基于稳定同位素与光学指数的城市河流溶解有机质点源贡献解析：简化端元混合模型的应用

针对小型污水处理厂排放监测难题，研究人员创新性地将背景DOM整合为单一端元，结合荧光指数(FI/BIX)和双硝酸盐同位素(δ15N-NO3-δ18O-NO3)，通过EMMA模型量化了韩国弥泓河流域3类点源污染贡献。发现荧光指数在短程传输中更具可靠性，为城市流域有机污染溯源提供了高效方法。

　　

在快速城市化的背景下，小型污水处理设施排放的溶解有机质(DOM)如同潜伏在城市河流中的"代谢废物"，其监管漏洞与生态影响长期被低估。韩国弥泓河流域正面临这样的困境——随着工业设施五年间激增39.7%，三家分别处理养猪废水(W1)、蛋品加工(W2)和面条生产废水(W3)的小型处理厂，在缺乏持续监测的情况下持续向支流排放成分复杂的有机污染物。这些"间歇性点源"如同定时炸弹，可能引发水生生态系统毒性效应，但传统监测手段难以捕捉其动态贡献。

为破解这一难题，研究人员开展了一项创新性研究。他们摒弃传统多端元采样策略，大胆将自然背景DOM整合为单一端元，结合荧光光谱技术(FI、BIX指数)与稳定同位素(δ¹³C-DOC、δ¹⁵N-NO₃、δ¹⁸O-NO₃)构建简化版端元混合模型(EMMA)。在2021年旱季对4个河道位点(J1-J4)和3个排污口进行双重采样，运用MixSIAR贝叶斯模型解析污染贡献。

关键技术包括：1) 基于流速-面积法的水文测量；2) 紫外-可见光谱(SUVA₂₅₄、S_275-295)与三维荧光光谱(FI/BIX/HIX)表征；3) 同位素比值质谱(IRMS)测定碳氮氧同位素；4) 细菌反硝化法转化硝酸盐；5) 通过保守性检验筛选有效示踪剂。

3.1 水文与水质变化
排污口电导率(EC)最高达4100 μS/cm，下游J2点位受W1影响DOC激增35.7%，DTN暴增264%。同位素指纹显示W1存在强烈反硝化(δ¹⁵N-NO₃达60.28‰)，而食品厂废水(W2/W3)呈现典型微生物代谢特征(BIX>0.9)。

3.2 DOM特征演变
光谱分析揭示：排污口DOM芳香性低(SUVA₂₅₄<3)，W1排放导致下游S_275-295斜率降低7.7%，证实大分子有机物输入。荧光指纹显示微生物源DOM比例从上游J1(BIX=0.71)升至J2(0.77)。

3.3 贡献率解析
荧光指数模型显示：W1对J2贡献42.5%，随水流稀释至J4降至5.3%，与理论衰减率误差仅6.1%。同位素模型虽在远程评估更稳健(误差14.6%)，但双硝酸盐同位素在J4点位捕捉到W2/W3合计25.4%的隐蔽贡献。

这项研究开创性地验证了"背景DOM单端元化"的可行性，使EMMA模型操作成本降低50%以上。实践意义在于：1) 为监管薄弱的小型污水处理厂提供快速溯源工具；2) 荧光指数适合近程应急监测，而同位素擅长评估累积效应；3) 揭示食品废水(高BIX)与畜禽废水(高δ¹⁵N)的差异化管控需求。该成果为《环境研究》提供了城市水环境管理的"化学指纹"技术范式，特别适合东亚高密度城市化流域应用。未来可结合高分辨质谱(HRMS)提升分子水平溯源精度，或将模型扩展至风暴事件等复杂水文场景。