环境科学研究  2020, Vol. 33 Issue (3): 608-616  DOI: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.07.16

引用本文  

李元鹏, 张柳青, 石玉, 等. 有色可溶性有机物在线荧光技术在水质监测中的应用[J]. 环境科学研究, 2020, 33(3): 608-616.
LI Yuanpeng, ZHANG Liuqing, SHI Yu, et al. Application of Online Fluorescent Dissolved Organic Matter Sensor in Water Quality Monitoring[J]. Research of Environmental Sciences, 2020, 33(3): 608-616.

基金项目

国家自然科学基金项目(No.41977322);聊城大学大学生创新创业训练计划(No.CXCY2016069,CXCY2016062)
Supported by National Natural Science Foundation of China (No.41977322); Innovation & Entrepreneur Training Program of Liaocheng University, China (No.CXCY2016069, CXCY2016062)

责任作者

姚昕(1982-), 女, 山东聊城人, 副教授, 博士, 主要从事环境生态学研究, yaoxin@lcu.edu.cn.

作者简介

李元鹏(1992-), 男, 山东济南人, lyplake@163.com

文章历史

收稿日期:2019-01-26
修订日期:2019-05-19
有色可溶性有机物在线荧光技术在水质监测中的应用
李元鹏1,2, 张柳青2, 石玉2, 刘明亮3, 施坤2, 张运林2, 姚昕1, 肖菲1, 段崇森1    
1. 聊城大学环境与规划学院, 山东 聊城 252059;
2. 中国科学院南京地理与湖泊研究所, 湖泊与环境国家重点实验室, 江苏 南京 210008;
3. 杭州市环境保护科学研究院, 浙江 杭州 310014;
4. 中国科学院大学, 北京 100049
摘要:FDOM(荧光有机物)在线荧光探头是采用激发波长370 nm和发射波长460 nm下荧光强度来计算水体CDOM(有色可溶性有机物)丰度的传感器,为探究该传感器在内陆水体水质监测中的应用和适用性,以水源供给水库千岛湖为案例,通过FDOM荧光探头监测该湖泊不同季节CDOM丰度,结合CDOM光谱吸收、ρ(DOC)(DOC表示溶解性有机碳)、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(CODMn)、ρ(DTN)(DTN表示溶解性总氮)、ρ(DTP)(DTP表示溶解性总磷)和ρ(Chla)等水质参数数据,揭示FDOM荧光强度与其他水质参数的耦合关系,检验FDOM荧光探头对有机物的监测能力.结果表明:①2014年5月千岛湖TLI平均值(38.4±4.4)显著高于2018年10月TLI平均值34.9±3.0(t-test,P < 0.001),根据TLI及各水质参数平均值判定该湖处于中贫营养状态.②大部分水质参数呈现出由西北入湖河口向下游大坝出水口方向递减的趋势,表明上游新安江对该湖有机物具有较大的贡献.③FDOM荧光强度与CDOM吸收系数a(254)(R2=0.91,P < 0.01)、a(350)(R2=0.90,P < 0.01)均呈极显著正相关且具有较高的线性拟合优度,这意味着FDOM荧光强度可以很好地表征CDOM丰度.④FDOM荧光强度与ρ(DOC)(R2=0.49,P < 0.01)、ρ(TN)(R2=0.61,P < 0.01)、ρ(TP)(R2=0.75,P < 0.01)、ρ(CODMn)(R2=0.35,P < 0.01)、ρ(DTN)(R2=0.59,P < 0.01)、ρ(DTP)(R2=0.56,P < 0.01)、ρ(Chla)(R2=0.68,P < 0.01)均呈极显著正相关且与大多数水质参数具有相似的分布特征,并且能很好地识别潜在污染物高值区.研究显示,荧光探头在可见波长下所得陆源类腐殖酸FDOM荧光强度能很好地成为潜在污染物替代指标,并能有效呈现有机物分布特征,因而该技术在饮用水湖泊水质监测中具有潜在广阔的应用前景.
关键词有色可溶性有机物    水质参数    荧光探头    千岛湖    水质监测    
Application of Online Fluorescent Dissolved Organic Matter Sensor in Water Quality Monitoring
LI Yuanpeng1,2, ZHANG Liuqing2, SHI Yu2, LIU Mingliang3, SHI Kun2, ZHANG Yunlin2, YAO Xin1, XIAO Fei1, DUAN Chongsen1    
1. School of Environment and Planning, University of Liaocheng, Liaocheng 252059, China;
2. State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China;
3. Hangzhou Institute of Environmental Protection Science, Hangzhou 310014, China;
4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: The application of online fluorescence sensor in water quality monitoring has attracted increasing attention. FDOM (fluorescent dissolved organic matter) online probe is a sensor which uses excitation wavelength 370 nm and emission wavelength 460 nm to determine the dynamics of CDOM in water. We explored the applicability of this online fluorescence sensor in drinking water quality monitoring. We conducted field sampling at Lake Qiandao, and used fluorescent dissolved organic matter (FDOM) sensor as a surrogate of CDOM (chromophoric dissolved organic matter) concentration in different seasons of Lake Qiandao, combined with CDOM spectral absorption, TN, TP, DOC (dissolved organic carbon), CODMn and other water quality indices. The results showed that:(1) The mean value of TLI in May 2014 was 38.4±4.4, the mean value of TLI in October 2018 was 34.9±3.0, and there was a significant difference between the two mean values (P < 0.001, t-test). According to the value of TLI and the mean value of the water quality parameters, the lake was in oligo-and mesotrophic state. (2) Most of the water quality parameters showed a decreasing trend from the northwest inflowing estuary to the downstream open waters, indicating that the upstream Xin'an River had contributed significantly to the CDOM pool of the lake. (3) There were significantly positive correlations between the fluorescence intensity of FDOM and CDOM absorption coefficient a(254) (R2=0.91, P < 0.01) and a(350) (R2=0.90, P < 0.01). This indicated that the fluorescence intensity of FDOM could be a useful tracer for CDOM concentration. (4) Statistical correlation analyses further showed that the fluorescence intensity of FDOM was significantly positively correlated to ρ(DOC) (R2=0.49, P < 0.01), ρ(TN) (R2=0.61, P < 0.01), ρ(TP) (R2=0.75, P < 0.01), ρ(CODMn) (R2=0.35, P < 0.01), ρ(DTN) (R2=0.59, P < 0.01), ρ(DTP) (R2=0.56, P < 0.01) and ρ(Chla) (R2=0.68, P < 0.01). FDOM displayed similar spatial distribution patterns with the above mentioned water quality parameters. This indicates that FDOM could be used to track the concentrations of water quality parameters in Lake Qiandao. Therefore, the FDOM sensor with an emission wavelength of about 460 nm of has broad application prospects in monitoring the water quality of drinking water lakes.
Keywords: chromophoric dissolved organic matter (CDOM)    water quality parameters    fluorescence sensor    Lake Qiandao    water quality monitoring    

以往的研究中常借助ρ (TN)、ρ(TP)、ρ(CODMn)、ρ(Chla)和ρ(DOC)(DOC为溶解性有机碳)等水质参数来评估湖泊的富营养化状况[1].以上数据的获取受到天气、试验器材、人员的制约,其试验过程繁琐且不能实时监测湖泊水质. CDOM (有色可溶性有机物)是DOM (溶解性有机物)中能强烈吸收紫外辐射及蓝光的部分,组成结构比较复杂[2-4]. CDOM作为水体中光和有效辐射的吸收物质,其浓度和组成能显著改变水下光场[5],限制UV-B辐射穿透深度进而影响水体初级生产力并保护水生生物[5-6].由于CDOM结构复杂,目前国际上通常以吸收系数a(254)、a(350)表征CDOM浓度[7-9].三维荧光技术(three-dimensional excitation-emission matrices, EEMs)可提供大量有关CDOM来源及组成结构的信息[3-4].近年来兴起的平行因子分析法(parallel factor analysis, PARAFAC)能将重叠错交的荧光图谱解析为多个独立的具有单个发射波长极大值的荧光团,用以解译CDOM相对丰度及组成结构的变化情况,其光谱组成变化常被用来表征CDOM库的变化[10-11].相比于传统水质参数,CDOM测量相对简单且灵敏度高,并可借助其吸收特性及荧光特性在一定程度上评估水体富营养化程度并对有机质来源进行分析[7-12].高浓度的CDOM赋存通常令水体酸臭刺鼻,并在处理时产生大量致癌消毒副产物,制约水处理成本影响人畜饮用水健康[13-14].以往研究中较多学者致力于借助CDOM吸收特征值和荧光组分来估算其他水质参数,并指出不同湖泊适于估算营养盐的吸收系数或荧光组分[15-17].该方法可更简便地了解水质状况,但不能实时在线地了解湖泊的富营养状态及有机物来源.

FDOM探头是基于类腐殖酸的荧光特性[18-21],采用激发波长370 nm和发射波长460 nm下荧光强度来计算水体CDOM丰度的传感器;以往研究发现该波段下的荧光峰主要表征陆源类腐殖酸且室内荧光光度计所测得的该波段荧光强度通常与a(350)、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(CODMn)等指标具有很好的线性正相关[22-23].目前国内外环境及科研部门均广泛使用YSI多参数水质分析仪作为重要的水质在线监测仪器,以快速有效地监测湖库理化性质及FDOM荧光强度;由于成本低廉、监测水质便捷,因而越来越受到关注[24-25].然而,探头所获得的FDOM数据能否作为ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(DOC)等传统水质参数的替代指标,以及能否准确地反映水质状况仍然需要进一步验证.

千岛湖又名新安江水库,位于浙江淳安县境内,水面面积为580 km2,平均深度34 m,最大深度108 m,库容达1.78×1010 m3.该水库水质优良,兼有防洪、旅游、饮用水源等多种功能,其生态环境对保障钱塘江中下游的环境质量和水体功能具有举足轻重的意义.近年来,随着库区周边及上游流域社会经济的不断发展,水库的污染负荷相应增加.作为深水湖泊,千岛湖水体一旦污染其治理与恢复相当困难,目前对该湖泊的监测为逐月观测,常规采样点12~15个,具有明显地时空局限性,很难对点源污染进行及时处理.在线荧光技术可实时在线的了解各站点有机物浓度,有助于污染源识别,进而便于环保部门的及时应对.

因此,该研究以大型饮用水源地水库千岛湖为例,通过对不同季节FDOM的现场测定,结合TN、TP、DOC等水质参数实验室分析,对比分析CDOM在千岛湖的时空分布特征,构建FDOM与主要水质参数间的耦合关系.该研究有助于检验FDOM作为传统营养盐等水质评价参数替代指标的可行性,并为在线荧光技术的开发利用提供理论依据.

1 材料与方法 1.1 样品采集与处理

在千岛湖布设60个站点(见图 1),于2014年5月(夏季)、2018年10月(秋季)进行两次采样.现场用YSI多参数水质仪对表层水体FDOM进行现场测定;使用塞氏黑白盘测定SD(透明度).在各点位采集表层水样并置于黑暗低温处保存,采样结束后,样品立即送往中国科学院南京地理与湖泊研究所国家重点实验室过滤并检测.该试验未设置平行样,所有水质参数测量在样品采集后2 d之内完成.

图 1 千岛湖采样点位置 Fig.1 Location of sampling sites in Lake Qiandao
1.2 参数测定及计算方法 1.2.1 ρ(TN)、ρ(DTN)和ρ(TP)、ρ(DTP)的测定

ρ(TN)和ρ(TP)的测定分别采用GB 11894—1989《过硫酸钾消解紫外分光光度法》及GB 11893—1989《钼锑抗分光光度法》使用日本岛津公司生产的UV-2550(型号)紫外分光光度计予以测定.经0.70 μm孔径的GF/F滤膜过滤后所得的水样分别使用以上方法进行测定即为ρ(DTN)和ρ(DTP).

1.2.2 ρ(Chla)和ρ(CODMn)的测定

ρ(Chla)采用分光光度法测定,首先采用GF/F过滤一定体积的水样,将所得滤膜置于冰箱中冷冻48 h以上后,使用90%的热乙醇提取并使用日本岛津公司生产的UV-2550(型号)分光光度计测定665及775 nm处吸光度再经换算得到ρ(Chla)[26]. ρ(CODMn)使用高锰酸钾和草酸钠作为试剂的GB/T 15456—2008《比色法》测定.

1.2.3 ρ(DOC)的测定

将经0.7 μm的Whatman GF/F滤膜过滤所得的水样置于日本岛津公司生产的总有机碳分析仪(型号CPH)中,高温(680 ℃)NPOC模式下测定ρ(DOC),检测范围为0.5~500 mg/L,检测精度为0.1 mg/L.

1.2.4 FDOM荧光强度和CDOM光谱吸收系数的测定

采用YSI (Yellow Springs Instruments)公司生产的多参数水质分析仪(型号EXO2),设定其激发波长为(365±5)nm,发射波长为(480±40)nm,检测范围为0~300(QSU),分辨率为0.01(QSU)测定FDOM荧光强度.通过日本岛津公司生产的UV-2550紫外分光光度计测定CDOM光谱,所需的样品是经过0.22 μm的Milipore纤维素滤膜过滤后水样,采用5 cm比色皿,以Milli-Q水作为空白,在200~800 nm和间隔1 nm的设置下测量CDOM的吸光度.然后根据式(1)计算得到对应波长的吸收系数[27]

$ a\left( \lambda \right) = 2.303 \times D\left( \lambda \right)/r $ (1)

式中:a(λ)为在波长λ时的CDOM吸收系数,m-1D(λ)为在波长λ处吸光度;r为光程路径,m.该研究中,使用a(254)和a(350)表示CDOM的丰度.

1.2.5 TLI(湖泊综合富营养化指数)的计算

参照《湖泊富营养化调查规范》[1],基于标准评价参数〔包括ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(CODMn)、ρ(Chla)、SD〕计算TLI.分级方法:TLI < 30贫营养;30≤TLI≤50中营养;50 < TLI≤60轻度富营养;60 < TLI≤70中度富营养;TLI>70重度富营养.

1.3 统计分析

使用IBM SPSS Statistics 23软件进行统计分析,其中包括最大值、最小值、平均数和标准差以及独立样本平均值差异显著性水平t检验.使用Origin 8.5软件对FDOM荧光强度与各参数浓度进行回归分析.使用ArcGIS 10.2进行空间插值分析,进而得到各参数的空间分布图.

2 结果与分析 2.1 千岛湖不同季节营养状态及其对比

2014年5月TLI平均值为38.4±4.4,2018年10月TLI平均值为34.9±3.0;2014年5月TLI平均值极显著大于2018年10月(t -test, P < 0.001).结合ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(CODMn)、ρ(Chla)、SD等水质参数(见表 1),参照我国湖泊富营养化评价标准[1]及TLI值判定千岛湖处于中贫营养状态,其中2014年5月千岛湖富营养化程度略高于2018年10月.

表 1 不同季节各水质参数平均值差异性显著性水平t检验结果 Table 1 Significant levels of t-test between the mean of water quality parameters for the samples collected in different seasons
2.2 不同季节FDOM荧光强度和各水质参数的空间变化

2014年5月FDOM荧光强度与a(350)、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(DTN)、ρ(DTP)、ρ(Chla)分布特征亦具有一致性,即由西北湖区至其他湖区递减的趋势(见图 2).值得指出的是,ρ(DOC)、ρ(CODMn)在该次所得样品中却未表现出这种趋势,其高值主要分布在靠近淳安县附近的湖心区及东南湖区(见图 2).

图 2 2014年5月千岛湖各水质参数的分布特征 Fig.2 Spatial variability of water quality parameters in Lake Qiandao in May 2014

2018年10月FDOM荧光强度与a(350)及ρ(DOC)、ρ(TP)、ρ(CODMn)、ρ(DTP)、ρ(Chla)分布特征具有一致性,即由西北湖区至其他湖区递减的趋势;不同的是,ρ(TN)和ρ(DTN)的分布特征与其他水质参数存在部分差异,其高值主要集中在湖心区及东南湖区(见图 3).

图 3 2018年10月千岛湖各水质参数的分布特征 Fig.3 Spatial variability of water quality parameters in Lake Qiandao in October 2018
2.3 FDOM荧光强度高值区分布

将FDOM荧光强度值进行排频解析,发现2014年5月0~18.01(QSU)荧光强度值集中于前95%,其他大于18.01(QSU)数值集中于后5%;2018年10月0~7.11(QSU)数值集中于前95%,大于7.11(QSU)值集中于后5%.该次研究出现频率为95%,即后5%以上极大值定义为高值,高值分布区域即为FDOM高值区(见图 45).

注:虚线为出现频率为95%分界线. 图 4 2014年5月、2018年10月FDOM荧光强度的频率分布 Fig.4 The frequency distribution of the fluorescence intensity of FDOM in Lake Qiandao in May 2014 and October 2018

图 5 2014年5月、2018年10月潜在水质风险区的空间分布 Fig.5 The spatial distribution of potential contamination regions in Lake Qiandao in May 2014 and October 2018

2014年5月FDOM荧光强度高值与a(350)、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(DTN)、ρ(DTP)、ρ(Chla)高值区具有相似的分布特点,主要集中于西北湖区中下游,即在FDOM高值区,以上水质参数亦呈现为高值(见图 25). 2018年10月FDOM荧光强度高值主要集中在西北湖区及上游新安江(见图 5),其分布特征与a(350)、ρ(DOC)、ρ(TP)、ρ(CODMn)、ρ(DTP)、ρ(Chla)高值区分布特征相似(见图 35).

2.4 FDOM荧光强度与主要水质参数浓度的回归分析

为探讨FDOM荧光强度与水质参数浓度间的耦合关系,检验FDOM在线荧光技术在水质监测中的应用和普适性,将两次采样所得的FDOM荧光强度与各水质参数浓度进行回归分析,发现FDOM荧光强度与a(254)(R2=0.91, P < 0.01)、a(350)(R2=0.90, P < 0.01)、ρ(DOC)(R2=0.49, P < 0.01)、ρ(TN)(R2=0.61, P < 0.01)、ρ(TP)(R2=0.75, P < 0.01)、ρ(CODMn)(R2=0.35, P < 0.01)、ρ(DTN)(R2=0.59, P < 0.01)、ρ(DTP)(R2=0.56, P < 0.01)、及ρ(Chla)(R2=0.68, P < 0.01)均呈极显著正相关且具有很好的线性拟合优度(见图 6),说明FDOM荧光探头可以很好地识别有机物.

注:绿色与蓝色包络线分别为95%置信区间及预测区间;红色线为拟合线. 图 6 FDOM荧光强度与各水质参数的回归分析 Fig.6 Relationships between the fluorescence intensity of FDOM, and water quality parameters for the samples
3 讨论 3.1 千岛湖有机物的来源

FDOM与其他水质参数的耦合关系可能受到CDOM结构的影响,其组成结构往往与其来源具有较大的关系[23, 28-29].作为千岛湖最大的入湖河流,新安江是该湖有机物的主要来源;同时,周边淳安县点源释放对该湖泊有机物也具有一定量的贡献.首先,两个季节大多数水质参数高值主要集中在西北湖区,且呈现出由西北湖区至其他湖区递减的趋势(见图 23),其他学者也发现相似的结果[30-31];其次,2014年5月(夏季)各水质参数平均值极显著高于2018年10月(秋季),这可能是由于夏季降水量相对较多,径流的携带作用将更多的有机物从上游搬运至该湖泊.以上两点说明新安江对千岛湖有机物具有重要贡献. 2014年5月ρ(DOC)、ρ(CODMn)和2018年10月ρ(TN)、ρ(DTN)未表现出由西北湖区至其他湖区递减的趋势,其高值主要集中在靠近淳安县的湖心区及东南湖区(见图 23),以往研究中也同样发现在淳安县附近的湖心区水域营养盐浓度相对较高,说明周边生活污水的释放对有机物也具有一定量的贡献[32].值得指出的是,2018年10月ρ(TN)、ρ(DTN)高值主要集中在东南湖区,其分布特征看似异常,但是从其数值来看,ρ(TN)、ρ(DTN)高值在1 mg/L左右,含量依然较低.这可能是由于在降水较少的秋季上游新安江输入的TN减少,东南湖区ρ(TN)、ρ(DTN)相对变高.韩晓霞等[32]指出,西北湖区街口(入湖口附近)等断面ρ(TN)受降水量变化较大,其变化与降水量有较好的吻合度;此外,2018年10月采样期间东南湖区周边也可能存在生活污水释放、道路修建等人类活动,进而致使该湖区ρ(TN)相对较高.以往研究发现藻类等水生植物降解也是湖泊有机物的来源之一[33-34],然而水生植物的降解对千岛湖有机物的贡献比较有限.首先,千岛湖水质比较清洁,其中ρ(DOC)最大值为2.02 mg/L、TLI平均值在30~40之间变动,因而该湖不大可能出现大规模的藻类爆发;其次,ρ(Chla)高值主要集中在富营养化程度相对较高的西北湖区,而在其他营养物质贫瘠的湖区ρ(Chla)较低(见图 23),这与李培培等[35]的研究结果相似;再次,千岛湖平均深度超过34 m,挺水植物难以固着生长;因而水生植物降解不大可能是该湖有机物的主要来源[30].值得指出的是,伴随上游黄山市及周边淳安县旅游业的开发,越来越多的生活污水汇入该湖泊,进而可能改变CDOM库结构[29, 36-37].

3.2 FDOM探头在水质监测中的应用

水源湖库直接用于人类饮用水供给,水质一旦污染其治理与恢复相当困难,进而也将造成更大的损失.目前,地方环保部门对千岛湖水质监测频率仅为逐月观测,全湖采样时间需2~3 d,因而及时了解湖泊水质状况受到极大的限制.该研究表明,FDOM探头对中贫营养状态的水源湖库有机物具有很好的监测作用,适用于水源湖泊水质监测和预警.首先,现场所测的FDOM荧光强度与a(254)、a(350)具有极好的相关性,其线性拟合优度在0.9以上(见图 6),这说明现场所得的FDOM荧光强度可很好的表征CDOM浓度.以往研究表明清洁的水体中陆源类腐殖酸往往占有较大的比重[38],FDOM荧光强度与a(254)、a(350)具有较好的相关性,可能与该湖水质优良因而陆源类荧光组分占有较大比重存在一定关系.不同水文情境对CDOM结构会产生一定影响[17, 39],然而两个季节FDOM荧光强度与a(254)、a(350)具有很好的线性相关性及空间分布特征相似性,进一步证实在营养状态较低的千岛湖FDOM荧光强度可以很好地估算不同水文情境下CDOM的浓度.其次,不同季节FDOM荧光强度与大多数水质参数具有相似的分布特征,且具有很好的相关性及线性拟合优度;因而,FDOM荧光强度可用来估测其他水质参数浓度,并且对于传统氮磷营养盐及CODMn等水质参数具有很好的替代作用(见图 236).同时,荧光探头可较好地识别营养盐、ρ(Chla)高值区,可应用于水源湖库的水质预警(见图 235).值得指出的是,重金属的络合作用对CDOM荧光具有很好的淬灭效应[40-41],该效应可能会影响FDOM探头对有机物的探测能力,以往学者指出该湖重金属含量极低,Cr、Cd、Cu、Mn、Pb等重金属长期处于监测下线内[42-44];孟庆辉等[44]对千岛湖4个季节的观测发现,该湖大多数重金属含量极低只有Zn浓度稍高,平均值为4.43 μg/L;参照以往研究结果该浓度对荧光的淬灭效应可能比较有限[40-41].此外,作为受国家重点保护的饮用水供给湖泊,目前淳安县环保部门对该湖开展逐月观测以保证饮用水安全,近年来周边环境也无较大变化,因而该湖不大可能大范围存在高浓度的重金属赋存.

FDOM探头对其他富营养化程度更高的湖泊有机物可能依然具有一定的监测能力.富营养化程度较高的湖泊一般受人类影响较大,主要是承接了周边大量生活污水及工业废水的输入;同时,伴随营养程度的提高容易造成藻类爆发,藻类降解后又会释放出较多的蛋白类有机物,因而富营养化程度高的湖泊往往蛋白类组分占比相对更高[45].伴随营养化程度的提高及湖泊CDOM结构的改变,FDOM荧光强度对有机物的估算能力可能也会受到影响;然而,ZHANG等[23]在天目湖的研究中发现,a(350)与类腐殖酸组分具有更好的正相关关系,而与类蛋白组分无显著相关性;同时,在云贵高原38个湖泊的研究中发现,氮磷营养盐与陆源类荧光组分呈极显著正相关,而与类蛋白物质无显著相关性[22].诸多学者在受人类影响较大且富营养化程度较高的太湖、鄱阳湖等湖泊的研究中同样发现,类腐殖酸荧光组分与水质参数具有更好的相关性[17, 39],这说明内陆湖泊有机物来源可能主要是受制于河流的输入,因而在富营养化程度更高的湖泊FDOM可能依然具备一定的有机物监测能力.

综上,荧光探头对湖水水质监测和预警具有广泛的应用前景.当前,美国YSI公司、加拿大RBR公司、英国Aquaread公司和德国TriOS公司等多款水质和光学参数仪均携带了FDOM探头,可以实现CDOM丰度不同时空尺度的快速测定.因此,基于该研究构建的FDOM和主要水质参数的耦合关系可以应用于千岛湖主要水质参数的快速测定.

4 结论

a) FDOM荧光强度及其他主要水质参数浓度平均值呈现出由西北入湖河口向下游大坝出水口方向递减的趋势,反映出上游新安江对千岛湖有机物来源具有重要贡献.

b) 2014年5月ρ(DOC)、ρ(CODMn)平均值未表现出由西北湖区至其他湖区递减的分布趋势,其高值主要集中在靠近淳安县的湖心区及东南湖区,意味着有机物除上游新安江的输入还存在其他输入方式.

c) 2014年5月千岛湖TLI平均值为38.4±4.4,2018年10月TLI平均值为34.9±3.0,该湖处于中贫营养状态.

d) FDOM荧光强度与CDOM吸收系数a(254)、a(350)以及ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(DOC)、ρ(CODMn)、ρ(DTN)、ρ(DTP)、ρ(Chla)均呈极显著正相关,说明FDOM探头可以应用于千岛湖主要水质参数的快速监测和预警.

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