水库富营养化改变了河湖系统中溶解有机物的光化学反应性

《ACS ES&T Water》：Reservoir Eutrophication Reshapes Photochemical Reactivity of Dissolved Organic Matter in River–Reservoir Systems

　　

摘要

水库通过将经过处理的溶解有机物输送到下游，从而改变河流中的溶解有机物含量，但水库富营养化如何影响这些释放到下游的溶解有机物的光化学活性目前尚不清楚。我们在日本两个代表富营养化（相模-白山）和中营养化（宫胁）条件的河库系统中，结合光化学实验与为期两年的每两个月一次的采样分析。在富营养化的水库中，下游的溶解有机碳和叶绿素a含量均有所增加，且溶解有机碳含量与叶绿素a含量呈对数关系增长（R² = 0.65）。各种活性中间体的表观量子产率，包括羟基自由基、三线态激发态溶解有机物以及单线态氧，其下游与上游的响应情况存在差异：富营养化水库释放的水体中羟基自由基的产率较高，而三线态激发态溶解有机物和单线态氧的产率则仅在中营养化水库的下游有所上升。通过探索性结构方程模型分析发现，叶绿素a含量的变化、溶解有机物指标的变化以及各类活性中间体量子产率的变化之间存在不同的统计关联（R²：0.20–0.82），其中羟基自由基与溶解有机物的含量以及类腐殖质/本地生成的溶解有机物信号关联更为密切，而三线态激发态溶解有机物和单线态氧则与低分子量、具有光学活性的溶解有机物相关。这些研究结果表明，水库富营养化会以特定方式改变释放到下游的溶解有机物的光化学活性，这一现象对溶解有机物的转化、碳循环以及受调控河流中污染物的去向具有重要影响。