作者简介: 刘世杰, 1999年生,西南林业大学硕士研究生 e-mail: 13198517182@163.com
赤水河为长江上游的重要支流, 为了更好的保护长江水生态环境, 探究其上游水源地区域的溶解性有机质(DOM)的组分特征及来源至关重要。 以滇东北赤水河源头区域(镇雄段)的龙井小流域为研究区, 通过紫外-可见吸收光谱、 三维荧光光谱(EEMs)和平行因子分析(PARAFAC)方法, 探讨其水体中溶解性有机质(DOM)的组成、 分布及来源。 结果表明, 龙井小流域水体中 DOC、 CDOM和FDOM浓度在流域中从上至下呈逐渐升高的趋势, DOC浓度范围在4.65~15.35 mg·L-1之间, 同其他类型水体相比更高。 水体DOM腐殖化程度和分子量水平整体上表现为下游>中游>上游。 DOM包含三个荧光组分, 分别为类腐殖质组分C1, 类蛋白质组分 C2, 长波类腐殖质组分C3。 C2在DOM组分中贡献最大, 占总荧光强度的39.35%, C1、 C3分别占32.17%和28.48%。 水体中DOM自生源特征较强, 腐殖化特征较弱, DOM来源主要以内源为主, 小部分水体同时受到内外源综合负荷的影响。 等高反坡阶措施下, 氮磷聚集, 微生物活动旺盛, 促进DOM的生成, 改变DOM的分子结构。 C1、 C3组分呈极显著正相关, 二者具有同源性, TN、 TP与C1、 C3呈显著正相关, 龙井小流域中氮、 磷通常以有机氮、 有机磷的形式存在, 与腐殖质相结合参与DOM的外源贡献。 该研究在一定程度上反映长江源头水域的水质情况, 对保护长江水环境制定相应措施提供参考。
The Chishui River serves as a crucial tributary to the upper reaches of the Yangtze River. To enhance the protection of the water ecological environment in this area, it is essential to investigate the composition characteristics and sources of dissolved organic matter (DOM) within the upstream region. This study employed UET-visible absorption spectroscopy, three-dimensional fluorescence spectroscopy (EEMs), and parallel factor analysis (PARAFAC) to investigate the composition, distribution, and source of dissolved organic matter (DOM) in the Longjing small watershed, located in the headwater area of the Chishui River (Zhenxiong Section) in northeast Yunnan Province. The findings revealed that concentrations of DOC, CDOM, and FDOM gradually increased from top to bottom within the Longjing small watershed, with DOC concentrations ranging from 4.65 to 15.35 mg·L-1, which is higher than those in other types of water bodies. Moreover, the humification degree and molecular weight level exhibited a pattern in which they decreased downstream, with lower reaches > middle reaches > upper reaches. DOM consisted of three fluorescent components: humus-like component C1, protein-like component C2, and long-wave humus component C3. Among these components, the tryptophan-based component C2 contributed significantly, accounting for 39.35% of the total fluorescence intensity, while C1 and C3 accounted for 32.17% and 28.48%, respectively.The origin of DOM primarily stemmed from autogenesis, characterized by weak humification; however, there was also some influence from both internal and external sources on certain sections within the Longjing small watershed due to comprehensive load effects.Under conditions such as isohigh reverse slope terrain, combined with nitrogen/phosphorus accumulation and vigorous microbial activity, DOM generation was promoted, altering its molecular structure.The C1 and C3 components exhibited a highly significant positive correlation, indicating their homology. TN and TP also demonstrated a significant positive correlation with the C1 and C3 components. Nitrogen and phosphorus in the Longjing small watershed predominantly existed in the form of organic nitrogen and organophosphorus, which combined with humus to contribute to exogenous DOM. This study provides valuable insights into the water quality of the Yangtze River's source waters, offering guidance for protecting its aquatic environment.
溶解性有机质(dissolved organic matter, DOM)是一种复杂的高分子复合有机物, 是地球活性碳的重要储存库, 具有较强的反应性和迁移性, 是自然水体有机质中最活跃的成分[1]。 水体中DOM独特的光学特性来自多种来源, 可以与一般水质参数相关联, 并有助于识别有机污染物, 因此, DOM对水体生态环境状况具有很好的指示作用[2]。 作为陆地、 湖泊和海洋之间有机质传输的重要通道, 河流水体的 DOM 不仅承载了碳、 氮、 磷等营养物质的输运, 为微生物提供营养物质和能量, 还能直接或者间接地参与多种污染物在水生系统的迁移转化[3]。 河流水体中的 DOM 化学性质复杂, 来源多样, 包含了小分子物质(氨基酸、 单糖和相对分子质量低有机酸等)和大分子物质(腐殖物质、 蛋白质和多糖等); 其来源主要来自陆地植物凋落物、 土壤有机质等外源输入和水生动植物残体降解、 微生物死亡分解等内源释放[4]。 外源输入是水环境中DOM 的重要来源, 人类活动会导致 DOM 的外源输入显著增加, 且不同来源 DOM 的化学成分和生物有效性存在较大差异, 解析水体中 DOM 的组成、 分布及来源解析是当前相关研究的重点内容之一[5, 6, 7]。 荧光激发发射矩阵(EEM)光谱与平行因子分析(PARAFAC)相结合的应用已被确定为评估流域水质参数的重要技术, 该方法有助于评估与有机物相关的水质, 识别特定的污染源, 并拓宽我们对水体污染现象的理解[8, 9, 10, 11]。
有研究表明, 在DOM作用下, 有机污染物更容易附着于生物细胞表面, 对河流生态系统造成严重的毒害作用[12]。 现阶段, 关于水生生态系统溶解性有机物(DOM)特性及其来源的研究, 主要聚焦于大型河流和富营养化水域, 对于小流域, 尤其是对于农业小流域水体有机质受点源和面源污染影响的研究尚不多见。 面源污染中的氮磷是导致水体富营养化和生态系统失衡的重要因素, 控制农业活动中氮磷的流失是解决面源污染的关键[1], 解析DOM与氮磷等污染因子的关联性, 尤其是其在缓解富营养化风险中的作用, 可以为制定更加精准的污染控制和生态修复策略提供支持[2]。 等高反坡阶措施是治理面源污染的重要举措, 认识到等高反坡阶措施对DOM组成和性质的影响, 可以帮助流域管理者在水质管理中进行针对性调控, 从而保持水体生态系统的平衡。 当前水源水体中的DOM正随着人为活动的加剧发生着巨大变化, 龙井小流域作为赤水河的主要源头水源地之一, 其水质状况对于赤水河的环境治理以及长江生态文明建设具有重要意义, 因此以滇东北赤水河(镇雄段)龙井小流域为研究对象。 通过紫外-可见吸收光谱、 平行因子模型(EEMs-PARAFAC)及相关性分析, 探讨龙井小流域水体中溶解性有机质(DOM)的组份特征及来源, 阐明等高反坡阶措施对水体DOM组成和结构的影响以及DOM与氮磷形态特征之间的联系, 对比分析不同类型水体DOC浓度与DOM荧光特征参数, 进一步说明DOM 对赤水河生态系统的潜在影响, 从而能制定更有效的水环境保护措施, 为龙井小流域水环境治理和长江生态文明建设提供支撑。
如图1, 选取镇雄县雨河镇的龙井小流域(E104° 50'42″— E104° 59'54″, N27° 43'31″— N27° 45'9″)为研究对象, 属赤水河一级支流, 流域面积23.08 km2, 主要地类包括农地(52.42%)、 林地(42.93%)、 建设用地(3.29%)和草地(0.35%), 常驻人口3 578人。 流域内主要河道为雨洒河, 村镇沿该河分布, 中游聚集明显。 农地主要种植作物有玉米、 油菜、 蚕豆、 辣椒、 猕猴桃、 蔬菜等, 播种和生长季施用复合化肥。 林地植被以亚热带常绿落叶林和针阔混交林为主, 有华山松(Pinus armandii Franch)、 旱冬瓜(Alnus nepalensis D.Don)、 刺槐(Robinia pseudoacacia Linn)等。
采样日期为2023年7月中旬, 在前期对于赤水河镇雄段人口规模、 工业布局、 土地利用类型等调查的基础上, 选择龙井小流域具有代表性的取样点8个(R1— R8), 包含3个区域: 上游区域(R1— R2)、 中游区域(R3— R4)、 下游区域(R5— R8)采样点具体分布如图1所示, 表1较为详细地描述了每个采样点的位置。 对当地坡耕地地表径流做等高反坡阶处理, 采集无处理地表径流L1和反坡阶处理下的地表径流L2。 在每个采样点的水深为0.5 m处进行采样, 现场使用便携式多参数水质分析仪(INSEA, DZS-708, 中国)测量基本水质参数包括pH值、 溶解氧(DO)、 总溶解性固体(TDS)和氧化还原电位(ORP)。 采集的水样置于4 ℃的保温箱内, 避光储存并运回实验室进行后续分析。 样品经0.45 μ m玻璃纤维滤膜过滤处理后, 溶解性有机碳(DOC)浓度采用总有机碳分析仪(Shimadzu TOC-VCSH, 日本)测定, 水体的总氮(TN)、 总磷(TP)利用营养盐流动分析仪测定, 水样基本性质见表2。
![]() | 表1 采样点位置相关信息 Table 1 Location of sampling sites |
![]() | 表2 水样基本性质 Table 2 Basic properties of water samples |
使用Jasco V-630 紫外可见分光光度计(JASCO, 日本)和1 cm光程的石英比色皿以1 nm的分辨间隔在环境温度下测量采样点水体DOM的紫外可见吸光度(200~800 nm), 使用超纯水(电阻率 18.2 MΩ )对测量结果进行基线校正。 有色溶解性有机物(CDOM)的质量分数通过355 nm处的紫外可见吸收系数计算[13], 吸收系数a的计算公式为式(1)
式(1)中, a(λ )为吸收系数, m-1; A(λ )为吸光度, l为比色皿长度, m。
单位有机碳吸光度(SUVA254)与DOM的腐殖化程度和芳香度密切相关[14], 值越大, 腐殖化程度和芳香性越高计算公式为式(2)
式(2)中, a(254)是在波长为254 nm处测定的吸收系数, c为DOC的浓度(mg· L-1)。
光谱斜率比SR[式(3)]与DOM的相对分子量成反比, 能够定性的反映DOM的理化性质[15]。
式(3)中, S(275~295)为λ 在275~295 nm的拟合斜率值, S(350~400)为λ 在350~400 nm的拟合曲线值。
使用FLuoroMax-4荧光光度计测量样品的三维荧光激发发射矩阵(EEMs), 激发波长Ex=200~550 nm, 发射波长Em=250~650 nm, 采样间隔均为5 nm, 扫描速度为2 400 mm· min-1, 以Milli-Q水作实验空白进行校正。 利用Matlab R2021a中的DOMFluor工具箱对荧光数据进行瑞利散射、 拉曼散射及异常样品识别和剔除。
表征DOM来源特征的常用参数有FI、 BIX和HIX[式(4)— 式(6)]。 FI为荧光指数, 常用来表征DOM的来源[18]。 BIX为生物源指数, 常用来反映自生源对水体的贡献, HIX为腐殖化指数, 用来反映DOM腐殖化程度[17, 18, 19]。 荧光溶解性有机质(FDOM)的相对浓度通过Ex=355 nm、 Em=450 nm 处的荧光强度表示[16]。
式中, f为荧光强度, F为荧光峰值积分值。
除特别说明外, 数据处理主要应用Excel 2023, 在Origin 2023软件上进行相关性分析和图表绘制。
如表3所示, 小流域水体DOC浓度范围在4.65~15.35 mg· L-1之间, 均值为(9.51± 3.74) mg· L-1。 DOC浓度顺序为R8> R4> R7> R6> R5> R3> R2> R1, 源头水(R1)DOC浓度最低, 出口水(R8)最高, 整体上小流域水体DOC浓度从源头至出口呈逐渐升高的趋势, 小流域流经村庄时DOC浓度显著上升, R4样点(村庄水)位于小流域中下游, DOC浓度为11.97 mg· L-1, 几乎是R3样点水体DOC浓度的两倍且高于R5样点水体, 这可能是由于R4水体受到生活污水的排入导致DOM浓度增大。 R1、 R2样点水体作为小流域源头DOC浓度较低, 受周围环境影响较小。 流域出口R8样点处的DOC浓度最高(15.35 mg· L-1), 这可能是该样点位于流域出口, 受到了水体周围土地利用类型影响以及流域汇聚作用, 进而导致该样点DOC浓度最高。 将本研究水体DOC浓度与其他类型水体DOC进行对比分析(表4), 龙井小流域水体DOC浓度比北太平洋海水的DOC浓度高出数十倍, 比江水、 湖水以及地下水等淡水体系更高。 水体有机碳主要来源于外源和内源。 外源DOC主要来自于土壤有机质和生活源, 土壤有机质是由分解的植物残体逐渐转化和积累起来的, 内源性DOC主要包括浮游植物的释放、 浮游动物的新陈代谢、 细菌的活动和POC、 DIC的转化等, 所以导致小流域水体DOC浓度较大的原因可能是土壤侵蚀和生活源的贡献较大以及浮游植物较多, 微生物生命活动旺盛。 在三个小流域水体中, 龙井小流域的DOC浓度最小, 这可能是因为龙井小流域处于山地, 受土壤侵蚀和人为因素相对较小。
![]() | 表3 样点水样DOC、 CDOM、 FDOM、 |
![]() | 表4 不同类型水体DOC浓度对比 Table 4 Comparison of DOC concentrations in different types of water bodies |
有色溶解性有机质(CDOM)a(355)的大小顺序为R8> R6> R7> R4> R5> R2> R3> R1。 CDOM在DOM中所占比例以
如图2, 滇东北赤水河(昭通段)龙井小流域样点水体的SUVA254的变化范围在0.56~2.01 L· (mg· m)-1之间, 均值为(0.95± 0.46) L· (mg· m)-1, SUVA254的大小顺序为R4> R8> R7> R6> R5> R3> R2> R1。 SR值范围在5.88~9.88之间, 平均值为7.53± 1.66, SR值的顺序为R2> R1> R3> R5> R6> R7> R8> R4。 说明整个农业小流域生态环境较为稳定, 腐殖化程度较低, DOM分子量水平较小。 SR值与DOM 的来源、 组成、 光化学作用有关, 当SR值较小时DOM以外源输入为主, SR值较大时则以内源为主[27], 8个采样点水体中SR值均大于1, 表明DOM的来源具有明显的内源特征。 然而R4样点水体SUVA254值最大, SR值最小, 水体DOM腐殖化程度与相对分子量最大, 这可能是因为R4水体受到村民生活污水的输入, 该点水体DOM陆源输入贡献率增多所导致的。 R1、 R2样点水体位于流域源头, 水体源于矿质岩层, 人为影响因素较少, DOM腐殖化程度与分子量水平较小。 同时, 下游水体(R5— R8)流经农林用地, 人类活动较多, 由于农用肥料的投入以及动植物自身的腐烂降解为下游水体输入了大量腐殖质, 下游水体DOM腐殖化程度和分子量大小明显增加, 芳香性更明显。
如图3所示, 水体荧光特征呈现三个荧光组分, 其中C1(Ex=360 nm, Em=435 nm)属于类腐殖质物质, 与大分子疏水组分有关, 主要来源于植物或土壤有机质的分解, 为外源输入; C2(Ex=315 nm, Em=340 nm)属于类蛋白质物质, 主要为高激发色氨酸物质, 该组分为游离氨基酸与蛋白质结合类物质, 是微生物自身生命活动生成的产物; C3(Ex=265/415 nm, Em=500 nm), 属于长波类腐殖质, 在淡水系统中广泛分布, 并且与高分子量的芳香物质有关, 荧光特征与富里酸类似。 DOM含有具有光学活性的组分, 如类腐殖质C1和类色氨酸组分C2, 能够吸收紫外线和可见光, 这可能对河流的光穿透性造成影响。 下游区域DOM的浓度及腐殖化程度较高, 降低了水体透明度, 减少了光照可达深度, 从而影响水生植物的光合作用, 而高浓度DOM提供了大量有机碳和氮磷营养, 进一步刺激藻类生长, 尤其是蓝藻的爆发, 这种光学特性的变化可能导致藻类群落结构的改变。
在各组分的总荧光强度中, 各组分荧光强度大小顺序为C2> C1> C3, 色氨酸组分C2在DOM组分中贡献最大, 占总荧光强度的39.35%, C1、 C3分别占32.17%和28.48%, C1、 C3组分相对而言所占比例较小, 这是由于采样时间在7月, 在这一时期, 高温环境会刺激水中微生物的活跃度, 加速有机物质的分解过程, 进而导致类色氨酸成分的比例明显上升。 不过, 就R4水体的DOM而言, C2成分低于C1和C3, 这一现象的主要原因是R4采样点附近有村庄, 生活污水的排放导致水体浑浊度、 有机物和营养水平的增高, 因此呈现出DOM中类腐殖质成分占比超过类色氨酸成分的特征。 水体中的DOM与微生物群落之间相互影响显著, 微生物利用DOM作为营养来源, 同时改变DOM的组成与分布, 而DOM的光学和化学特性也影响微生物群落的动态。 通过动态调控两者的平衡, 可以在保持水生态健康的同时, 有效降低污染物积累和富营养化风险, 为流域治理提供科学依据。
荧光指数(FI)表征DOM的来源, 当FI> 1.9时, 表明水体DOM自生源特征突出, 当FI< 1.4时, 表示DOM陆源腐殖酸特征突出。 自生源指数(BIX)可估计自生源对DOM的相对贡献, BIX在0.6~0.7时表示DOM具有较少的自生源组分, 主要以陆源输入为主; 在0.7~0.8 时表明具有中等程度的新近自生源特性; 在0.8~1时则意味着DOM呈现较强的自生源特征; 在> 1时主要反映了生物或细菌的影响。 HIX可用来反映DOM腐殖化程度, HIX< 4时DOM呈弱腐殖质特征; 4~6时呈较强腐殖质特征; > 6时呈强腐殖质特征。
龙井农业小流域的水体DOM荧光指数FI, BIX和HIX如图5所示。 水体FI指标的范围为1.78~2.35, 均值为2.06± 0.20, 表明该流域水体自生源特征突出。 BIX、 HIX的范围分别是0.77~1.02和0.25~0.91均值分别为0.90± 0.09、 0.45± 0.29, 表明该流域水体自生源对DOM贡献较大, 并且该小流域水体腐殖化程度相对较低。 除R4样点外, 大部分水体中的FI值大于 1.9, 由此表明龙井小流域水体中DOM以生物源为主, 小部分水体DOM为生物源和陆源共同产生。 R1、 R2样点水体FI、 BIX值最大, HIX最小, 腐殖化程度最低, DOM主要来源于生物和细菌, 具有很强的的自生源特征。 而R4样点水体FI、 BIX相对较小, HIX相对较高, 分别为1.78、 0.77和0.91, DOM自生源特征较弱, 为中度新进自生源特征, 腐殖化程度相对较高, 同时由图4可知R4样点水体的C2组分比例最小, 低于C1、 C3组分, 说明该样点水体流经村庄后DOM受到了生活污水的外源输入, 此采样点的DOM受到外源和内源的综合影响。
将水体DOM的荧光特征参数与国内外其他不同类型水体进行对比分析(表5), 国内主要河流 FI、 BIX、 HIX 值分别在1.50~2.59、 0.56~1.52、 0.15~5.19 之间, 国外主要河流FI、 BIX、 HIX值分别在 1.33~1.60、 0.60~1.17、 0.63~1.27 之间, 龙井小流域各样点水体的荧光指数FI、 BIX值与国内主要河流区别不大, 但要高于大部分国外河流, HIX值明显低于国内外主要河流。 表明国内主要河流水体DOM来源属于混合来源, 以内源为主, 国外主要河流水体DOM来源以外源为主, 内源作用较小。 DOM来源不同的原因可能是由于流域地貌和土地利用的差异以及流域规模和水动力学条件的影响, 龙井小流域地处滇东北山区, 以农地为主, 水动力条件较弱, DOM的生成和分解过程更受自生源控制, 对比国外一些流域(如北美河流), 流域面积更大, 水动力更强, 其土地开发活动集中于大规模农业或工业化, 这些活动会导致陆源腐殖化物质输入更高。 因此在国内外不同流域治理措施中要强调因地制宜、 加强源头控制的重要性, 将DOM指标纳入水质监测体系, 重点关注其荧光特征(FI、 BIX和HIX), 以识别自生源和陆源输入对流域水质的影响。
![]() | 表5 国内外不同类型水体三维光谱特征参数对比 Table 5 Comparison of 3D spectral characteristic parameters of different types of water bodies in China and overseas |
龙井小流域是典型的农业小流域, 农地面积约占52%, 以坡耕地为主, 坡耕地是重要的农业资源, 同时也是农业生态环境中最脆弱的部分, 因特殊的地形和气候条件而导致的云南红壤区坡耕地水土流失问题日益严重, 布设等高反坡阶是减少水土流失和面源污染的有效措施, 具有较高的推广价值, 尤其是在干旱地区或降雨分布较为集中的云南山区。 因此, 为了探讨等高反坡阶措施能否对DOM造成影响, 本研究在小流域同一坡耕地中布设等高反坡阶, 同收集无反坡阶地表径流L1和有反坡阶径流L2, 对比两者之间的差异。
由表6可得, L2径流水体DOC、 SUVA254、 TDS、 COM、 FDOM、
![]() | 表6 地表径流水体各参数对比 Table 6 Comparison of surface runoff and water parameters |
综上所述, 等高反坡阶措施不但促进了 DOM 的生成, 也改变了DOM的分子结构, 使水体中的有机物更具稳定性和不易分解性。 这种增加的腐殖质和高分子量 DOM 成分可能导致有机污染物更容易被微生物吸附和代谢, 增强了污染物在水生系统中的迁移和转化能力。 这对于河流生态系统而言, 既可能加快污染物的降解过程, 也可能通过生物累积对食物链上游的生物构成潜在威胁。
本研究还对DOM的各组分、 荧光光谱指标以及TN、 TP进行了相关性研究(图6), 图中p< 0.05表示显著相关, p< 0.01表示极显著相关。 荧光指数FI与自生源指标BIX呈现极显著正相关(p< 0.01), FI、 BIX与C2组分呈显著正相关(p< 0.05), 说明流域水体DOM自生源特征明显且类蛋白质物质主要由自生源产生。 C1、 C3呈极显著正相关(p< 0.01), 说明二者具有同源性。 TN与C1、 C3呈现极显著正相关(p< 0.01), TP与C1、 C3呈现显著正相关(p< 0.05), TN、 TP之间呈现极显著正相关(p< 0.01)。 本研究中, 龙井小流域中水体DOM具有较高的腐殖化程度和较大分子量特征, 同时水体氮磷浓度较低, 而DOM的组成和结构决定了它对氮、 磷的吸附能力, 腐殖质(尤其是含有芳香环结构的有机质)具有良好的吸附能力, 能结合氮、 磷形成稳定的复合物。 在龙井小流域中, DOM的含量较高, 且主要成分为腐殖质和蛋白质类物质, 这些成分为氮、 磷提供了稳定的结合基质, 这种结合状态下的氮磷不易被直接释放进入水体, 而是通过微生物的逐步降解释放, 从而对水体氮磷浓度起到缓冲作用, 延缓富营养化进程。 综上结果表明龙井小流域中氮、 磷通常以有机氮、 有机磷的形式存在, 可能通过不同的连接方式与类腐殖质分子结合, 主要参与到DOM分子的外源贡献中, 而TN的相关性更强, 说明类腐殖质分子可能结合了更多的氮分子。 在这种状态下, 水体富营养化风险虽有所延缓, 但高浓度DOM长期积累, 结合的氮磷会成为潜在的营养库, 在适宜条件下(如高温、 微生物活跃), 可能导致大规模释放, 加剧富营养化。 不同区域的DOM与氮磷结合能力存在差异, 下游区域可能因人类活动(如生活污水排放)导致外源性氮磷输入更显著, 削弱缓冲效果。 DOM浓度与氮磷浓度之间的关系受环境条件(如温度、 水动力、 微生物活性)的显著影响, 在静水条件或高温季节, 结合态氮磷更容易释放, 增加水体富营养化风险。
![]() | 图6 DOM荧光特性与氮磷之间的相关性Fig.6 Correlation between DOM fluorescence characteristics and nitrogen and phosphorus |
因此, 治理时需要动态监测DOM和氮磷的交互变化, 尤其是在蓝藻水华高发季节, 考虑减少DOM外源输入, 并通过湿地、 缓冲带等措施增加水体的自净能力, 从而有效控制有机氮和有机磷的累积。
(1)龙井小流域水体中DOC、 CDOM和FDOM浓度在流域中从上至下呈逐渐升高的趋势, DOC浓度水平相比全国其他类型水体更高。 龙井小流域水体DOM腐殖化程度和分子量水平整体上表现为下游> 中游> 上游, 其中村庄水(R4)DOM的SUVA254值最大, DOM腐殖化程度最高, SR值最小, 分子量水平最大。 小流域内农业和生活活动显著影响水体DOM的组成和浓度, 建议在赤水河流域内制定生态流量维护方案, 以确保水体自净能力不被削弱, 从而防止DOM的过度积累。
(2)龙井小流域水体的DOM包含三个荧光组分, 分别为类腐殖质组分C1、 类色氨酸组分 C2 和长波类腐殖质组分C3, 类色氨酸组分C2是该流域水体 DOM的主要组成部分。 荧光特征指数表明该水体中DOM自生源特征较强, 腐殖化特征较弱, DOM来源主要以内源为主, 小部分水体同时受到内外源综合负荷的影响。 基于此, 可以将DOM指标纳入水体富营养化预警系统中, 尤其关注DOM中的蛋白质类组分, 以防止其进一步促进藻类过度生长, 导致赤水河水质恶化。
(3)等高反坡阶措施下, 氮磷聚集, 微生物活动旺盛, 促进DOM的生成, 改变DOM的分子结构, DOM腐殖化程度增高, DOM分子量水平增大, DOM外源输入贡献率增大。 基于此可以进一步优化反坡阶措施的应用区域, 在需要减缓水体富营养化的区域减少反坡阶措施对DOM外源输入的增强作用, 有助于在保护土壤的同时, 控制DOM的腐殖化程度和分子量, 从而保持水体生态系统的平衡。
(4)FI、 BIX与C2组分呈显著正相关(p< 0.05), 进一步说明流域水体DOM自生源特征明显且类蛋白质物质主要由自生源产生。 C1、 C3组分呈极显著正相关, 说明二者具有同源性, TN、 TP与C1、 C3呈显著正相关, 表明龙井小流域中氮、 磷通常以有机氮、 有机磷的形式存在, 与腐殖质相结合参与DOM的外源贡献。
(5)综上所述, 本研究揭示了DOM在赤水河龙井小流域中的空间分布规律及其对水环境的潜在影响, 为赤水河及类似流域的水环境保护提供了科学依据。 通过合理规划农业活动、 增强水体自净能力以及优化水质监测体系, 可以更有效地控制水体中DOM的积累, 进而保持流域生态系统的健康与平衡。
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