圖1 隱形的物質(zhì)（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò )）
一般我們看到河水清澈見(jiàn)底，都會(huì )覺(jué)得這里的水是”沒(méi)有污染“的，但事實(shí)真是如此么？或許在水里，有一種看不到摸不著(zhù)的物質(zhì)已經(jīng)悄悄地影響了水中的環(huán)境。這種物質(zhì)，就是溶解性有機質(zhì)。
溶解性有機質(zhì)（Dissolved organic matter， DOM），是一類(lèi)具有復雜組成、結構和環(huán)境行為的有機混合物，廣義上的含義包括一切溶解于水中的有機化合物，通常指能通過(guò)0.45μm濾膜的溶解于水、酸或堿溶液中的異質(zhì)碳氫混合物，由含氧、氮和硫的氨基酸、芳香族、脂肪族等功能團組成，廣泛存在于各種天然水體中。
DOM參與各種地球化學(xué)循環(huán)
圖2 溶解性有機物參與地球化學(xué)循環(huán)（圖源自Earth's Critical Zone）
DOM是連接生命形態(tài)碳和無(wú)機碳的關(guān)鍵紐帶，參與各種生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程（圖2）。DOM被認為是陸地生態(tài)系統和水生生態(tài)系統中一種重要的活躍化學(xué)組分，是土壤圈層與相關(guān)圈層發(fā)生物質(zhì)交換的重要形式。以產(chǎn)生的方式分為內生性和外生性，前者指自然界產(chǎn)生的DOM，其來(lái)源為動(dòng)植物殘體、土壤、藻類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的排泄物；后者指人類(lèi)化學(xué)合成產(chǎn)生的，人類(lèi)工業(yè)化城鎮化過(guò)程造成的大量DOM介入水生環(huán)境，嚴重威脅水生態(tài)系統健康和安全。劇烈的人類(lèi)活動(dòng)改變了DOM的來(lái)源、特性。
圖3 中科院寧波觀(guān)測研究站站長(cháng)期觀(guān)測采樣（汪文東拍攝）
DOM作為環(huán)境中最為活躍的化學(xué)成分之一，對污染物（如重金屬和有機污染物等）的環(huán)境行為和生物有效性均產(chǎn)生重要影響。近年來(lái)，DOM對污染物的環(huán)境行為的研究已成為生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)和環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的研究熱點(diǎn)。土壤有機碳中DOM的占比極小，但它卻是地表水和地下水中DOM的重要來(lái)源，充當了許多微量有機或無(wú)機污染物的主要遷移載體或助溶劑。
常規污染物與DOM的區別
水環(huán)境當中的常規污染物一般是指水污染常規分析指標，是對水質(zhì)監測、評價(jià)、利用以及污染治理的主要依據。其主要指標有：臭味、水溫、渾濁度、pH值、電導率、溶解性固體、懸浮性固體、總氮、總有機碳（TOC）溶解氧（DO）、生化需氧量（BOD）、化學(xué)需氧量（COD）、細菌總數、大腸菌群、重金屬和有機污染物等。
圖4 人類(lèi)活動(dòng)造成的溶解性有機物排放 （汪文東拍攝）
不同于常規污染物，DOM成分復雜，有不同結構且分子量大小不一，其中人類(lèi)排放的DOM對環(huán)境影響最為顯著(zhù) （Williams et al.,2016）（圖4）。DOM的表征技術(shù)豐富多樣，其中光譜技術(shù)由于簡(jiǎn)單易操作成為較為常用的一種技術(shù)。根據光譜特性的不同可將DOM分為有色溶解性有機質(zhì)（CDOM）和熒光溶解性有機質(zhì)（FDOM）。而通過(guò)熒光激發(fā)-發(fā)射矩陣（Excitation-Emission Matrix，EEM）結合平行因子分析（PARAFAC）可對FDOM的熒光組分進(jìn)行解析，其熒光特性指標可表明其熒光組分的來(lái)源。
相對于重金屬和有機污染物等常規污染物，DOM的結構復雜，來(lái)源多樣。目前的研究對DOM影響其他污染物的毒性方面已有大量的研究，但DOM其本身的毒理方面的研究才剛剛開(kāi)始?，F有的部分研究表明，DOM具有遺傳毒性、雌激素效應，可抑制藻類(lèi)生長(cháng)，對細菌具有急性毒性等作用。
DOM的分布有哪些特性
DOM在流域生態(tài)系統中分布廣泛。城郊生態(tài)系統是生態(tài)系統服務(wù)沖突最激烈的區域，DOM在城郊生態(tài)系統分布受到人類(lèi)活動(dòng)的影響。正在經(jīng)歷快速城鎮化過(guò)程的寧波樟溪流域的觀(guān)測結果顯示，DOM的指標（DOC，CDOM和FDOM）濃度在不同人口密度區域中差異明顯（圖5）。季節數據相關(guān)分析表明，DOM的分布具有季節變化和區域分布的異質(zhì)性，說(shuō)明強烈的人類(lèi)活動(dòng)對DOM的區域分布具有決定作用。
圖5 流域DOC、CDOM、FDOM濃度的季節變化（Tang et al.， 2020）
與人類(lèi)活動(dòng)有哪些關(guān)聯(lián)
近年來(lái)，我國正經(jīng)歷著(zhù)快速的城鎮化過(guò)程，城鎮化過(guò)程導致了水體中DOM 濃度與性質(zhì)的改變。人類(lèi)活動(dòng)，如污水排放、土地覆蓋和景觀(guān)格局的改變、土地利用方式的轉變等，都顯著(zhù)改變了DOM的濃度和特性。
樟溪城郊流域的觀(guān)測結果表明，城鎮化過(guò)程中的人類(lèi)活動(dòng)（包括農業(yè)活動(dòng)等）造成了DOM熒光組分和特性的變化，其類(lèi)蛋白類(lèi)熒光組分與人類(lèi)活動(dòng)的強度密切相關(guān)。生態(tài)風(fēng)險評估結果顯示，接近自然生態(tài)系統的子流域區域風(fēng)險較小，而在人類(lèi)活動(dòng)頻繁干擾的區域（農田和城鎮）則具有較大的生態(tài)風(fēng)險。表明人類(lèi)活動(dòng)改變了水生態(tài)系統中DOM的含量和特性并對生態(tài)系統造成負面影響。 因此，人類(lèi)活動(dòng)造成的DOM進(jìn)入流域生態(tài)系統的生態(tài)風(fēng)險需要進(jìn)一步關(guān)注。
圖6 溶解有機物生態(tài)風(fēng)險圖 （a）雨季。（b）旱季 （Tang et al.， 2020）
參考文獻：
1. Podgorski, D.C., Zito, P., Mcguire, J.T., Martinovic-Weigelt, D., Spencer, R.G.M., 2018. Examining Natural Attenuation and Acute Toxicity of Petroleum-Derived Dissolved Organic Matter with Optical Spectroscopy. Environ. Sci. Technol. 52（11）, 6157-6166.
2. Tang, J.F., Wang, W.D., Yang, L., Qiu, Q.L.L., Cao, C.L., Li, X.H., 2020. Seasonal variation and ecological risk assessment of dissolved organic matter in a peri-urban critical zone observatory watershed. Sci. Total Environ. 707.
3. Williams, C.J., Frost, P.C., Morales‐Williams, A.M., Larson, J.H., Richardson, W.B., Chiandet, A.S., Xenopoulos, M.A., 2016. Human activities cause distinct dissolved organic matter composition across freshwater ecosystems. Global Change Biol. 22（2）, 613-626.
來(lái)源：中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所
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