f1-0a15-405f-b18d-9c8a7843053c1.gif)
“水库型”河流特征。
本文利用EEMsARAFAC手段鉴别和-P
引 言
河流连接着陆地和海洋两大生态系统,是陆源物质向海
1,2]
。
河流的有机碳通量是流域内地貌、洋输送的重要途径[
,更记录着人类活动(生态、水文过程的历史“见证”如农业对流域地表自然状态的耕作、土地利用变化、修库筑坝等)
研究河流溶解有机物(改变[的来源及其分布变3]DOM)化,不仅有助于探究河流自身生态系的碳循环过程特征和水质状况,也对了解和揭示陆源有机物入海后对河口近海生态系的影响有重要意义。
)是近年来广泛用于研究激发发射矩阵光谱(EEMs
[]
DOM来源及动力学特征的一种荧光光谱分析技术4。
DOM各荧光组分的类型、比值及其荧光强度能够定性、定量地指]59-
近年来,平行因子示其化学组成特征及相对浓度大小[
分析闽江DOM荧光组分的类型和性质,比较不同支流与干流之间荧光组分特征的分布变化及其影响因素,并探讨利用
荧光组分示踪河流DOM动力学的可行性,以期为流域及河流生态环境管理提供基础数据。
1 材料与方法
1.1 样品的采集与预处理
2008年6月26日—28日在闽江干流及上游三条支流的),其中上游6个()、中图115个站位采集表层水样(T1~T6
分析(的新手段被用来对DPARAFAC)OM的EEMs进行解
]1012-,成为研究水环境中溶解有机物的性质及其动力学特谱[
13,14]
征的重要工具[
3
·
闽江是福建省最大的河流,多年平均流量为1980m -115]
,上游有建溪、富屯溪和沙溪三条支流[,它们在南平s
附近汇合后,注入近百公里长的水口水库,表现出典型的
Fi.1 SamlinmaofMinianriver gpgpjg
,修订日期:
2010032620100628 收稿日期:
----
,新世纪优秀人才支持计划项目,福建省环保局科技计划项目闽环科项目40776041,40810069004) 基金项目:
国家自然科学基金项目(
[])项目(资助200743号和国家(863计划)2007AA091704
1968年生,厦门大学海洋与环境学院教授 eailwduomu.edu.cn 作者简介:
郭卫东,-m@xg
428
光谱学与光谱分析 第31卷
、总溶解氮(的分析1.2.3 溶解有机碳(DOC)TDN)
/采用M德国,耶拿)进ultiNC3100TOC -TN分析仪(行测定,以高纯Oill-Q作空白,酸化的样品2为载体,以M
-1
曝气8m和in后进样,测定三次取平均值。
DOC(mg·
L)
L-1)的工作曲线分别采用邻苯二甲酸氢钾和硝酸TDN(mg
)。
样品采集后立即用孔径为0游9个(S1~S9.7μm的Milli-
/oreH<2,冷冻保存,用于GFF滤膜过滤,加盐酸至p p
DOC的测定;
再用孔径为0.2μm的Milliore聚碳酸酯滤膜p
过滤,收集滤液于60mL棕色玻璃瓶中,冷冻避光保存,用于荧光和吸收光谱测定。
1.2 样品的测定
1.2.1 三维荧光光谱分析及其平行因子分析
)采用C美国,V进行arEclise荧光分光光度计(arianyp 三维荧光光谱测定,配以1cm石英比色皿。
以Mill-Q水为-1
,激发和空白,进行荧光扫描。
扫描速度:
1920nm·
min 发射单色仪的狭缝宽度分别为10和5nm,扫描光谱进行仪器自动校正。
激发波长(范围从2Ex)20~450nm,增量5范围从2nm;
发射波长(Em)30~600nm,增量2nm。
利用MATLAB7.5软件,采用PARAFAC手段对三维
12]
考虑到信噪比的因素,激发波长2荧光光谱进行模拟[50
钾配制,分析标准偏差均≤2%。
2 结果与讨论
2.1 河水DOM的荧光组分特征
根据PARAFAC模型识别出闽江河水DOM中有三个荧)。
组分C(/、(光组分(图2、表1150,325424nm)C2270,<2/属于典型的类腐殖质荧光组分。
395482nm)C1的短波激发
/对应于传统的A峰,长波激发峰荧光峰(50424nm)<2(/则与C峰接近,但其激发、发射波长都相对C325424nm)
峰蓝移。
C2代表了长波类腐殖质的荧光性质,其短波激发峰(//峰也位于传统的A峰区域,而3270482nm)90482nm峰相对传统C峰发生红移且其激发波长的范围较宽,反映出其结构中高分子量和高芳香度基团的存在。
该组分在许多河流
10,11,13,14]
及河口、海湾都曾观测到[C1和C2都与传统的陆
nm、发射波长300nm以下的数据不参与PARAFAC计算。
)利用折半分析(来验证分析结果的可靠性。
slithalfanalsis- py各个组分的荧光强度以Fma来表示RU)x(1.2.2 CDOM吸收光谱分析
采用UV上海,天美)进行2300紫外-可见分光光度计(-测定,以Mill0cm石英比色皿在240~800-Q水为空白,用1
nm范围内进行光吸收测定,测量精度为±
0.001。
CDOM的
16]
,以3光吸收系数a(采用非线性回归方法进行计算[55λ)
[11]
/源类腐殖质C峰位置(不一致,表明该位置处的350450nm)荧光强度不能必然地用于表示陆源类腐殖质的相对浓度变化
)(表示C355m-1)DOM的相对浓度。
nm处的吸收系数a(
Fi.2 FluorescentcomonentsofriverDOMidentifiedbthePARAFACmodel gpy eakTable1 PositionsofthemaximaofthefluorescentcomonentsofriverDOM pp
Comonents p
C1C2 C3
,E//ExcitationandemissionmaximaxEmnm
/50,325424<2
/270,395482/50,280358<2
Descrition p短波激发类腐殖质
Corresondincomonentsinliterature pgp
11]13],/50,360/440[345433[<2
11]13]14]/,/,/长波激发类腐殖质<250,385504nm[275,390479nm[260,390482nm[
11]13],/类蛋白质(类色氨酸)280/344[280318[
(/具有典型的类蛋白质荧光350,280358nm) 组分C<2
组分特征,其两个荧光峰的位置与色氨酸单体的荧光峰(220/相似,说明C30,270~280340~350nm)3应为类色氨~2
酸荧光基团。
闽江上游三条支流的荧光组分都以短波激发类腐殖质组
长波激发分C图31为主,尤其以建溪和沙溪的比例更高(类腐殖质C2所占的比例最小且变化不大,在13%~17%之间。
富屯溪的类蛋白质组分C3明显高于其他两条支流,反
映了该支流微生物来源DOM的贡献更大。
2.2 闽江干、支流荧光组分特征及其分布变化
闽江的三条支流中,先是沙溪与富屯溪汇合,其多年平均径流量各占40%和60%,然后再与建溪合流注入闽江干
[5]
从图4可见,沙流,两者的径流量百分比为60%和40%1
)溪(三个荧光组分的含量都较低而富屯溪(则较高,T4T3)T5和T6是这二条溪汇合后的河段,其荧光组分含量介于两
者之间,表现出很好的与其径流量比例一致的支流混合特
第2期 光谱学与光谱分析征。
此外,干流各站位三种组分的相对比例也介于三条支流),同样表现出显著的3支流混合的特征。
上述结图3之间(
果表明,三维荧光光谱测定结合平行因子分析模型,可作为一种灵敏的指纹技术对一条河流不同支流来源的DOM进行
429
很好地示踪。
另一方面,闽江中游长达近百公里的干流各荧,这可能反映了水库修建后,图4)光组分含量的变化不大(
流速减缓导致库区水质趋于稳定。
此外,也与夏季闽江径流量较大、流域地质背景接近等因素有关
Fi.3 RelativeroortionsofDOMfluorescentcomonentsfrom mainstreamandtributariesofMinianrive
r gpppjg
17]
组分的一个重要来源[
类蛋白质组分主要通过微生物活动所形成,与水环境中
[8]
,作为含氮的有机组分,生物可利用的DOC显著正相关1它与水环境中的含氮营养盐之间应有较密切的联系,在主成。
分分析结果中,类蛋白质组分C图5)3与TDN比较接近(此外,DOC的变化则需要C3与C1或C2共同来解释。
据)此,对D和各荧光组分进行线性拟合,结OC,TDN,a(355
果如表2所示。
可以看出,利用荧光组分能够对这些参数进
Fi.4 ComarisonofDOMfluorescentcomonentsfrom gpp
mainstreamandtributariesofMinianriver jg
2.3 闽江河水荧光组分的来源及其示踪作用分析
)利用S和各荧光组分的PSS13.0对DOC,TDN,a(355 含量作主成分分析,识别出的两个主因子解释了这些参数变)。
其中,主因子1解释了4化的7图56.8%(7.2%的变化,并且与类腐殖质组分显著正相关、与类蛋白质组分显著负相关,表明主因子1代表DOM来源的变化,并且在样品的参数变化中起主要控制作用。
陆地水环境中类腐殖质组分主要有外来输入及内部自生两种来源。
闽江河水类腐殖质之间的)表明它们应主要来源于流域土壤高相关性(r=0.93,n=15
中腐殖质的冲刷,从图5的主成分分析图也可发现,C1和的关系较C2之间的关系较密切,同时也与吸收系数a(355)密切,而与C3距离较远。
这与太湖等严重富营养化的湖泊有所不同,浮游植物的生长及降解可成为该类水域类腐殖质
,Fi.5 Princialcomonentanalsisoffluorescentcomonents gppyp
),absortioncoefficienta(355DOCandTDN p行有效的示踪。
其中,对T的拟合关系适用于DN和a(355)支流和干流,而在DOC的拟合中,将上游支流与干流的样品分开,能够得到更好的效果
)Table2 LinearreressionresultsforDOC,TDNanda(355versusfluorescentcomonents gp
Stations Allstations Tributarstations y Mainstreamstations
Allstations Allstations
Reressioneuations gq
DOC=7.916*C2+2.252*C3+0.678 DOC=5.695*C2+1.633*C3+0.849 DOC=25.30*C2+5.732*C3-1.287
TDN=3.364*C3+0.564
)a(355=-12.82*C1+82.59*C2-0.290
()Correlationcoefficientr
0.497 0.891 0.661 0.693 0.830
(Samlesizen) p
15691515
可作为一种光谱指纹技术,灵敏地示踪闽江的三条支流
3 结 论
OM的荧光组分以土壤冲刷输入的外源腐殖质为 闽江D
主,现场自生贡献的类蛋白质组分较少。
EEMsARAFAC-P
DOM的时空分布与变化特征。
闽江中游干流受水口水库建
设的影响,DOM荧光组分的时空分布趋于均一。
因此,闽江可作为一个相对天然的亚热带“水库型”河流生态环境的典型代表。
430
References
[,1]aM,BennerR,LohrenzS.ContinentalShelfResearch2004,24:
833. D gg
[,2]emereR,CharriereB,WambekeFV,etal.GlobalBioeochemicalCcles2000,14:
669. S pgy[,,3]aoSJLiuK K.GlobalBioeochemicalCcles2000,14:
189. K gy[,4]oblePG.MarineChemistr1996,51:
325. C y
[,5]ietoidM,AlvarezSaladoX A,PerezFF.LimnoloandOceanorah2006,51:
1391. N-C - ggygpy [,6]enoldsD M,AhmadSR.WaterResearch1997,31:
2012. R y[,,7]aadiIBorisoverM,ArmonR,etal.Chemoshere2006,63:
530. S p
[,,((卓健富,郭卫东,邓 荀,等)光谱学与光谱分8]HUOJianfuGUO WeidonDENGXun,etal.SectroscoandSectralAnalsis Z -- gppypy
,():
析)2010,3061539.
[,9]omeraastilloC,SarmentoH,AlvarezSaladoX A,etal.LimnoloandOceanorah2010,55:
446. R-C - ggygpy [],10tedmonCA,MarkaerS,BroR.MarineChemistr2003,82:
239. S gy[],11tedmonCA,MarkaerS.LimnoloandOceanorah2005,50:
686. S ggygpy []:
M,12tedmonCA,BroR.LimnoloandOceanorahethods2008,6:
572. S gygpy [],13amashitaY,Jaffé
R,MaieN,etal.LimnoloandOceanorah2008,53:
1900. Y gygpy
[],HUANG,,((,郭卫东,黄建平,洪华生,等)环境科学)14WeidonJianinHONG Huashenetal.EnvironmentalScience2010, GUO - -- gpgg
():
3161419.
[]((,():
张章新)水文)15HANGZhanxin.Hdrolo2000,20655. Z -gygy
[],16uoW D,StedmonCA,HanYC,etal.MarineChemistr2007,107:
357. G y[],():
17hanYL,vanDik M A,LiuM L,etal.WaterResearch2009,43184685. Z gj [],):
18ellmanJB,HoodE,D’AmoreD V,etal.Bioeochemistr2009,95(2277. F gy
ParallelFactorAnalsisforExcitationEmissionMatrixFluorescence ySectroscoofDissolvedOranicMatterfromaReservoirTeRiver - ppygyp
,YANG,WANG,,WANG,HONG GUO WeidonLiFuliCHEN WenzhaoXinhonHuashenan- - -- --gggyg
,,StateKeLaboratorofMarineEnvironmentalScienceXiamenUniversitXiamen61005,China 3yyy
Abstracthefluorescentcomonentsandtheirdistributionandvariationofdissolvedoranicmatter(DOM)wereexamined T pg
arallelusinexcitationemissionmatrixfluorescencesectroscofactoranalsistechniue(EEMsARAFAC)forsamles - -P pgppyyqp ,,durinJune2008from MinianRiveraticalsubtroicalreservoirteriverecosstem.Threesearatefluorescentcollected - gjgyppypyp
/comonentswereidentifiedbPARAFAC,includintwodominanthumiclikecomonents(C1:
<250,325424nm;
C2:
270, - pygp //,rotein395482nm)andonelikecomonent(C3:
<250,280358nm)ofwhichhumiclikecomonentsweredominant.Fluo - - -ppp
’rescenceanalsisrovideda‘finerrinttechniuetotracethemixinofDOMbetweenthreetributariesintheustreamof ypgpqgp MinianRiver.ThenearlconstantconcentrationandcomositioninthemainstreamofMinianRiverreflectedtheeffectof jgypjg rincialrincialldamconstruction.Correlationandcomonentanalsis(PCA)revealedthathumiclikecomonentswerede - -ppppypyp ,wroteinroductionrivedfromflushinofwatershedsoilshilelikecomonentwasformedfrominsituwhichcouldbeusedas - - ppgp
oftheconcentrationoftotaldissolvednitroen(TDN).MultilinearreressionoffluorescentcomonentsC2andC3canaprox - ggpy beusedtotracethevariationofdissolvedoraniccarbon(DOC)concentration.ThisstuddemonstratesthatMinianisati -gyjgyp
’calsubtroicalreservoirteriverwhichstillkeesrelativelunollutedauaticenvironment. - pyppy‘pq;
E;
P;
RKewordsissolvedoranicmatterxcitationemissionatrixsectroscoarallelfactoranalsis(PARAFAC)eser D --m -gppyyy
;
Mvoirinianriverjg
()ReceivedMar.26,2010;
accetedJun.28,2010 p