广东工业大学袁勇课题组:​珠江中溶解性有机物的光化学特性研究——季节变化模式与预测模型

摘要:广东工业大学环境学院袁勇教授课题组针对水环境中溶解性有机物的光化学特性这一课题开展研究,研究团队探究了水环境中微生物胞外聚合物的光化学行为特征及其对污染物降解的影响

近年来,广东工业大学环境学院袁勇教授课题组针对水环境中溶解性有机物(Dissolved organic matter, DOM)的光化学特性这一课题开展研究,成果在环境领域知名期刊Environmental Science & TechnologyWater Research上发表了一系列研究论文。研究团队探究了水环境中微生物胞外聚合物(Extracellular polymeric substances, EPS)的光化学行为特征及其对污染物降解的影响;结合模型分析研究了不同水期下珠江广州市区段DOM光化学特性的差异;构建了DOM光化学特性数据库,并开发了预测DOM光化学特性的机器学习模型



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第一作者:廖知玚
通讯作者:袁勇
通讯单位:广东工业大学环境科学与工程学院
论文DOI:10.1016/j.watres.2021.117875



DOM光化学特性与DOM的来源、成分和光学性质密切相关。水环境中DOM组成的变化容易受水文条件和区域气候变化的影响,其中,季节变化导致丰水期陆地源DOM组分的丰富输入,枯水期时DOM的原位降解相对强烈等等都能显著地改变DOM的组成和特征以及光化学特性。然而,鲜有研究关注河流这种容易受季节变化影响的水体以及在季节变化下的DOM光化学特性。因此,本研究选择珠江广州段作为研究对象,采集季节性地表水样本,表征珠江DOM光学特性和ΦPPRIs的季节性变化模式;采用模型探究DOM光学特性与ΦPPRIs的联系,揭示影响DOM光化学特性季节变化的重要因素


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枯水期和丰水期对比下ΦPPRIs箱形图(a-d);ΦPPRIs与表征DOM光学特性的光谱参数的相关性分析图(e


4a-d)显示了枯水期和丰水期三种ΦPPRIs3DOM*1O2·OH的表观量子产率的对比。其中在枯水期DOM光生PPRIs的表观量子产率都有显著降低。从丰水期到枯水期Φ1O2下降了59%Φ3DOM*Φ·OH,DOM分别下降了25%33%,表明在枯水期时珠江河水的整体光反应活性比在丰水期时低。图4e)相关性分析显示了ΦPPRIsDOC浓度和荧光光谱参数之间存在强相关性,表明这些指标比起紫外光谱参数更能描述珠江中DOM光化学特性的水期变化。其中,部分强相关的荧光光谱参数(荧光组分C2%)与ΦPPRIs显著正相关。这些参数同时也能表征微生物源腐殖酸的相对贡献以及相对含量变化,这表明珠江中的腐殖酸的来源及其相对变化对不同水期下珠江中PPRIs的形成效率有重要影响


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偏最小二乘回归模型(PLSR)预测PPRIs稳态浓度


5显示了采用PLSR模型预测PPRIs稳态浓度后的分析和拟合性能表现。图5a-b)分析了影响PPRIs稳态浓度的因素,其中紫外吸收系数和荧光强度对模型预测表现出重要的影响程度,而荧光组分C4的荧光强度(Fmax-C4)对PPRIs稳态浓度影响最大,并对PPRIs稳态浓度有正相关的影响。图5c-e)中PPRIs稳态浓度的拟合性能良好,1O2·OH的稳态浓度的拟合性能优于3DOM*总体上PLSR模型具有良好的拟合性能,并极大地描述了DOM光学特性等参数对PPRIs稳态浓度的变化。本研究为DOM在时间尺度上光化学变化的影响因素提供了进一步的见解,并提供了对河水季节性光反应活性的预测,对评价河流流域中污染物的衰减具有重要意义


通讯作者简介

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通讯作者:袁勇,教授,博士生导师,广东省自然科学基金卓越青年团队负责人。主要从事环境微生物和有机质的光化学和电化学研究。主持国家和省部级项目10多项,其中国家重点研发课题1项和国家自然科学基金5项。迄今在ISME Journal, Trends in Biotechnology, Environmental Science & Technology, Water Research, Applied catalysis B: Environmental, Analytical Chemistry等国际期刊发表论文共160余篇(其中第一或通讯作者英文SCI论文90多篇);论文SCI他引7000余次,h-index48。获得国家授权发明专利16件。兼任广东省污泥产业协会理事、中国环境科学学会重金属污染防治专业委员会委员。先后获第四届中国土壤学会优秀青年学者奖、广东省自然科学基金杰出青年基金和省自然科学奖(2项)

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第一作者:廖知玚,广东工业大学环境科学与工程学院2019级硕士研究生,导师为袁勇教授,研究方向为水溶性有机物光化学特性及模型预测。硕士期间以第一或共同一作在Environmental Science & Technology和Water Research,期刊发表学术论文3篇



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