成果简介
近日，云南大学生态与环境学院高原湖泊生态与治理研究院周起超课题组联合中国科学院南京地理与湖泊研究所周永强博士等在Environmental Science and Ecotechnology上发表了题为“Optical measurements of dissolved organic matter as proxies for CODMn and BOD5 in plateau lakes”的论文。本研究站位云贵高原区域尺度，提出并验证了溶解性有机物（DOM）光谱特性对湖泊CODMn和BOD5的指示能力，发现利用DOM吸收系数（a254）和荧光组分（C1-C5）可指示水体CODMn和BOD5的变化（68 lakes, n = 271, R2 > 0.7, P < 0.0001），且多元线性回归模型优于一元的。同时，雨季DOM光谱指标对CODMn和BOD5的指示能力高于旱季，中营养湖泊DOM光谱特性对CODMn和BOD5的指示能力优于贫营养和富营养湖泊，森林土壤淋溶液DOM光谱特性对BOD5的指示能力弱于生活污水但对CODMn的指示能力相当，意味着在实际应用中需考虑水文时期、湖泊营养状态及不同来源水体间的差异，亦需关注有关推算模型的本地化。
引言
有机污染物在水环境中大量耗氧，在水处理中易形成致癌性副消毒产物，直接威胁着水生态系统健康和人类饮用水安全，实现水体有机污染的有效监测是对其进行科学防治的前提。当前，化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）等传统的有机污染检测方法存在耗时长、误差大或二次污染风险等问题。DOM作为水体有机物的重要成分，其光谱测量具有快速简便及环境友好的特点，还能提供有机物的来源组成等信息，在理论上具有指示COD和BOD的潜力。为此，本研究基于2017—2018年采集的68个云贵高原湖泊的271个样品进行分析，探究了DOM吸收系数（a254）和荧光组分（C1-C5）指示水体CODMn和BOD5的潜力，同时利用2014—2016年采集的云贵高原6个湖泊的独立数据集和2021年开展的模拟试验进行了验证。
导读内容一：DOM光谱可用于指示高原湖泊CODMn和BOD5
DOM光谱特性、CODMn和BOD5是用于检测水体有机物的指标，三者在水环境监测与评价中具有理论上的相互替代使用的潜力。本研究显示，DOM光谱指标在总体上与CODMn和BOD5均有明显的强关联性。以DOM光谱指标a254、C1‒C5为自变量，CODMn和BOD5分别作为因变量构建了多元线性回归模型，发现DOM光谱指标对CODMn和BOD5具有较好的指示能力（R2 > 0.7），表明DOM光谱特性具有被用于指示CODMn和BOD5的潜力。
导读内容二：DOM光谱对CODMn和BOD5的指示能力因时因地而异
通常，受外来物质输入、紫外辐射、水温、微生物活性等因素的影响，不同季节、不同营养状态湖泊和不同来源水体的DOM光谱特性存在差异，这可进一步导致其对CODMn和BOD5指示能力的差异。本研究结果显示，DOM光谱特性对CODMn和BOD5的指示能力具有明显的旱雨季差异和不同营养状态湖泊间的异质性：雨季DOM光谱指标对CODMn和BOD5的指示能力高于旱季；DOM光谱特性对中营养湖泊CODMn和BOD5的指示能力优于贫营养和富营养湖泊。就两种不同来源水体的比较而言，森林土壤淋溶液DOM光谱特性对BOD5的指示能力弱于生活污水，而其对CODMn的指示能力相当。针对6个湖泊的验证结果显示，本研究构建的多元线性回归模型适用于其CODMn和BOD5的整体推算，说明在区域尺度上DOM光谱特性能很好地指示CODMn和BOD5，以反映水体有机污染程度。
小结
DOM的光谱测量可以用来追踪湖泊水体CODMn和BOD5的变化，且基于多元线性回归（MLR）模型的指示能力优于一元线性回归模型。由于DOM自身特征的时空异质性，在利用DOM光谱指标构建的MLRs模型对CODMn和BOD5的指示（预测）能力也存在时空差异，如雨季的优于旱季、中营养型湖泊的优于贫营养和富营养湖泊，且区域尺度的预测模型不总适用于单个湖泊。因此，基于DOM光谱特性的CODMn和BOD5推算模型还需根据水文时期和湖泊特征等进行调整以提高精度。
作者简介
通讯作者：周永强，中国科学院南京地理与湖泊研究所副研究员，获国家自然科学基金优秀青年基金、江苏省优秀青年基金、中国科学院院长特别奖、中国科学院优秀博士学位论文奖、江苏省优秀博士学位论文奖、江苏省科学技术奖一等奖等，并入选中国科学院青年创新促进会会员。主要从事湖库溶解性有机物迁移转化和碳排放等方面研究，以第一或通讯作者在Global Change Biology、Geophysical Research Letters、Earth-Science Reviews、Environmental Science & Technology、Water Research、Limnology and Oceanography等地理学、湖沼学及环境领域主流期刊上发表SCI论文30余篇，总计被引次数近5000次，授权国家发明专利5件，软著5项。
通讯作者：周起超，云南大学生态与环境学院高原湖泊生态与治理研究院研究员、博士生导师，云南省“万人计划”青年拔尖人才（2019），水科学领域经典期刊Aquatic Sciences编委。主要从事湖沼学方面的教学科研与社会服务工作，主持国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目子课题、云南省科技计划项目及地方委托课题等10余项；以通讯或第一作者在Global Change Biology、Water Research、Environmental Science and Ecotechnology和《湖泊科学》等主流期刊发表学术论文30余篇，参与作者论文20余篇，授权专利2项，合作专著3部；较系统地开展了以云贵高原（典型）湖泊光热过程及浮游植物演变等为代表的现代湖沼学研究，直接或间接地为有关湖库的水生态环境保护治理与管理提供了思路借鉴与方案。
第一作者：杨炫，硕士研究生，毕业于云南大学国际河流与生态安全研究院、高原湖泊生态与治理研究院，硕士期间以第一作者（含并列）发表学术论文4篇，获云南省优秀硕士学位论文，现就职于浙江安防职业技术学院。
论文信息
原文标题：Optical measurements of dissolved organic matter as proxies for CODMn and BOD5 in plateau lakes
引用信息：Yang, X., Zhou, Y., Yang, X., Zhang, Y., Spencer, R. G., Brookes, J. D., ... & Zhou, Q. (2024). Optical measurements of dissolved organic matter as proxies for CODMn and BOD5 in plateau lakes. Environmental Science and Ecotechnology 19: 100326.