蒲河DOM组成结构、来源及其与水质响应关系研究

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溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)广泛存在于各类水环境中,是一种组成结构复杂的非均质混合物。DOM作为水环境中的重要碳源和污染物的吸附载体,不仅可以通过自身降解影响水生态系统平衡,还对水环境中氮磷及其他污染物的迁移转化起着关键作用,进而影响水环境质量。随着中国城市化进程的快速推进,大量的DOM进入城市河流,改变了河流中DOM的组成结构和分布特征,导致河流有机污染严重。研究城市河流中DOM的组成结构、来源及其与水质状态的响应关系,可以为城市河流污染防治提供基础数据和理论支撑,有助于实现城市河流水质稳定达标。本研究以城市河流——沈阳市蒲河为研究对象,分析城市河流水体的理化性质,运用统计学方法,揭示城市河流各水质指标的区域特征。利用三维荧光光谱结合平行因子分析(Parallel Factor Analysis,PARAFAC),揭示水体中DOM组成特征,探讨了DOM特征变化和来源。基于氨基酸对DOM的指示作用,进一步识别了DOM来源及降解程度。利用结构方程模型,建立DOM与水质的响应模型,确定DOM组成和来源与城市河流水质状态的响应关系,阐明DOM组成和来源对水质状态的影响机制。主要结论如下:(1)受到人类活动影响,蒲河水质呈现出明显区域特征。基于主成分分析,蒲河自上游到下游依次被分为源头区域、城市区域、城镇区域和乡村区域。城市和城镇区域为主要污染河段。蒲河枯水期水质主控因子为TN和NH3-N,丰水期水质主控因子为CODCr。丰水期是影响蒲河有机污染的主要时段。(2)基于PARAFAC分析,蒲河DOM中提取出5个荧光组分,包括类色氨酸、微生物代谢产物、类富里酸和类胡敏酸四种物质。在人类活动影响下,蒲河DOM组成及来源具有明显的区域特征,且DOM降解程度沿河流方向逐渐降低。源头和乡村区域的优势组分为类色氨酸和类富里酸,城市和城镇区域的优势组分均为类色氨酸。DOM荧光指数、组分识别和氨基酸指示结果表明,源头区域DOM以外源为主,来自陆源植物;乡村区域DOM内外源兼具,受原位产生、微生物活动和农业活动影响,主要来自于陆源维管束植物;城市和城镇区域DOM均以内源和新近自生源为主,来自人类活动、微生物活动和原位产生,其中城市区域DOM主要来自于细菌源,城镇区域DOM主要来自于浮游动植物释放。(3)相关性分析结果表明,蒲河水体中DOM不同荧光组分与DOC、CODCr、NH3-N浓度分别呈现出较好的相关性,说明DOM组成结构与水质有密切关系。结构方程结果表明,蒲河水体中DOM组成和来源可以直接或间接影响水质状态。DOM组成和来源对水质状态的影响权重分别为44.74%和55.26%。DOM来源主要通过微生物活动(19.26%)直接影响水质状态,DOM组成主要通过腐殖化程度(20.91%)间接影响水质状态。DOM的腐殖化程度是影响水质状态的关键因素,腐殖化程度越低,水质状态越差。
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