溶解性有机质是环境生态学者关注的典型对象, 其对环境质量的指示作用以及修复策略的效果评价具有重要参考价值。 现阶段, 对于河流和沉积物DOM的研究略显不足, 尤其考虑到目标组分的动态差异 (时空、 水文、 环境、 尺度等), 相关方面的精细化研究便显得尤为必要。 以泾渭河交汇区域(陕西西安高陵段)水体和表层沉积物为研究对象, 通过光谱联用技术(元素分析、 UV、 FTIR、 Raman、 3D-EEMs和NMR) 深度揭示其微观特征。 研究表明: 沉积物DOM的H/C和N/C比都高于水体DOM, 说明沉积物DOM碳氢饱和度更高, 同时含有更多含氮组分。 DOM紫外吸光度随吸收波长的增加逐渐下降; 水体DOM吸收平台极弱, 但沉积物DOM发现较明显的吸收平台(240～310 nm)。 DOM含有—OH, CC, C—O等基团, 沉积物DOM官能团性质略为复杂, 具体体现在峰形和峰强的局部差异上。 水体和沉积物DOM的Raman图谱相似, 基本无法给予有效的区别信息。 水体DOM荧光峰归属为可见光区类色氨酸和紫外区类富里酸, 以陆源有机质为主; 沉积物DOM荧光峰均属于紫外区类富里酸荧光峰, 没有发现类蛋白组分特征峰。 水体和沉积物DOM具有类似的C骨架, 但沉积物DOM的脂族特性更明显。 1H NMR结果表明碳水化合物H含量较高, 而芳香族H、 γ-H等含量较低。 总体认为水体DOM的陆源性更加明显, 沉积物DOM组分更为复杂和“年轻”。 相关结果有助于深度明晰典型环境体系DOM的微观性质和环境行为。

在污染场地植物修复过程中, 植物根系通过释放活性分泌物主动适应和抵御污染胁迫, 直 (间) 接影响根际圈土壤DOM的结构组成。 现阶段, 植物修复的关注点主要集中于污染物的吸收、 转运、 累积和解毒行为, 对于根际圈土壤DOM的探讨略显不足。 以Pb/Cd复合污染黄土区金盏菊幼苗为研究对象, 分析根际圈黄土Pb/Cd赋存形态、 金盏菊生长状况等宏观差异, 借助紫外可见光谱(UV)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEMs)明确Pb/Cd胁迫前后根际圈黄土DOM的微观性质。 结果表明: 根际圈黄土Pb/Cd以残渣态和可交换态为主, 金盏菊生长周期结束后可交换态Pb/Cd含量有所升高。 Pb/Cd胁迫抑制了金盏菊株高和出苗率, 其生长周期有助于改善黄土理化性质。 胁迫后金盏菊根部呈现细长、 弯曲且萎缩的迹象; DOM紫外光谱最大吸收区间位于200～240 nm, 但胁迫后的图谱波峰更加尖锐, 峰强更大。 Pb/Cd胁迫导致DOM红外吸收峰分别从3 444和1 637 cm-1移动至3 440和1 645 cm-1, 其中存在重金属离子与OH和CO结合效应。 DOM荧光峰集中在λex/em=240/430附近(紫外区类富里酸荧光峰), Pb/Cd胁迫对荧光峰强干扰较大, 而对荧光峰位基本没有影响。 金盏菊根际圈黄土DOM能够提供重要的微生态环境信息, 光谱学手段能够一定程度上揭示其与Pb/Cd赋存形态的构效关系。

原子吸收光谱法（AAS）广泛应用于重金属分析检测领域, 优化测试过程的操作条件, 进而保障分析结果的稳定性和重现性, 直接关系到预期研究目标的有效实现, 建立精准的检测方法往往成为科学研究的首要任务。 以金盏菊为黄土区Pb/Cd复合污染修复植物, 采用湿法消解-AAS法测定金盏菊幼苗体内Pb/Cd含量, 分析所得结果初步揭示金盏菊幼苗对Pb/Cd的富集效应。 研究发现: 湿法消解-AAS法对Pb/Cd的检出限分别为0.104和0.007 mg·L-1, Pb/Cd回收率对应于94.33%～110.78%和97.73%～107.50%之间, 同一样品重复测定（6次）的相对标准偏差（RSD）波动于4.11%～4.75%（Pb）和1.11%～2.77%（Cd）, 表明该方法准确度较好, 精密度较高。 金盏菊幼苗对Pb的富集能力不强, 这可能与Pb的电负性、 植物生长周期较短及环境因子等因素有关; 但在黄土Cd浓度为50 mg·kg-1时, 金盏菊幼苗对Cd的平均富集量已达到104.85 mg·kg-1。 此外, 黄土Pb的共存一定程度上促进了金盏菊幼苗对Cd的吸收, 其间可能存在协同作用。 所建立的分析方法可以对金盏菊幼苗Pb/Cd含量进行有效检测, 预期能为后续研究提供技术支持和质量保障。

植物修复法是重金属污染场地修复的重要手段, 这种“绿色修复技术”得到了学者们的广泛关注和期待。 在重金属胁迫条件下, 植物自身会出现相应的响应反映, 进而逐渐适应并有效减缓重金属的直接毒害作用。 这种微尺度的调控行为往往多维度和不可见, 需要借助精密仪器分析技术加以剖析。 现阶段, 相关方面的研究还略显欠缺。 以黄土修复植物金盏菊幼苗为研究对象, 分析Pb/Cd复合胁迫对其表观形貌的影响, 采用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）识别其地下和地上部分样本的官能团性质, 初步推断金盏菊对Pb/Cd胁迫的响应途径和耐受机制。 研究表明: 随着Pb/Cd胁迫程度的加剧, 金盏菊根冠弯曲萎缩, 根毛数量明显减少, 而其地上部分形貌差异很小。 Pb/Cd胁迫对金盏菊幼苗地下和地上部分的FTIR图谱影响较大: 3 573 cm-1附近的—OH峰强减弱且发生移动, 随着Pb/Cd胁迫浓度的增加, 峰形更趋复杂化; 这表明Pb/Cd与—OH间存在配位结合效应, Pb/Cd胁迫干扰了有机物的合成和分泌。 饱和C—H振动峰整体红移, 可能与细胞膜的膜脂氧化程度有关。 1 631和1 574 cm-1处吸收峰强下降, 说明与之关联的蛋白质组分特性可能有异。 1 385 cm-1处峰位有所偏移, 推测金盏菊通过改变果胶质和油脂的甲基化程度, 完成细胞组织对Pb/Cd胁迫的“直接排斥→逐步适应→增强抗逆性”的过程转变。 FTIR对于识别土壤重金属的植物修复机制具有重要指导意义。

化学淋洗法是常用的污染场地修复方法, 其经济性、 简便性、 安全性等指标较其他方法有较大优势。 化学淋洗法存在的弊端之一是淋洗过程土壤伴存养分的同步淋失, 若能在此瓶颈问题上有所突破, 将会大大促进淋洗法场地修复的应用进程。 本文研究的目标在于揭示合成秸秆基阴离子吸附剂对养分淋失的减缓机制, 采用吸附平衡模式(等温线和动力学)与光谱分析技术(SEM和FT-IR)相结合, 力图从微观层面验证宏观研究结果。 Langmuir和准二级动力学方程能更好地描述硝酸根和磷酸根的吸附行为, 由Langmuir方程计算得出qm分别为7.507　5和4.194　6 mg·g-1, 吸附反应为单层吸附和优惠吸附过程, 主要控速步骤为化学吸附。 阴离子吸附剂对硝酸根和磷酸根的吸附活化能(298 K)Ea分别为42.25和39.38 kJ·mol-1, 吸附反应自发、 吸热。 纯净水和KOH能够实现阴离子吸附剂的再生, 超声辅助和延长解吸时间对于解吸效果略有促进作用。 吸附后阴离子吸附剂表面被点状分布的细微颗粒物覆盖, 解吸后仅有少量枝状物零星分布。 吸附前后FTIR图谱的主要波峰红移或蓝移, 证实阴离子吸附剂表面及内部官能团通过静电作用与硝酸根和磷酸根结合。 阴离子吸附剂对硝酸根和磷酸根的吸持固定是物理吸附和化学吸附共同作用的结果。

重金属是土壤中最具代表性的污染物之一, 重金属的赋存形态直接关系到其生理毒性和迁移行为, 是重金属污染研究的重要方向。 重金属形态与环境条件关系密切, 鉴于土壤系统的高度复杂性, 相近条件下的重金属形态转化行为也可能不尽相同。 相关研究目前尚未有统一定论, 成为有待验证的理论问题。 在实验了解秸秆腐殖化DOM性质 (紫外光谱、 三维荧光光谱和红外光谱) 的基础上, 借助Tessier连续提取-AAS法分析DOM作用下铅的形态转化规律, 据此建立溶解性有机碳 (DOC) 与有机结合态铅的线性关系, 并辅以FTIR明确DOM官能团对铅形态转化的贡献。 结果发现: DOM紫外吸收主峰位于229 nm处, 荧光组分集中于λex/em=250/350 nm, λex/em=250/450 nm和λex/em=330/450 nm区域, 归属为紫外区类富里酸和可见光区类腐殖酸荧光峰。 DOM的官能团组成比较复杂, —OH, CO, N—H等振动峰比较明显。 DOM能够影响黄土铅的赋存形态, 其存在有助于降低可交换态、 铁锰氧化态和残渣态铅含量, 但对碳酸盐结合态铅含量影响甚微。 DOC含量与有机结合态铅含量正相关(r=0.691 8), 表明DOM可以有效络合铅离子;DOM中的—OH, CO, —COOH等基团对铅离子的形态转化具有关键作用。

秸秆还田是秸秆资源化和减量化的主要途径之一, 是国家“十二五”期间的重要政策导向。 还田秸秆能够发生天然腐殖化, 逐步完成溶解性有机质(DOM)的生成和转化过程。 现阶段, 针对黄土地区环境因子对秸秆腐殖化调控作用的研究较少, 从荧光光谱角度分析腐殖化组分与金属离子的结合特性也有待完善。 以荧光光谱法为切入点, 探讨温度和铅离子对秸秆腐殖化DOM三维荧光光谱峰位和峰强的影响, 借助修正型Stern-Volmer方程推算Pb(Ⅱ)-DOM的配位参数, 辅以Van’t Hoff方程揭示结合过程的热力学特性。 结果表明: 腐殖化温度没有引起DOM荧光峰位的明显偏移, 三维荧光光谱中没有发现新荧光峰的出现或已有荧光峰的消失, 荧光峰强随温度的升高而降低。 铅离子浓度的增加导致DOM主要荧光峰强下降, 这是铅离子对DOM组分的荧光猝灭作用。 经修正型Stern-Volmer方程计算可知: 铅离子对可见光区类富里酸组分的配位能力最强, 较大的配位荧光基团比例f值暗示DOM中较多的活性基团与铅离子发生配位作用, 猝灭机理以静态猝灭为主。 配位过程自发、 吸热, 反应体系分子组成的复杂性和无序度较低。 三维荧光光谱能够有效揭示温度和铅离子对秸秆腐殖化DOM性质的影响。

秸秆是农业生产的主要副产物,也是农业面源污染的新源头.秸秆还田能有效解决其减量化和资源化利用问题,国家“十二五”规划已明确提出“加大秸秆还田力度,保障农业的稳产、增产和可持续发展”.现阶段,对于典型地区不同环境条件下还田秸秆腐殖化行为的研究不多,同时对于腐殖化组分的精细化检测和分析也有待加强.针对黄土区秸秆还田问题,以紫外光谱法和荧光光谱法为切入点,分析pH值对腐殖化产物溶解性有机质(Dissolved organic matter,DOM) 性质的影响,深度揭示秸秆腐殖化过程的内在本质.结果表明:在200～700 nm波长范围内,DOM的紫外吸收强度先增加后减小,主要吸收峰出现于240 nm附近.相对于中性(pH 7)体系,酸性(pH 6)和碱性(pH 8和9) 条件下的最大吸收波长λmax值红移.SUVA254,E3/E4和A253/A203比值的规律性变化说明反应体系腐殖化程度较低,这与秸秆腐殖化周期较短有关.黄土浸提液DOM的荧光峰主要位于λex/em=250/330和λex/em=325/450区域,分别归属为紫外区类富里酸荧光峰和可见光区类富里酸和腐殖酸类物质荧光峰.随着腐殖化体系pH值的升高,荧光峰位发生红移,表明DOM苯环结构逐渐增多,共轭度有所增加,同时在λex/em=250/450附近检测到新荧光峰.pH值对荧光强度的影响主要体现在紫外区类富里酸荧光峰,峰强先升高后下降,而对可见光区荧光峰强影响不大,这与浸提液的缓冲效应、荧光猝灭(或副反应)和DOM组分结构有关.紫外光谱和荧光光谱能够一定程度上阐释pH值对秸秆腐殖化DOM性质的影响。

制革工业是我国国民经济的传统产业, 制革废水已成为工业废水的重要组成部分。 现阶段对于制革废水的研究多关注于进水和出水的水质状况, 对于废水处理过程溶解性有机物(DOM)的转化规律和净化行为涉及很少。 通过紫外光谱和三维荧光光谱跟踪识别制革废水不同处理工段水体DOM的生成特性, 尝试建立总荧光强度与水质参数的线性关系。 结果表明: 废水DOM的吸光度随着紫外波长的增加先上升后下降, 最大吸收峰位于230 nm附近。 A253/A203比值和SUVA254的参数值先增大后减小, 暗示了废水游离取代基和芳环取代基种类和数量的变化。 废水原水荧光峰主要出现在λex/em=320～350/440～460和λex/em=270～300/390～420区域, 分别归属为可见光区类腐殖酸荧光峰和可见光区类富里酸荧光峰。 随着废水处理过程的进行, 相继检测到类腐殖酸荧光峰蓝移(水解酸化池)、 类色氨酸荧光峰(λex/em=290/340, 二级生化池)、 弱荧光峰(λex/em=350/520, 四级生化池)以及荧光特性趋于稳定(二沉池和出水口)等现象, 证实了废水有机物的降解特性和生成规律对荧光图谱的影响。 制革废水总荧光强度去除率与总有机碳去除率的线性关系更好, 相关系数r为0.835 5。 紫外光谱和荧光光谱能在一定程度上揭示制革废水的净化规律和机制。

制革业是我国重要的工业门类,年废水排放量2亿t以上.制革废水中油脂、皮屑、胶原蛋白等大分子有机物含量较高,同时兼具高盐、高碱、高负荷的特点,已被相关部门列为重点监控的工业污染源.在制革废水的处理方面,不仅要关注进出水的水质参数,同时也要监测废水处理过程污染物的转化规律,以便为废水处理工艺的优化和废水处理设备的研发提供基本数据.溶解性有机物(DOM)广泛存在于各类水体中,是表征废水理化性质和净化程度的重要参数.目前,对于制革废水处理过程DOM性质的研究尚很欠缺.以此为切入点,采用元素分析、热重分析、红外光谱和核磁共振表征制革废水不同处理工段的DOM样品.研究发现:制革废水处理时间的延长导致DOM中C元素含量升高,H/C原子比先增加后降低,说明大分子有机物首先被分解为小分子链状结构,最终存在于水体的是极难降解的终极结构组分.DOM脂肪族化合物和蛋白组分的热解发生在第二阶段(110～530 ℃),第三阶段(530～800 ℃)主要完成芳环的降解或C—C键的断裂.废水原水DOM主要含有—OH,—NH2,CO等官能团,FTIR图谱证明了废水处理中后期高聚合度芳香族物质的存在,这是微生物新陈代谢作用的结果.DOM中烷基C含量先增加后减少,含量最大值(25.25%)出现在二级生化池;芳香C含量的最小值(28.28%)出现在二级生化池,而后迅速上升,暗示了废水处理过程含C官能团种类和数量的交替变化规律.对制革废水DOM性质的跟踪识别有助于从总体上推断污染物的净化机制。