鄱陽湖黃色物質光學特性的初步研究

朱小花

【摘 要】黃色物質是水體的重要組成成分，研究其光譜吸收性質及濃度遙感反演對監測鄱陽湖水體成分變化及水色遙感的研究具有重要意義。今年來隨著鄱陽湖流域的經濟快速發展，水土流失導致水文環境發生改變，對湖泊和濕地生態安全帶來隱患，因而對鄱陽湖的生態保護及有效監測水體成分變化亟不可待。根據2014年6月份實測數據，研究鄱陽湖黃色物質的光學特性并與前人研究結果進行對比，分析黃色物質的濃度變化。結果表明：實測的黃色物質濃度呈現隨波長增加指數遞減的規律，在短波段附近具有強烈吸收，在近紅外波段或者700nm附近吸收幾乎為零。

【關鍵詞】鄱陽湖；黃色物質；光學特性

黃色物質（Chromophoric dissolved organic matter，CDOM）又稱有色可溶性有機物，存在于所有水體中，被認為是全球有機碳重要的活性儲庫之一，主要由腐質酸、富里酸等成分組成，主要是土地和浮游植物分解的產物。黃色物質對紫外波段的光線具有強吸收性質，限制了紫外線在水中的穿透，并且黃色物質在吸收了紫外輻射后易發生化學降解，能夠把大分子有機物分解為小分子有機物和無機鹽，有利于微生物和浮游植物的生長。郭衛東在黃色物質光學性質的研究中發現，在自然光照射下，九龍江口的黃色物質在自然光輻射下易發生光化學分解。黃色物質在藍光波段附近表現為高吸收，這種吸收與泥沙、葉綠素a的吸收重合，影響了浮游植物的生物量，研究黃色物質的光學特性對懸浮泥沙和葉綠素a的吸收特性研究起到重要作用。國外研究黃色物質的時間較早，Stedmon等研究發現格陵蘭島海水的黃色物質吸收系數ag（375）的范圍是0.05-0.77m-1；Boss等在黃色物質吸收特性的研究中發現海域內黃色物質吸收系數隨泥沙濃度的增減而增減；王林等對黃海北部黃色物質研究發現ag（400）變化范圍為0.18753-10.2616m-1，Sg（250-275）在0.01461-0.2644m-1之間；馮龍慶等對太湖冬季黃色物質研究發現ag（355）變化范圍為1.83-7.34m-1，梅梁灣水域存在最高值濃度。在前人的研究基礎上，對鄱陽湖黃色物質的光學特性及和泥沙濃度進行進一步研究，為湖泊水環境遙感定量監測提供一定的數據資料，具有一定的理論與現實意義。

一、研究區與方法

（一）鄱陽湖概況

鄱陽湖是一個高動態的吞吐型通江湖泊，位于東經115°47′～116°45′，北緯28°22′～29°45′之間。鄱陽湖匯集贛江、修河、饒河、信江、撫河等水由入江通道注入長江。湖體受到贛江、信江、撫河、饒河和修水五大河流的來水來沙的共同影響，大量陸源經五河入湖、搬運、遷移，使得黃色物質（CDOM）長期以來成為鄱陽湖流域水生態安全、水環境研究的重點。實測站點如圖1所示，2014年6月份從都昌縣出發，共布設14個站點，站點位置主要集中在鄱陽湖主湖區，無異常數據。

（二）數據采集及處理方法

在野外數據采集中，主要對水體光譜數據（水面輻亮度（Lsw）、天空光輻亮度（Lsky）、灰板輻亮度（Lp））、水樣、站點地理坐標、水面及天氣狀況及風速風向等輔助數據進行測量，測量儀器采用ASD光譜儀，掃描范圍主要為350-2500nm。測量水面光譜數據和采集水樣要同時進行，以避免較大的測量誤差。其中水面光譜數據主要采用水面之上法進行測量。在低溫條件下保存的野外采集的水樣在室內進行過濾，使用0.2μm大小的聚碳酸酯濾膜進行過濾，濾紙使用前需浸泡在10%的鹽酸溶液中；黃色物質樣品經低溫保存后需恢復常溫，在實驗室使用紫外分光光度計測量黃色物質的光學密度。黃色物質濃度一般用其吸收系數表示，其公式表達式為：

式中ag（λ）為波段為λ時黃色物質的吸收系數；l為比色皿的長度，通常為10cm；ODs（λ）為CDOM相對于純水的光學密度；ODbs（λ）是空白純水相對于純水的光學密度；ODnull是在可見光波段或者近紅外波段黃色物質的表現殘余光學密度。

二、結果與分析

如圖2所示，為2014年6月份實測的黃色物質吸收系數隨波長變化曲線圖。由圖2可知，黃色物質吸收系數在短波段附近具有強烈吸收，在近紅外波段或者700nm附近吸收幾乎零，表現了黃色物質隨波長呈指數遞減的性質。這與宋玲玲、雷惠等的研究結果相一致。宋玲玲等在淀山湖水體的黃色物質光學特性研究中發現黃色物質濃度隨波長的增加而逐漸遞減；雷惠等在東海水域黃色物質光學特性的研究中發現CDOM吸收曲線呈隨波長的遞增而遞減的趨勢，類型不同的水體CDOM吸收系數范圍變化很大。文章選擇黃色物質在波長440nm處的吸收系數作為其濃度（ag（440））。對2014年6月份實測數據分析發現ag（440）變化范圍為0.254-0.676m-1，均值為0.395m-1，濃度高值區出現在近岸水域，離岸越遠黃色物質濃度越低，體現了黃色物質陸源輸入的特性。侯佳妮對二龍湖黃色物質的光學特性進行分析發現九月份黃色物質濃度變化范圍為0.015-0.347m-1，均值為0.147 m-1；朱偉健研究長江口黃色物質光學特性發現2009年夏季ag（440）的變化范圍為0.127-0.551m-1，均值為0.316m-1。與侯佳妮、朱偉健等的研究結果相比，鄱陽湖黃色物質濃度較高，分析其可能是研究區域的生態環境所引起。

三、結語

根據2014年6月份實測數據，對鄱陽湖黃色物質樣品進行光譜測量與分析，得到鄱陽湖黃色物質的吸收特性。選擇黃色物質在波長440nm出的吸收系數作為其濃度，實測的黃色物質濃度變化范圍為0.254-0.676m-1，結果表明實測的黃色物質濃度呈現隨波長增加指數遞減的規律，在短波段附近具有強烈吸收，在近紅外波段或者700nm附近吸收幾乎為零；并且黃色物質濃度在沿岸水域較其他水域要高，隨著離岸距離的增加，黃色物質濃度逐漸降低。與國內侯佳妮、朱偉健等研究結果相比，鄱陽湖黃色物質濃度較高。

參考文獻

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