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第一作者：丁鸿羽

通讯作者：郑明霞&苏婧

通讯单位：中国环境科学研究院

论文DOI：

https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122978

文章介绍

中国环境科学研究院在Water Research 上发表了题为“Spectral and molecular insights into the variations of dissolved organic matter in shallow groundwater impacted by surface water recharge”的研究论文。本工作识别了地下水系统中 DOM 的荧光、分子多样性和分子特征随地表水补给变化的影响，并进一步加深了地下水DOM生物地球化学过程的相关认识。

文章亮点

◆ 蛋白质样物质在地下水中表现出更大的流动性。

◆ 河水为地下水贡献了具有高H/C值和低O/C值DOM分子。

◆ 难降解DOM分子在河流附近的地下水中积累。

◆ 低氧化、低分子量的DOM分子被消耗。

研究目的

溶解有机物（DOM）是水生系统中最活跃的元素之一，对地表水和地下水的相互作用表现出良好的反应。DOM通过驱动地下水环境的生物地球化学循环，显著影响地下水水质。因此，探究DOM的变化对揭示地表水-地下水交互作用对地下水环境的影响至关重要。本研究采用激发-发射矩阵（EEM）荧光光谱和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）、平行因子分析（PARAFAC）和二维相关光谱（2D-COS），分析了沙颍河流域地表水补给浅层地下水中DOM的分异特征及转化趋势。

研究结论

（1）平行河流方向和垂直河流方向的地下水DOM表现出光谱分异特征。通过同步和异步2D-COS以区分平行河流方向（PR）和垂直河流方向（VR）中荧光成分的变化程度排序。PR方向上的变化顺序为：C3→C6→C5→C4→C1→C2，表明在沿河水补给方向，陆生腐殖质物质优先于类蛋白质和微生物相关成分。DOM分数在VR方向上的变化顺序为：C1→C4→C3→C2→C6→C5。地下水中微生物相关的DOM组分表现出明显的顺序差异，这说明微生物活动产生的有机物受到河水补给程度及与河流距离的显著影响。

（2）DOM的分子特征在地下水中沿水流方向发生了有限的变化。在地下水样品中，检测到2790~6437个DOM分子式，平均质量范围为408.67~460.08 Da。在分类分子成分方面，HUSLO最为普遍，占51.22%至73.88%，其次是HUSHO，占6.71%~18.04%。脂肪族化合物的比例为4.02%~22.81%。对DOM分子数据进行主成分系数分析，以确定样品的关键变量和分布特征。结果表明DOM分子特征具有高度相似性，而分子特征可以随地下水流向而演变。具有相对较高的H/C值的DOM分子，如脂肪族和肽，通常容易受到微生物降解。另一方面，具有高O/C值和分子量的DOM分子通常与难降解化合物相关。结果表明，随着河水对地下水的贡献减少，补给地下水中可生物降解的DOM减少。

图5. 总绝对主成分系数鉴定FT-ICR MS数据。（a）PC1~2的载荷图；（b）DOM分子的总绝对分数；（c）DBE、NOSC、AI、m/z的总绝对分数

（3）DOM荧光组分与分子数据相结合，为荧光成分的分子特征和化学性质提供了新的见解。C3和C4与陆生腐殖质成分密切相关，具有高氧和芳香结构。蛋白质样成分C2和C5主要由脂肪族和肽以及HUSLO化合物组成相关。C2与含S的分子式有很强的相关性，显示出高生物利用度。C5与糖类分子表现出很强的关联，事实上，它们将是具有与蛋白质样化合物相似结构的分子。在河流附近的地下水点位中，C1和C3成分占主导地位，反映了HUSLO和HUSHO分子的普遍性。这种现象可以解释为，在河流附近地下水的难降解DOM受到水动力作用影响，而从含水层介质中释放出来。而VR方向地下水表现出较高比例的C5组分和脂肪族结构分子，这主要归因于含水层中不稳定DOM组分更强的运输能力。

（转自：生态修复网）

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