湘江流域长株潭段河流水体DOM含量分布、组分特征及其污染指示效应研究

来源 :湖南工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:mwd2009
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溶解性有机质(Dissolved organic matter,DOM)的反应活性强,是造成水环境污染的原因之一,其含量一般用溶解性有机碳(DOC)表示,溶解性有机碳(DOC)是河流有机碳的主要组成部分,也是河流污染程度的重要表征指标。因此,开展湘江流域长株潭段河流水体溶解性有机质含量、结构以及组分研究,对流域水环境变化以及监测预警效应具有一定的指导意义。基于此,本研究以湘江流域重要城市群(株洲—长沙段)河流DOM为研究对象,于2019年2月对不同河段特征样点进行了系统采样,通过对其量DOC含量特征分析,并运用沿程分析、相关性分析以及回归分析等方法,探讨了DOC的空间分布特征及其与其他水质指标之间的作用关系。在此基础上,通过三维荧光光谱技术与平行因子分析法,分析了湘江流域长株潭段河流的DOM的组分构成以及含量分布特征,并通过寻峰分析了河流水体中DOM的荧光光谱特性,以此探讨不同空间变化下的DOM的分布特征、来源以及与水质污染的作用关系,相关研究表明:(1)河段水质分布特征研究结果表明,河段主要水质指标沿程分布总体呈现了干流水体水质指标先上升后下降并最终稳定的趋势,而河段支流白石港内河和竹埠港排水渠水质出现了一定的污染特征,且指标值明显高于其他河段水体。通过空间聚类分析结果表明,流域河段样点大致可以分为2类4组,其中第1组和第4组采样点水质较差,其次为第2组,而第3组采样点代表的其他区域水质状况较好。综合来看,水质较差的样点位于白石港内河、竹埠港排水渠和霞湾区内河,该河段主要受人类活动影响较大,可能与该河段样点受生活污水和工业废水污染负荷较重有关;而水质较好的河段样点为湘江干流(长沙段)上游和捞刀河支流,表明湘江干流水质较好,且在干流区别不明显,这可能与干流污染物稀释自净以及捞刀河上游河段人类活动干扰较少有关。(2)DOC含量的空间分布特征表明,干流河段DOC含量变化范围在1.23mg/L—3.18 mg/L之间变化,干流平均DOC含量为2.15 mg/L,低于其他相似河流DOC平均含量,表明河段DOC含量总体负荷较小。不同区域河段结果表现为长沙段(均值为2.91mg/L)>株洲段(均值为2.04mg/L)>湘潭段(均值为1.89mg/L),支流DOC含量表现为竹埠港均值含量最高,其值为3.21mg/L,而靳江河均值含量最低,其值为1.84mg/L,这与支流水质不同污染程度结果表现基本一致。对研究区域DOC与其他水质指标的相关分析表明,DOC含量与溶解氧(DO)、总磷(TP)和总氮(TN)浓度具有显著相关关系,而与高锰酸钾指数(CODMn)的相关性较低,这表明DOC主要受人类生活影响较大,而与工业排放相互影响作用较小。回归分析表明,DOC与溶解氧(DO)、溶解性固体总量(TDS)、电导率(EC)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、高锰酸钾指数(CODMn)Sig值满足Sig<0.05,其回归系数显著,表明其对后期水质污染变化以及监测具有一定的指示效应。(3)通过三维荧光光谱平性因子和寻峰法分析得出湘江长株潭段河流水体DOM样本中均存在4个荧光组分,分别为类蛋白质(类络氨酸)组分、类腐殖质(可见光类富里酸)、类蛋白质(类色氨酸)组分、类腐殖质(类胡敏酸)。其中四个峰的荧光强度表现为:T峰>C峰>F峰>B峰。对DOM四个组分与水质指标进行相关性分析,结果显示组分C3(峰T为类色氨酸荧光峰)与组分C4(峰B为类络氨酸荧光峰)分别和总氮(TN)、高锰酸钾指数(CODMn)和总磷(TP)具有显著相关关系,类蛋白质是水体总氮(TN)、总磷(TP)的重要来源,受人类活动影响较大。(4)通过FI和BIX两项荧光光谱指标分析,表明湘江长株潭段DOM具有双重来源,即内源输入和陆源输入,其中支流渌水、霞湾港、竹埠港等水体主要是以内源为主,此特征源于水体自身微生物的释放,且自生源特征较高;表明污水负荷导致了河段DOM的释放;而干流水体主要源于陆源输入,以来自土壤中的陆生植物和营养有机质,以及生活、工业、农业污水为主。(5)通过对湘江长株潭段DOM的Fn(355)分析得出,株洲—长沙段的DOM总荧光强度的总体表现为:内河排口>上游>下游>中游;湘江流域(长株潭)(干、支流)上游、中游和下游的DOM总荧光强度的总体表现趋势为:在上游先下降、中游缓慢上升,下游又稳定下降的趋势。相关分析表明湘江(长株潭)各采样点的Fn(355)与溶解氧(DO)呈强负相关(R=-0.797,P<0.001),DOM浓度的升高可能也是导致DO降低的其中一个因素;Fn(355)与电导率(EC)、溶解性固体总量(TDS)、总磷(TP)和氨氮(NH4+-N)呈极强正相关,说明类蛋白质是水体氮、磷的重要来源,也表明DOM可以用来指示研究湘江长株潭段水体的有机污染程度和水质情况。
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