天然溶解有机质对湖泊和流域水环境系统中各种物理、化学和生物过程都能够产生重要影响，特别是在有毒金属和有机污染物的化学形态、毒性和迁移转化行为方面起着关键控制作用。由于溶解有机质化学组成、结构和来源的复杂性，研究具有相当的难度。本项目以淡水湖泊和河流为研究对象，对有机质生物地球化学和生态环境效应进行了较为系统的研究，在有机质分离分析技术、有机质与金属相互作用、有机配位体和有机质地球化学特征等方面取得了一些重要进展。本项成果不仅为现代有机生物地球化学研究提供了范例，更重要的是阐述和揭示了有机质及其与金属相互作用过程中的某些重要特征，加深了对水环境中微量金属的生物地球化学行为和生态环境效应的认识，为水环境中有毒污染物毒性预测、评估、治理决策和环境修复提供了理论依据，共同推动了水环境和生物地球化学学科的发展。

主要研究成果如下：

1、改进了已有的有机配位体液相色谱分离技术, 首次从水环境中同时分离出金属铜的强与弱有机配位体；建立了以分子荧光、超滤、高效液相色谱及其与质谱等方法联用的系统特征方法，对有机配位体的分子量分布、化学结构和分子荧光特征，及它们与金属结合能力的关系进行了深入研究。揭示了强弱有机配位体的来源和生物地球化学行为的差异性，发现所有不同分子量大小的有机配位体都具与腐殖质荧光相似的荧光特征，而只有大分子量的有机配位体具有独特的、与蛋白质荧光相似的荧光特征；有机配位体与金属的结合能力随分子量的增大而增强；结合能力强的有机配位体与新近生物活动有关，而结合能力较弱的有机配位体主要与难降解的腐殖物质有关。

长期以来，人们之所以一直不能对有机配位体进行深入细致的研究，其中一个重要因素就是天然水体中有机配位体的含量很低，无法将其分离出来，同时缺乏系统特征手段。本项成果为金属有机配位体生物地球化学这一新领域提供了示范研究，为进一步认识其生物地球化学循环和生态环境效应有十分重要的意义，为建立金属毒性预测模型提供了原始数据。

这些成果发表在《Environmental Science & Technology》,《Organic Geochemistry》，《Biogeochemistry》和《Geochemical Journal》等国际杂志上。这些论文发表后受到了广泛的关注，其中Environ. Sci. Technol.(2001, 35, 3646-3652)的论文在2002－2003年被SCI收录论文他人引用7次。瑞士联邦研究所湖沼研究中心环境毒理学家和Environ. Sci. & Technol.刊物副主编Sigg教授认为“All three reviewers think that this work is significant with respect to the characterization of Cu-ligands”。应邀参加Nollet教授主编的《Chromatographic Analysis of the Environment》(Third edition, revised and expanded)（Marcel Dekker Inc, New York）专著中撰写一章。

2、建立了水环境中色氨酸分析技术，首次揭示了色氨酸在沉积物早期成岩过程的行为与其选择性硅藻细胞壁保存有关；证实了国际上长期以来有关溶解有机质蛋白类荧光特征与色氨酸有关的猜想，澄清了其它可能的推测。尽管目前有机质化学组成中氨基酸组分已经比较清楚，但色氨酸在水环境中的浓度、形态和地球化学行为一直是个谜。与其它生物必需氨基酸组分相比，色氨酸有较长的脂肪链，在异养生物代谢过程中难由许多其它氨基酸合成。因此，本项研究对认识色氨酸和其它氨基酸组分在水环境中的生物地球化学行为和水生生物营养学具重要的理论和实际价值。同时，这对进一步研究有机质化学结构、荧光发光机理及其生物地球化学循环具有十分重要的价值，也为运用分子荧光法研究水环境中某些生物化学组分的生物地球化学循环提供了关键的理论依据。该成果发表在《Chemical Geology》,《Analytical Sciences》和《Biogeochemistry》等国内外刊物上。

英国Reynolds教授在Water Research的论文中使用了大段的文字介绍了这一工作。其分析方法和研究方法已被日本等多国学者运用于海洋生物地球化学领域，并取得了重要进展，他们的进展连续发表在Marine Chemistry刊物（2003，82，145-160，255-271）上；同时他们也证实了我们的研究结论。

3、较为系统地研究了云贵高原一些水环境中溶解有机质地球化学特征，揭示了有机质物理和化学结构之间的一些相互关系特征。水环境中溶解有机质光降解主要受酸度和铁催化作用的影响，酸性环境中有机质降解能力较强的原因主要是芳香族物质对酸度敏感性造成的，有机质降解的行为主要受其中富里酸降解行为的控制。这些成果为在分子水平上认识溶解有机质特征、生物地球化学行为及其生态环境效应有十分重要的意义。该成果发表在《Biogeochemistry》、《地球化学》和《环境科学》等国内外学术刊物上。

美国湖沼和海洋学会(ASLO)前主席、国际著名生物地球化学家Wetzel教授评价认为我们发表在《Biogeochemistry》（2003，65, 245-257.）的工作对生物地球化学学科有贡献，为有机质复杂的化学内在关系研究开创了新途径。《Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences》杂志两个评审员一致将有关溶解有机质光降解影响因素的工作评为“重要发现”，他们认为：富里酸光降解对pH和铁非常敏感的发现对认识水环境中有机质的迁移转化有十分重要的价值。

4、研究了云贵高原湖泊和河流等水环境中微量金属如铁，铜和汞与溶解有机质之间的相互作用，丰富了有机质之间的金属桥键结合理论。揭示了水环境中微量金属在不同分子量有机质的分布规律，结果表明：强结合能力金属如Fe和Cu主要优先分布在大分子量有机分子中，而弱结合能力的金属如Th，U和Mo等则较多地分布在小分子量有机分子中；对于过渡金属元素，金属结合能力与分子量大小一致，Cu>Ni>(Co, Zn, Cr)>Pb>Cd，符合国际著名的Irving-Williams系列。这些结果与结合动力学结论得到了相互引证。研究了多种地球化学因素如pH, 阴阳离子, 溶解有机碳含量及紫外辐射对某些有毒金属如汞和甲基汞与有机质相互作用的影响机制。这些成果论文发表在《Biogeochemistry》和《Journal of Analytical and Atomic Spectrometry》和《Organic Geochemistry》等国内外重要学术刊物上。

代表性论文目录

1. F.C. Wu, et al., 2004. Molecular size distribution characteristics of the metal-DOM complexes in stream waters by high-performance size-exclusion chromatography and high-resolution inductively coupled plasma mass spectrometry. Journal of Analytical and Atomic Spectrometry19: 979－983.

2. F.C. Wu, et al., 2004. Complexation between Hg(II) and dissolved organic matter in stream waters: An application of fluorescence spectroscopy. Biogeochemistry 71, 339-351.

3. F. C. Wu, E. Tanoue and C.Q. Liu, 2003. Fluorescence and amino acid characteristics of molecular size fractions of DOM in the waters of LakeBiwa. Biogeochemistry 65, 245-257.

4. F.C. Wu and E. Tanoue, 2002. Tryptophan in the sediments of lakes from Southwestern China Plateau. Chemical Geology 184, 139-149.

5. F.C. Wu and E. Tanoue, 2001. Isolation and partial characterization of dissolved copper-complexing ligands in streamwaters. Environmental Science & Technology 35, 3646-3652.

6. F.C. Wu et al., 2001. Molecular mass distribution and fluorescence characteristics of dissolved organic ligands for copper (II) in Lake Biwa, Japan. Organic Geochemistry 32, 11-20.

7. F.C. Wu et al., 2001. Geochemical characterization of organic ligands for copper (II) in different molecular size fractions in Lake Biwa, Japan. Organic Geochemistry 32, 1311-1318.

8. F.C. Wu et al., 2001. Fluorescence properties of organic ligands for copper(II) in LakeBiwa and its Rivers. Geochemical Journal 35, 333-346.

9. F.C. Wu et al., 2001. Sensitive determination of dissolved tryptophan in freshwater in alkaline hydrolysis and HPLC. Analytical Sciences 17, 1063-1066.

据SCI统计，以上9篇代表性论文均为SCI收录论文，目前被SCI收录论文他人引用23次，单篇最高引用次数7次。