城市不透水面沉积物中溶解性有机物的光学特征与环境驱动机制：来源解析与转化过程研究

针对城市不透水面沉积物中溶解性有机物(DOM)污染特征不明的问题，西安研究团队通过EEM-PARAFAC荧光分析结合SEM模型，首次揭示UV/可见光区类腐殖质(C1/C2)和蛋白类(C3)组分的时空分异规律，阐明气象、土地利用和空气质量对DOM来源(贡献率35.78%)的直接/间接调控机制，为城市面源污染精准防控提供理论依据。

　　

随着城市化进程加速，不透水面扩张导致大量沉积物累积，这些沉积物成为城市面源污染的重要载体。其中溶解性有机物(DOM)作为关键组分，不仅介导碳循环，还会通过降雨冲刷进入水体，造成水质恶化并影响水处理工艺效率。然而，当前研究多集中于城市水体DOM，对污染源头——不透水面沉积物中DOM的特征认知仍存在显著空白。

为填补这一空白，西安的研究团队在《Water Research》发表论文，首次系统研究了中国西北典型城市不透水面沉积物中DOM的光学特征与环境驱动机制。研究采集171份不同功能区和地表类型的沉积物样本，运用三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)结合紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)技术，解析DOM组分特征；通过冗余分析(RDA)和结构方程模型(SEM)量化环境因子的调控作用。

关键技术包括：1) 多时空尺度采样设计(覆盖商业区/居民区/校园区3类功能区及5种不透水面类型)；2) EEM-PARAFAC荧光组分解析；3) 傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)分子验证；4) 整合气象、土地利用和空气质量等21维环境因子的多变量统计分析。

研究结果
DOC浓度特征：商业区DOM浓度最高(均值104.31 mg/L)，显著高于居民区(85.21 mg/L)和校园区(49.94 mg/L)。沥青路面DOM含量普遍高于混凝土和石材表面，显示材质对污染物截留能力的差异。

荧光组分解析：

• C1(UV区类腐殖质)：最大激发/发射波长<250/400 nm，与土壤/植被来源相关
• C2(可见光区类腐殖质)：Ex/Em=255(330)/450 nm，主要来自大气沉降
• C3(蛋白类)：Ex/Em=220(275)/350 nm，指示微生物/人为活动

环境驱动机制：

1. 气象因素：干旱期促进C2累积，降雨优先冲刷低分子量组分
2. 土地利用：建成区比例与C1呈负相关(r=-0.32，p<0.01)
3. 空气质量：PM_2.5和NO_x显著影响C2芳香性指数(SUVA₂₅₄)
4. 温度通过激活微生物过程促进C3生成(Q₁₀=2.1)

讨论与结论
研究首次构建了"大气-地表-微生物"三维DOM循环模型：大气沉降贡献可见光区腐殖质(C2)，人类活动输入蛋白类物质(C3)，而自然源UV腐殖质(C1)随城市化程度升高而减少。SEM模型量化显示，气象条件通过物理过程解释19.2%的DOM变异，而人类活动通过改变源输入和微生物活性贡献16.6%。

该研究为城市面源污染治理提供了重要启示：1) 针对不同功能区应实施差异化管控策略，商业区需重点控制餐饮等人为排放；2) 干旱季节加强道路清扫可有效减少大气沉降DOM累积；3) 优化不透水面材质(如采用多孔沥青)可增强DOM截留能力。成果对理解快速城市化区域的碳循环机制和制定基于自然的解决方案(NBS)具有指导价值。