水库大坝调控下溶解性有机质荧光组分变化的扰动-相关移动窗口二维相关光谱解析

本研究针对水库大坝调控对溶解性有机质（DOM）荧光组分的影响机制不明的问题，通过扰动-相关移动窗口二维相关光谱（PCMW2D）技术结合荧光指纹分析，揭示了高低水位期DOM组分（富里酸类、腐殖酸类、色氨酸类）与水质参数（DO、浊度等）及土地利用类型的响应规律，为水库污染物迁移转化预测及科学调度提供了数据支撑和优化思路。

　　

在当今全球水电开发热潮下，河流型水库的生态安全面临严峻挑战。大坝调控通过改变水文情势，直接影响溶解性有机质（DOM）这一"碳池"的迁移转化过程。DOM作为水环境中最活跃的有机组分，其荧光特性如同"分子指纹"，能灵敏反映人类活动与自然过程的双重影响。然而，长期水位波动如何改变DOM荧光组分的空间分布？不同来源的DOM（陆源富里酸、微生物腐殖酸、水产养殖衍生的色氨酸类物质）如何响应水文变化？这些关键科学问题至今缺乏系统解答。

福建某研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表的研究，以水口水库为天然实验室，创新性地将扰动-相关移动窗口二维相关光谱（PCMW2D）技术应用于DOM动态解析。研究团队在2021-2022年高低水位期（9月低水位、11月/1月高水位、5月低水位）开展4次野外科考，采集9个断面样本，综合运用声学多普勒流速剖面仪（ADCP）测定水文参数，结合三维荧光光谱-平行因子分析（EEM-PARAFAC）解析DOM组分，并通过Mantel检验和冗余分析（RDA）揭示环境驱动机制。

关键发现

1. 水文参数与水质指标的联动效应
   PCA分析显示高水位期无机污染物（DTP、NO₃
   ^-
   ）浓度提升30%，而低水位期有机污染物（DOC、NH₄
   ⁺
   ）占主导。ADCP数据揭示高水位期平均流速降低80%，导致水体滞留时间延长。

2. DOM组分的光谱指纹特征
   PARAFAC分解出三类组分：C1（250/450 nm，城市陆源富里酸）、C2（295/440 nm，养殖区腐殖酸）、C3（290/360 nm，坝前色氨酸类）。PCMW2D图谱显示高水位期C1在城区断面呈凸型增长（П_Φ

0），而低水位期C2在养殖区呈现凹型递减（П_Ψ
< 0）。

1. 土地利用的差异化影响
   RDA表明建设用地使C1增加2.0%，而农林地分别调控C2（3.2%）和C3（2.8%）。特别发现养殖区C3与建筑/林地面积比呈显著正相关（r=0.82）。

2. 关键环境驱动因子
   Mantel检验证实浊度对DOM变异的解释率达37.5%，DO浓度每增加1 mg/L可使低水位期C2荧光淬灭15%。值得注意的是，高水位期低DO条件（<4 mg/L）反而促进C3荧光增强20%。

研究启示
该研究首次建立水库水位波动-水质参数-DOM组分的响应模型，揭示了大坝调控通过"水文改变-浊度调节-荧光淬灭"三重机制影响DOM归趋。提出的59.3 m低水位管控阈值（年发生率31.2%），为兼顾防洪与生态安全的精准调度提供了新范式。未来研究可拓展至多水库联调场景，并开发基于PCMW2D的DOM在线预警系统。

这项成果不仅为《水污染防治行动计划》提供了技术支撑，其创新的PCMW2D分析方法更为复杂水体污染物溯源开辟了新路径。正如审稿人指出："这项工作将工程水文与环境光谱学完美融合，树立了水库生态研究的标杆。"