千岛湖水质优良, 具有较低的初级生产力和较高的透明度(SDD), 探究该湖有色可溶性有机物(CDOM)的微生物降解特征对探究清洁水体有机物迁移转化规律具有重要意义。 通过对室内微生物培养实验前后CDOM吸收和荧光光谱的对比分析, 探究该湖有色可溶性有机物生物降解特征及指示意义。 结果表明, 经28 d微生物降解培养后CDOM吸收系数a254、 光谱斜率S275-295平均值均减小、 荧光腐殖化指数HIX增大, 说明微生物降解致使CDOM浓度降低, 腐殖化程度相应升高。 经生物培养28 d可降解的CDOM吸收系数a254平均降幅可达14.3%±4.8%, 各点位降幅范围为4.3%~23.6%。 平行因子分析获得三种荧光组分, 分别为陆源类腐殖酸C1、 类色氨酸C2和C3, 三种荧光组分在28 d微生物降解培养过程中均主要表现为降解, 极少有累积; 其中类色氨酸C2和C3生物可利用性水平分别可达54.1%±18.2%和53.2%±14.3%, 陆源类腐殖酸C1生物可利用性为28.2%±9.1%; 培养前后CDOM荧光主要贡献组分由类色氨酸C2变为陆源类腐殖酸C1, 这说明千岛湖类色氨酸生物活性高于类腐殖酸, 微生物降解培养过程中亦表现为削弱类蛋白峰保留类腐殖酸峰。 培养前后CDOM吸收系数差值, 亦即CDOM生物可利用性Δa254的高值主要集中在下游东南湖区, 这与类色氨酸C2分布特征具有一定的相似性, 说明千岛湖东南湖区CDOM生物可利用性最高, 可能与大量类色氨酸C2赋存具有一定关系。 微生物降解培养致使类色氨酸C2和C3分布特征发生改变, 经培养后其高值与C1、 a254培养后高值分布特征相似, 说明生物培养过程中可能存在类蛋白物质的产生。 微生物降解培养前后C1与a254均具有很好的相关性, 说明微生物降解培养对陆源类腐殖酸荧光峰应用于估算有机物浓度的影响较小, 培养后湖心区及东南湖区类色氨酸C2—C3高值区消失, 说明在水滞留时间较长的湖区微生物活动对类色氨酸荧光峰在点源污染识别的应用存在一定的影响。

运用三维荧光-平行因子分析(EEMs-PARAFAC)和室内生物培养实验, 分析了洪泽湖和骆马湖有色可溶性有机物(CDOM)生物降解特征对不同水文情景的响应。 结果表明, (1)平行因子分析得到3类荧光组分, 类腐殖质C1、 类色氨酸C2和类酪氨酸C3。 (2）经28天生物培养后, 枯水期洪泽湖、 骆马湖溶解性有机碳DOC生物可利用性(BDOC, 分别为17%±4%, 15%±4%)高于丰水期(分别为5%±5%, 10%±7%), 且枯水期%BDOC高值主要分布于入湖口区域。 (3）枯水期两湖泊比紫外吸收系数SUVA254和类腐殖质C1荧光强度显著高于培养前, 即ΔSUVA254和ΔC1为负值, 而类酪氨酸荧光强度显著低于培养前, 即ΔC3为正值, 表明了枯水期类酪氨酸生物可利用性较高, 产生了较为稳定的类腐殖质, 增加了样品的腐殖化程度。 (4）BDOC和%BDOC分别与ΔSUVA254有较好的负相关性, BDOC及%BDOC与ΔC3, %ΔC3均有较好的正相关性。 这意味着两个湖泊CDOM组成直接影响其生物可利用性。

利用吸收光谱和三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC) 方法, 研究了海洋中常见的四种硅藻、 两种甲藻藻液的CDOM的光吸收性质和三维荧光特性。 吸收光谱测定结果表明在六种藻类生长过程中, 旋链角毛藻、 三角褐指藻、 小新月菱形藻和盐生舟行藻四种硅藻以及东海原甲藻和裸甲藻两种甲藻的α(355)分别增加了64.8%, 242.3%, 535.1%, 903.2%, 836.0%和196.4%。 表征CDOM分子量和类腐殖质组分比例的Sg呈下降趋势, 分别降低了8.7%, 34.6%, 39.4%, 53.1%, 46.7%和35.7%。 在三维荧光光谱测定中检测出小新月菱形藻和盐生舟行藻两种硅藻藻滤液的CDOM包括三种类腐殖质组分和一种类蛋白质组分: C1(Ex/Em=350(260) nm/450 nm), C2(Ex/Em=260(430) nm/525 nm), C3(Ex/Em=325 nm/400 nm)和C4(Ex/Em=275 nm/325 nm)。 随着藻类的生长, 小新月菱形藻和盐生舟行藻藻滤液的CDOM荧光强度分别增加了8.68, 24.9, 7.19, 39.8倍和2.64, 0.07, 4.39, 12.4倍, 经过相关性分析表明各组分的荧光强度与α(355)和Sg之间均表现为良好的相关性。 综上研究结果表明不论是甲藻还是硅藻, 在生长过程中藻类内源所产生的CDOM的含量及分子量均表现为上升趋势, 且硅藻类相比甲藻增长变化更为明显。 在CDOM的组成中, 类腐殖质成分随藻类生长所占比重同步增大, 类蛋白质组分增长缓慢。 另外通过该研究可以发现不同种类的藻所产生的CDOM的吸收光谱有明显差异, 由三维荧光光谱得到的不同荧光组分强度也因藻种不同而不同, 说明不同藻种在天然海水中对CDOM的贡献有很大区别。

有色可溶解性有机物(简称CDOM,又称为黄色物质),存在于所有自然水体中,可以用于指示水体有机物污染的状况.相比于常规采样监测方法,基于遥感数据反演CDOM具有重要优势.但是遥感数据反演CDOM的方法通常具有区域局限性,因此需要对不同区域水体进行反演方法的检验和完善.我国北方水体CDOM遥感反演的相关研究较少,选择位于河北省张家口市和北京市延庆区交界的官厅水库为研究区,利用2013年10月26日获取的水面遥感反射率光谱(Rrs(λ))和实验室测得的CDOM吸收系数(aCDOM(λ))数据,首次进行了CDOM浓度(以440 nm处CDOM的吸收系数(aCDOM(440))表示)反演.对半解析方法即QAA-CDOM方法进行了检验和改进,并建立了CDOM反演的经验模型.QAA-CDOM方法反演结果的均方根误差RMSE为0.10,平均相对误差σ为10.8%.通过实测数据计算了每个波段的水面以下上行辐照度与辐亮度的比值Q,代替了QAA-CDOM方法中的固定Q值,对QAA-CDOM方法进行改进,反演结果精度仅略有提升,RMSE=0.09,σ=10.2%.同时,用四个遥感反射率的比值与aCDOM(440)进行回归分析,建立了CDOM反演的经验模型.结果显示Rrs(531)/Rrs(551)与CDOM浓度的相关性最大,决定系数为0.63;基于该波段比值建立的CDOM反演经验模型的反演结果的均方根误差RMSE为0.08,平均相对误差σ为8.8%.经验方法反演结果的精度更高,但需要同步实测数据进行所选波长和模型系数的标定;半解析方法不需要标定,更易于推广.

国内外关于长江中下游地区如洪湖、 东湖及梁子湖等大中型浅水湖泊DOM组成特征的分析较少, 本文基于2007年9月-10月洪湖、 东湖与梁子湖34个站点野外实地采样数据, 运用三维荧光图谱(EEMs)与平行因子分析(PARAFAC)模型, 着重分析了三个湖泊CDOM吸收荧光特性及组成特征。 结果表明, CDOM在350 nm处吸收系数a(350)在三个湖泊表现为洪湖极显著高于东湖与梁子湖(p<0.001); 三个湖泊CDOM光谱斜率S280～500与a(350)呈极显著负相关(R2=0.781, p<0.001)且洪湖S280～500值极显著低于东湖与梁子湖(p<0.01); 光谱斜率比值SR值也表现为洪湖显著低于东湖与梁子湖(p<0.05)。 PARAFAC模型解析得到两个类腐殖质组分(C1, C2), 两个类蛋白质组分(C3, C4), 其中组分C1与C2呈极显著正相关(R2=0.884, p<0.001), 组分C3与C4亦为极显著正相关(R2=0.677, p<0.001), 这表明三个湖泊CDOM组分C1与C2, C3与C4来源相似, 然而统计结果并未发现四个荧光组分与DOC及Chl-a浓度之间存在任何显著性相关关系。 三个湖泊荧光指数FI255(HIX), FI265, FI310(BIX)与FI370值均表现为东湖显著高于梁子湖(p<0.05), 极显著高于洪湖(p<0.01), 这意味着东湖富营养化程度高于洪湖与梁子湖。

利用三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术, 研究了2009年春、 秋季厦门湾有色溶解有机物(CDOM)的荧光组分特征, 并利用主成分分析方法对影响该海域CDOM分布的主控因素及其相对贡献进行了解析。 厦门湾CDOM中含有3个类腐殖质荧光组分(C1, C2和C5)及2个类蛋白质组分(C3和C4)。 所有类腐殖质组分之间、 以及所有类蛋白质组分之间均有很好的相关性, 表明同一类型的荧光组分具有相似的来源属性及地球化学行为。 类腐殖质组分的高值区分布在九龙江河口区上游, 而类蛋白质组分的高值区则位于厦门西海域北部, 低值区都位于东部的厦金海域。 排污口附近的局部海域存在污染输入的贡献。 对荧光组分进行的主成分分析结果显示, 陆源径流输入是厦门湾水体中CDOM荧光组分的主要来源; 海区现场生物活动的贡献不大。 这表明对PARAFAC识别的荧光组分进行主成分分析, 有助于实现对水环境中CDOM的不同来源及其相对贡献率的定量解析。

有色溶解性有机物(CDOM)近紫外区吸收光谱包含CDOM 分子结构、 组成等重要理化信息. 利用2009年3月黄海北部海域CDOM吸收系数的实测数据, 分析了该海域CDOM近紫外区的吸收光谱特性, 结果表明： 由于近岸陆源输入的影响, 黄海北部海域CDOM构成差异较大, 属于典型的二类水体; 特定拟合波段范围的光谱斜率及特定波段处的吸收系数对CDOM分子量相对大小均具有一定的指示作用, 250～275, 350～400, 300～350, 275～300 nm波段的光谱斜率Sg,250～275, Sg,350～400, Sg,300～350, Sg,275～300与CDOM分子量相对大小指示参数M值的相关性依次递增, 最高可达0.95, 吸收系数ag(λ)与M值的相关性随波长增大逐渐变大, 400 nm波段处相关性可达0.92; 光谱斜率与吸收系数存在相关性与否由光谱斜率拟合波段范围及吸收系数获取波长共同决定, Sg,275～300与ag(400)的相关性最大, 可达0.87.

利用荧光激发-发射矩阵光谱(excitation-emission matrix spectroscopy, EEMs)技术并结合吸收光谱初步研究了2007年厦门梅雨季节期间雨水中有色溶解有机物(CDOM)的光学特性。 结果表明, 雨水CDOM的吸收光谱随波长呈指数衰减, 代表雨水CDOM相对含量的吸收系数a(300)范围在0.27～3.45 m-1, 均值为1.08 m-1； 且降雨初期CDOM含量高于降雨后期。 这表明人类活动和当地的大气污染或空气质量对雨水中CDOM的贡献。 雨水CDOM的EEMs光谱揭示出2类4个主要荧光峰(2个类腐殖质荧光A和C与2个类蛋白质荧光B和S)的存在。 其中2个类腐殖质荧光A和C之间以及2个类蛋白质荧光B和S之间均存在一定的正相关性, 说明其具有相同来源或存在某种内部联系。 2个类腐殖质荧光与吸收系数a(300)之间的强正相关性, 说明其控制吸收特性的基团可能与控制其荧光特性的基团具有相似性质。 结果表明雨水CDOM高吸收和荧光特性在大气化学中的作用不容轻视, 在受大气水体影响的太阳辐射的光谱衰减中可能起着潜在的重要作用。

测定了2008年4～5月厦门筼筜湖52个CDOM样的三维荧光及吸收光谱， 以探讨利用其光谱特征示踪高污染近海浅水湿地生物修复过程中有机污染程度的可行性。 利用平行因子分析对三维荧光光谱进行解谱。 结果表明， 筼筜湖CDOM可识别出3类5个荧光组分， 包括类腐殖质荧光组分C1(240， 325/422 nm)和C5(260， 380/474 nm)、 类蛋白质荧光组分C2(225， 275/350 nm)和C4(240， 300/354 nm)以及有机污染组分C3(225/342 nm)， 其中C3可作为外来有机污染物输入的指纹特征。 松柏湖干渠及污水处理厂排放口C3组分及DOC浓度很高， 表明周边污水输入是筼筜湖有机污染的主要来源。 类腐殖质荧光组分C1及吸收系数a(280)与COD之间、 类蛋白质荧光组分C2与BOD5之间均具有很好的线性相关关系， 表明CDOM的光谱特性可很好地指示有机污染程度， 对评价有机污染严重水域生物修复作用机理及效果有重要的参考价值。