汉江汉中段河流水化学及溶解性有机物特征对流域点面源污染的响应
随着工农业的发展和城市现代化进程的加快，现阶段河流地表水的水质安全受到了严重威胁。水化学离子是河流中流动性最强、含量最丰富的物质之一，对于流域水质有着重要指示作用。溶解性有机物（DOM）则是水生碳库最为活跃的部分。对于水化学离子和DOM的了解和表征可以有效解析流域的水体污染现状。因此，有必要对流域的水化学离子及DOM进行分析探究，以明确污染来源并进行定量化分析，为流域污染治理提供思路。本研究选取汉江（汉中段）为研究对象，采集河流地表水样品、不同土地利用类型土壤样品以及流域周边污水处理厂样品，进行水质参数、DOM光谱特征和分子特征以及氮氧同位素的测定，以探究流域内河流水体受点、面源污染情况。使用三维荧光-平行因子分析方法（3DEEM-PARAFAC）对DOM的荧光组分和光谱特征进行测定分析，结合氮氧同位素特征值来定量描述土地利用和污水排放对流域DOM光谱的影响。并采用傅里叶离子回旋共振质谱法（FT-ICRMS）解析土地利用对流域DOM分子特征的影响。本研究的主要结论如下： （1）本研究结果显示，研究区流域水体呈弱碱性。不同采样季节河流水化学类型不同，一月份河流的水化学类型为Ca2+-SO42-型，七月份河流的水化学类型为Ca2+-HCO3-型。总体来看，河流水化学特征受岩石风化影响。此外，流域主要离子浓度变化显示，一月份Na+和SO42-浓度较高，七月份K+和Ca2+的浓度较高。 （2）研究区内DOM共鉴定出五种组分，包括两种类腐殖酸类物质和三种类蛋白质类物质。不同土地利用类型土壤浸提液的DOM成分没有显著差异。DOM组分在污水和土壤浸提液之间并不存在显著差异，相对而言，荧光指数（FI）的值在两者之间差异较大，其均值分别为2.1和1.6，河流地表水的FI值介于其中。因而FI可用作水体点面源污染区分的指标。同位素δ15N计算的面源污染贡献与FI计算的面源污染贡献呈正相关。因此可以用FI来定量描述流域点面源污染情况。 （3）在本研究中，河流地表水DOM中木质素类化合物（81.65%）占比更高，土壤浸提液样品中蛋白质类（26.67%）和脂质类化合物（13.33%）含量较高。不同土地利用类型土壤浸提液DOM的特异性分子数量有显著差异，草地最多，为796种，林地、园地和耕地分别有29、30和3种。草地特异性分子以木质素为主，园地和耕地以蛋白质类物质为主，林地则主要以脂质和蛋白质类物质为主。 （4）河流地表水样品特异性分子数量从上游、下游到干流呈增加趋势，其特异性分子组成多样性增加，表明人为活动提高了DOM复杂性。一月份和七月份地表水DOM中主要物质都是木质素，相对而言，七月份DOM组成中单宁酸类（Tannins）和碳水化合物（Carbohydrates）类占比增加。林地浸提液DOM特异性分子中含有单宁酸类（Tannins）化合物。表明在七月份林地是流域面源污染的主要影响因素。 本研究采用三维荧光光谱特征分析方法和傅里叶离子回旋共振质谱分析方法分析流域内DOM的光谱特征和分子特征，建立了DOM光谱特征与氮氧同位素表征流域点面源污染的定量关系，并分析了不同土地利用类型对流域DOM分子特征的影响，为流域的污染控制及管理提供了思路。
河流地表水;面源污染;溶解性有机物;水化学;土地利用
西北农林科技大学
硕士
环境科学
李明
2023
中文
X522
2023-12-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）