沱河旱季涝季水体DOM特征差异性研究

摘 要：【目的】研究沱河埇桥区段水体溶解性有机物（DOM）的特征、来源，以及旱季涝季之间的变化，为解决沱河污染问题提供参考。【方法】以2022年沱河旱季涝季各个区段水体为研究对象，利用紫外-可见光谱技术，解析水体DOM的来源与特性，并探讨DOM组分物质旱季涝季的特征差异性和影响因素。【结果】结果表明，沱河涝季6月的DOM物质含量高于旱季1月，沱河流经宿州埇桥区后DOM含量明显增加，沱河DOM有明显的城市负荷。【结论】从沱河各个区段来看，总体变化趋势相似，自上游到中游由于经过城市区，DOM组分含量增加。沱河流埇桥区后涝季旱季的DOM组成与含量发生明显变化，且不同月份的负荷存在差异。

关键词：溶解性有机质；沱河；紫外光谱；季节差异

中图分类号：X52 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2024）15-0090-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.15.020

Study on the Difference of DOM Characteristics of Water Body in the Dry and Waterlogged Season of Tuohe River

LI Boling SUN Dafa DAI Ruiqin ZHANG Yanmin YU Kairun CHEN Xin

JIANG Quanliang

（Suzhou University， Suzhou 234000， China）

Abstract：[Purposes] This paper studies the characteristics and sources of DOM in various sections of the Tuohe River， as well as the changes between dry and flood seasons， so as to provide reference for solving the pollution problem of the Tuohe River. [Methods] The source and characteristics of dissolved organic matter （DOM） in the Tuohe River in 2022 were analyzed by using UV-VI spectroscopy， the temporal and spatial differences of DOM components and the influencing factors in the dry season and flood season were also discussed， and the DOM of Tuohe River has obvious urban load. [Findings] The results showed that the DOM content in June was higher than that in January in the dry season. The DOM content in the Tuohe Rriver increased obviously after it passed through Yongqiao， Suzhou， and the DOM of Tuo River has obvious urban load. [Conclusions] The general trend of change is similar from the upper reaches to the middle reaches of Tuohe River， which leads to the increase of DOM content. DOM composition and content of Tuohe River in Yongqiao district of Suzhou changed obviously in the post-flood season， and the load in different months was different.

Keywords： dissolved organic matter; Tuohe River; UV analysis；seasonal difference

0 引言

溶解性有机质（Dissolved Organic Matter， DOM）作为碳的生物地化循环的重要组成部分，对全球碳循环具有重要影响，也是污染物的重要载体，影响着污染物的迁移和转化。DOM的主要成分为碳元素，是天然水体中有机质最重要的赋存形态及活跃成分，在水生态系统中会影响营养物的保持与释放、生物可利用性，还被用来表征水质特征。有色溶解有机物（Chromophoric Dissolved Organic Matter， CDOM）是水体中DOM的重要组成部分，参与全球范围内的元素（碳、氮、磷、硅）物质循环和生物活动等关键生物地球化学过程，对河流等水体中微量元素化学形态变化和污染物迁移具有重要作用［1］。河流DOM在水体中广泛存在，其主要来源可分为陆源和内源［2］。土壤中的DOM可通过地表径流和淋溶进入水体，是河流DOM的主要来源之一［3］。对水体DOM分布特征及来源的研究，一方面可以更加深入地了解水体生态系统的碳循环，另一方面可以准确找出对DOM影响较大的某个因子。

本研究以沱河埇桥区段水体为研究对象，分别采集旱涝季沱河不同河段水体样品进行紫外分析，研究水体DOM特征、来源，以及旱季涝季之间的变化。通过作图分析旱季涝季DOM的主要影响因素，扩充水体DOM与环境之间相关性资料，为解决沱河污染问题提供参考［4］。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

沱河流域位于豫东沱河与涡河流域之间，地势由西北向东南逐渐倾斜，首尾比较平缓，中上河段较陡。流域微地形的变化是比较明显的，中下游主要是地下水。流域干支流大部分属于坡河性质，断面又浅又小，排水困难。

1.2 测样仪器与方法

采样点布设原则根据流域主支流和污染源分布，尽量均匀分布，每半个月采集一次样品，采样结束后立刻送回实验室完成所有指标测定。

测试仪器是UV-2600i（Shimadzu）型紫外分光光度计，符合SH/T 0181—2005方法的测量精度要求［5］。

通过检测不同秸秆浸出过程中紫外光谱的变化，分析紫外光谱中CDOM相对浓度、分子量SR、浸出过程DOM 分子量相对浓度和疏水性SUVA260，相关紫外-可见光谱参数见表1。

2 结果与讨论

2.1 CDOM数据分析

沱河样品经过0.45 [μm]滤膜后CDOM相对浓度曲线如图1所示。由图1可知，CDOM相对浓度在旱涝季的变化趋势几乎一致，但6月高于1月。6月和1月样品经0.45 [μm]滤膜处理后样品CDOM最大值均出现在上游；最小值分布在中下游，说明流经宿州城区后水体中CDOM含量呈下降趋势。6月和1月CDOM平均值分别是18.35、7.91。涝季比旱季浓度高132%，这可能与宿州市位于东亚季风区，雨热同季，涝季CDOM的陆源输入和内源生成作用都较强有关。

沱河样品过0.22 μm滤膜后CDOM相对浓度曲线如图2所示。图2与图1曲线变化趋势比较相似。其中6月最高值是24.18且在上游，可能因上游区域附近农业区的影响。6月和1月样品经0.22 μm滤膜处理后CDOM最大值均出现在上游；最小值分布在中下游区域，空间分布特征与0.45 μm滤膜处理后样品结果一致，说明利用0.45 μm滤膜处理可以大致反映CDOM的浓度趋势。但6月和1月样品经0.22 μm滤膜处理后CDOM相对浓度平均值分别是14.51、6.91，分别比0.45 μm滤膜处理结果降低21%和13%。这说明仅过滤0.45 μm滤膜可能无法准确反映水体中CDOM的浓度特征。

沱河水样经过0.45 μm滤膜处理后得到的自生源曲线如图3所示。由图3可知，6月最高值是1.29且在下游，可能是受到了人类活动的影响，下游是农业区，可能因农药化肥的滥用导致外源性较高。最小值是0.51且在下游，自生源平均值是0.81。自生源值从上游开始偏低，经过一段时间的扩散，到中游后逐渐升高，可能是随着水体的流动逐渐受到自然因素的影响（如下雨发生洪涝等），使其升高；到下游后出现了先降后升，可能因先有水体自净和水流扩散使其浓度降低，突然升高可能是由于农业区有大量的化肥和农药流入。1月最高值0.81且在上游，到中游逐渐降低，可能因人类活动较少，微生物等逐渐增长繁殖，后经过水体自净作用使其浓度降低；下游先降低可能是因为水体的自净作用，突然升高可能是因为下游附近有农业区。最小值是0.45且在下游，可能是下游周围是农业区，水体受污染较严重。1月平均值是0.66。通过对比，旱季1月和涝季6月的自生源数值差异明显，主要是在上游，可能是上游水体中的小分子物质和微生物等在旱涝季时温度和光照等因素的影响产生了差异。

2.2 自生源数值分析

沱河样品过0.22 μm滤膜后自生源数值曲线如图4所示。由图4可知，6月沱河自生源的最大值是1.84且在下游，可能是微生物等受到了物理化学处理。最小值是0.60，且在上游，可能是上游受污染较严重，微生物等不适宜生存。自生源平均值是0.92。整体来看，上游到中游有短暂的升高，可能是中游经过城市区，负荷较大导致，下游先降后又升可能是雨量大使得农业区土壤中的大量物质流向河流中。1月沱河自生源的最大值是1.44且在下游，和涝季变化趋势相似，可能是自生源在下游由于农业区过度使用化肥农药使得元素含量高，更适宜微生物生存。最小值是0.51，也在下游可能是从上游到中游期间，水体的自净作用使浓度降低。平均值是0.87，上游到中游是农业区到城市区，因此自生源值变化不大，下游先降再升可能因农业区的存在使其突然升高。整体来看两条曲线变化趋势较为相似尤其是在下游。

2.3 DOM分子量分析

沱河样品过0.45 μm滤膜后DOM分子量曲线如图5所示。1月最高值是6.33且在中游，可能因中游经过城市区，负荷较大，流向下游时使得下游水体中的分子量最大。最小值是2.61且在下游，可能是经过水体的扩散与自净作用使得浓度值降低。1月平均值是4.32。从上游到中游只有略微升高，可能是经过城市区，其负荷量较大使得中游的DOM分子量升高。下游区域出现先降低后升高的情况，可能是经过农业区，降水导致化肥农药流失，使得分子量升高。6月DOM分子量最大值是5且在下游，可能因城区域的负荷高。平均值是3.21。沱河各河段DOM分子量的数值变化趋势大致相同，只有上游到中游水体1月增加的速率慢，而6月增加的速率更快，且DOM分子量多于1月，可能是6月涝季温度较高使得DOM小分子更易被分解，所以1月DOM分子量较低，其增加的分子量速率也较小。DOM分子量在上游到中游缓慢增加，在下游是先降低后突然升高，可能是下游的农业区过量使用农药化肥导致沱河流经埇桥城区后，沱河DOM分子量明显变大。例如夏季太湖流动性低，微生物代谢效率相对较高，DOM小分子占比增大［6］。当沱河流经城区时，因其负荷较大，中游区域的DOM分子量大大增加。

沱河河水样品经过0.22 μm滤膜DOM分子量折线如图6所示。其中1月份最高值是8.57且下游，可能下游存在农业区，农药化肥流入河流中导致DOM分子量升高。最小值是3也在下游区域，可能是从上游到下游，水体自净作用使得DOM分子量逐渐降低。平均值是4.99。上游到中游浓度有所升高，可能是城市负荷比上游的农业区大。下游出现由低到高，原因可能是水体的自净作用使得水体中DOM含量减少，但是下游农业区的存在，使得DOM分子量浓度突然升高。6月最大值是6.29且在下游，最小值是2.47，也在下游，原因可能都与上述情况相似。6月DOM分子量浓度平均值是3.71。整体来看6月和1月的DOM分子量变化趋势不是很大，主要是上游和中游的浓度变化，并且1月上游DOM分子量较低于6月，可能因光照较强，且经过了中游高负荷的城区。沱河旱涝季下游的DOM分子量值变化趋势差别不大。说明城市人类活动对沱河DOM的影响明显大于旱涝变化的影响。

3 结论

涝季6月相比于旱季1月，CDOM浓度较高而DOM分子量和自生源数值较低，沱河流经城市区后大量陆源腐殖质的输入也增加了河流中大分子DOM含量。

将DOM样品分析出2个组分，运用平行因子分析法解析出沱河旱季涝季上游水体中DOM可分为类色氨酸和类腐殖质2类，其中类色氨酸是沱河流域DOM的主要组成部分，其组分含量在沱河各区段的旱季涝季变化量不大；在旱季1月，类色氨酸占比是最少的，而在涝季6月其UVA类腐殖质占比是比较少的。综合得出，沱河的上游水体DOM主要来自陆源的输入，在涝季6月时的水体DOM自生源特征相较于旱季更加明显。

参考文献：

［1］徐爱喆， 韩晓昆， 刘铭轩，等. 渤海湾两条河流及其近岸海域水体中DOM的光谱特征及影响因素［J］. 地球与环境， 2022，50（4）：526-536.

［2］KAMJUNKE N，VON TUEMPLING W， HERTKORN N ， et al. A new approach for evaluating transformations of dissolved organic matter （DOM） via high-resolution mass spectrometry and relating it to bacterial activity［J］. Water Research， 2017， 123（oct.15）：513-523.

［3］王美丽，李军，朱兆洲，等. 土壤溶解性有机质的研究进展［J］.矿物岩石地球化学通报， 2010，29（3）：304-310，316.

［4］林子深，黄廷林， 李凯，等.李家河水库上游水体溶解性有机物组分与来源［J］.中国环境科学， 2020， 40（3）：1275-1283..

［5］李帅东，姜泉良，黎烨，等.环滇池土壤溶解性有机质（DOM）的光谱特征及来源分析［J］.光谱学与光谱分析，2017，37（5）：1448-1454.

［6］叶琳琳， 吴晓东， 孔繁翔，等. 太湖入湖河流溶解性有机碳来源及碳水化合物生物可利用性［J］. 环境科学，2015，36（3）：914-921.