Karaktärisering av naturligt löst organiskt material i ett nyligen översvämmat område Chen och Zheng (2012) har undersökt hur halten naturligt organiskt material i ytvatten korrelerar mot olika andra vattenkemiska parametrar i ett dämt biflöde till Yangtzefloden i Kina. Jättedammen De tre ravinernas damm (Three Gorges Dam) invigdes 2006 efter 15 års byggnation. Det är världens största dammanläggning som sträcker sig 60 mil uppströms från dammbygget vid Yichang i Hubei till staden Chongqing.
Av: Kenneth M Persson
För att bygga världens största damm måste världens största landyta översvämmas. Effekterna på flora, fauna, vattenbalans och vattenkvalitet blir betydande. Chen och Zheng har fått ett projekt beviljat av China National Programme of Water Pollution Control and Treatment för att undersöka vad som händer med den organiska fraktionen i vatten sedan marken översvämmats.
Mera specifikt har de undersökt halten organiskt material i floden Xiaojiang, ett biflöde till Yangtze uppströms dammen. I sin studie använde de det statistiska verktyget parallell faktoranalys (PARAFAC) för att tolka fluorescerande excitation-emissionsmatriser (EEM) av ytvattenprover från det dämda avrinningsområdet. Under en kampanj i november 2010 samlades totalt 14 prover av ytvatten in från Xiaojiangs avrinningsområde. Man valde att genomföra provtagningen samlat under en dag för att ha samma vattenstånd och omsättningshastighet i vattenvolymen. På så sätt kunde yttre faktorer som påverkar vattenkemin minimeras.
Avrinningsområdet består av tämligen mycket berg med begränsad industriell verksamhet och hög andel skogstäckt mark i bergen. Innan området översvämmades växte vass och gräs blandat med grönsaksodling. I artikeln finns latitud- och longitudkoordinater för alla provtagningsplatser. Organiskt kol förekommer på många sätt i vatten och har olika ursprung. NOM kan härstamma från autoktona eller alloktona processer. Autoktont NOM kommer från de akvatiska processerna i vattnet medan alloktont NOM kommer från urlakning av jord och nedbrytning av högre växtmaterial. NOM påverkar på många sätt vattnets egenskaper varför dess ursprung, sammansättning och metabola tillgänglighet måste beaktas när en vattenmiljö bedöms.
UV-absorption och fluorescensspektroskopi kan användas för att skatta vilket slags NOM som finns i vatten. UV-absorbans mäts typiskt vid 254 nm. Om absorbansen delas med halten löst organiskt kol (DOC) fås kvoten SUVA254. Förhållandet mellan fluorescensintensiteten vid 470 nm och 520 nm efter excitation vid 370 nm ger fluorescensindex (FI). SUVA254 korrelerar väl med hur mycket aromatiska föreningar som finns i NOM. FI kan användas för indikera varifrån NOM kommer. Parallell faktoranalys (PARAFAC) är ett statistiskt verktyg som kan användas för att identifiera korrelationer mellan underliggande fluorescerande NOM- fraktioner. EEM mättes med en Varian Cary Eclipse fluorometer, där excitationsvåglängden varierades mellan 224 och 580 nm, medan emissionsvåglängden valdes mellan 250 och 600 nm. Skanningen gjordes stegvis med 2 nm intervall. Bandbredden för serierna sattes till 5 nm.
Resultaten visade att ytvattnet hade liten påverkan av industri och jordbruk. SUVA254 var lågt (<5 l/g/cm) medan FI var högt (ca 2,1 FI). Lågt SUVA254 indikerar huvudsakligen mikrobiellt kol från extracellulär omsättning eller urlakning från alger och bakterier. Låga FI-värden (ca 1,4 FI) tyder på NOM av terrestert ursprung medan högt FI-värde (ca 1,9 eller högre) tyder på NOM från akvatiska organismer.
Två fluorescerande NOM-fraktioner (beskrivna som humussyror (HA) och fulvosyror (FA)) detekterades med EEM och korrelerades positivt med flera parametrar för vattenkvalitet, nämligen koncentrationen löst syrgas, DOC, löst Kjeldahl-kväve och total fosforhalt.
Andra vattenkvalitetsparametrar (total kväve, partikulärt kväve, partikulärt fosfor, löst fosfor, löst nitrat, pH och kemisk syreförbrukning) korrelerade antingen inte alls eller bara med den ena av de två EEM-komponenter. Partikulärt kväve korrelerade signifikant till fulvosyra, men inte till humussyra.
Illustration ej längre tillgänglig.
Korrelationer med p<0,05. Stjärnmärkta (*) har p<0,01.
DO = dissolved oxygen, löst syre
DOC=löst organiskt material
254 nm = absorbans vid 254 nm
Part-N = partikulärt kväve
EEM-mätningar tillsammans med PARAFAC-modellering kan användas som ett komplement till gängse vattenkemivariabler (t.ex. näringsämnen) för att bedöma inbördes förhållandena mellan naturliga löst organiskt material och den kemiska profilen. EEM har fördelen att det är en rättfram fluorescensmätning utan omfattande upparbetning av provet. På så sätt skulle mätningarna kunna användas praktiskt, till och med som daglig driftindikator. Påverkan på råvatten från regn och snösmältning, liksom utsläpp från industri och dagvatten skulle kunna mätas med EEM.
Fluorescensmätningar överhuvudtaget är intressanta just tack vare deras enkelhet och omedelbara svar. Men för att de skall ge användbara resultat behöver mätningar upprepas frekvent så att en statistisk bas byggs upp för hur det specifika råvattnet varierar under året.
Källa: Hao Chen och Binghui Zheng (2012): Characterizing natural dissolved organic matter in a freshly submerged catchment (Three Gorges Dam, China) using UV absorption, fluorescence spectroscopy and PARAFAC. Water Science & Technology | 65.5 | 2012; doi: 10.2166/wst.2012.939
Artikeln i Water Science & Technology finns att köpa här.
