一种水质分析方法:基于GOCI影像的东平湖叶绿素a浓度估算

目前我国水环境质量差,水生态受损严重,约1/3的重点湖泊呈富营养状态,叶绿素a浓度直接反映水中藻类物质的含量,是衡量湖泊富营养化的重要参数.而常规的单点采集方式已无法满足快速大面积获取水质状况的需求,因此研究非接触式的遥感反演方法是十分必要的.本实验以东平湖为研究区,基于GOCI多光谱影像通过QAA反演算法实现叶绿素a浓度的估算及精度验证.实验结果表明:利用QAA算法反演的叶绿素a浓度精度优于传统的经验模型,同时该模型具有较好的移植性,其次由反演结果的分布情况可以看出居民生活区集中的湖区沿岸叶绿素a浓度较高,大量生活污染物的排放可能是造成叶绿素a浓度高的原因.     

芦苇化感物质EMA对铜绿微囊藻生理特性的影响

研究了芦苇产生的化感物质2-甲基乙酰乙酸乙酯(EMA)对铜绿微囊藻呼吸作用、光合作用和抗氧化酶体系的影响.结果表明,在实验条件下,EMA能提高铜绿微囊藻的呼吸速率,使培养瓶中的CO₂浓度升高;降低铜绿微囊藻的光合作用速率,促进了铜绿微囊藻叶绿素a的降解,使其含量降低;较低浓度的EMA提高了铜绿微囊藻的过氧化物酶、超氧化物歧化酶和脱氢酶的活性,而更高浓度的EMA则显著降低了这些酶活性(α=0.05).高浓度EMA抑制铜绿微囊藻的抗氧化酶体系并促进藻类叶绿素的降解可能是其抑藻机理之一.     

混合抗生素对铜绿微囊藻的生物效应

选取SP(螺旋霉素)和AM(阿莫西林)为目标化合物,研究二者的混合物对铜绿微囊藻的生长、Chla(叶绿素a)合成及微囊藻毒素合成与释放的影响. 结果表明:SP与AM以等毒性〔ρ(SP)∶ρ(AM)为1∶7,ρ(SP+AM)为4~15 μg/L〕混合时,铜绿微囊藻的生长及Chla的合成均受到抑制,并且ρ(SP+AM)越高,抑制作用越明显,在ρ(SP+AM)为15 μg/L时生长抑制率最大,为109.86%;SP与AM以等浓度〔ρ(SP)∶ρ(AM)为1∶1,ρ(SP+AM)为1~10 μg/L〕混合,ρ(SP+AM)≤4 μg/L时促进铜绿微囊藻的生长,ρ(SP+AM)为1 μg/L时促进作用最明显,铜绿微囊藻的比生长率高出对照组39.13%;ρ(SP+AM)≥5 μg/L时则抑制铜绿微囊藻生长;而Chla的合成在各试验浓度下均受到抑制. SP与AM对铜绿微囊藻的联合毒性表现为拮抗作用. 混合抗生素在各试验浓度和混合配比条件下,均导致藻细胞内藻毒素合成量的上升,并引起胞外藻毒素的释放量增加,ρ(SP)∶ρ(AM)为1∶7且ρ(SP+AM)为5 μg/L组释放比例最高,达到37.96%. 因此,混合抗生素的存在可导致铜绿微囊藻对水环境的危害进一步加深.      

利用高光谱反演模型评估太湖水体叶绿素a浓度分布

叶绿素a浓度是评价水体富营养化和初级生产力的一个重要参数,高光谱遥感是获取叶绿素a浓度的有效手段.为建立太湖水域叶绿素a的最佳高光谱估算模型,选取2015年5—7月共计60组同步实测高光谱数据和叶绿素a浓度数据,在地面光谱反射率和叶绿素a浓度相关性分析的基础上,使用2∶1的数据样本进行太湖水域叶绿素a的最佳高光谱估算模型的建立和验证,筛选模型分别为波段比值、三波段、荧光峰位置、峰谷距离、一阶微分、NDCI(Normalized Difference Chlorophyll Index)、峰面积、荧光峰高度、WCI(Water Chlorophyll-a Index)和四波段模型.结果表明,建模得到的四波段模型决定系数最高,峰面积模型的决定系数相对最低;四波段模型的反演精度最高,均方根误差(RMSE)为0.00376 mg·L~(-1),平均绝对误差(MAPE)为27.86%,而WCI模型的反演精度相对最低,RMSE为0.01231 mg·L~(-1),MAPE为45.11%.将反演精度最高的四波段模型应用于2015年8月3日的两景HSI(Hyperspectral Imaging Radiometer)高光谱影像数据,也得到较高精度,利用同步实测叶绿素a浓度验证的决定系数为0.7643,RMSE为0.00433 mg·L~(-1),MAPE为45.62%.在春、夏季叶绿素对水体光学特性占主导作用且叶绿素分布均匀的情景下,本研究可为太湖水域叶绿素a的高光谱反演和水环境监测提供有价值的参考,其它季节水体光谱特点的研究尚待进一步开展.     

查干湖叶绿素a浓度高光谱定量模型研究

叶绿素a含量能够在一定程度上反映水质状况,利用高光谱遥感可获得叶绿素a的诊断性光谱特性,较好解决了常规遥感中出现的问题.利用野外高光谱仪在查干湖进行了反射光谱测量和同步水质采样分析,通过分析水体叶绿素a浓度与其高光谱反射特征之间的相关关系,尝试采用多种半经验算法建立叶绿素a高光谱定量模型.结果表明:单波段光谱反射率与叶绿素a浓度的相关系数较小,不宜用于估算叶绿素a浓度,反射率比值法和一阶微分法与叶绿素a线性相关程度都比较高,决定系数分别为0.71和0.48,而且其显著水平p<0.01,皆可以用于叶绿素a的定量遥感,但反射率比值算法模拟效果好于一阶微分算法.这为今后利用星载高光谱传感器在查干湖进行叶绿素a浓度大面积遥感反演提供了研究基础.     

苦草与铜绿微囊藻的相互化感作用

在排除细菌作用和营养竞争的实验室条件下,对苦草和铜绿微囊藻进行混合培养和分开培养,探讨了苦草和铜绿微囊藻的相互化感作用.结果表明,苦草的存在对铜绿微囊藻的生长有明显的抑制;铜绿微囊藻对苦草生长的抑制,必须与藻对苦草的遮光作用相结合才能完成.藻的丙二醛(MDA)积累和藻叶绿素a含量降低表明,苦草释放的化感物质可能造成了铜绿微囊藻细胞内活性氧的增多,影响了正常的光合作用,导致藻细胞死亡.铜绿微囊藻则是通过减弱光照和减少苦草叶绿素a含量,导致苦草生物量减少.     

利用Hyperion高光谱数据的三波段法反演太湖叶绿素a浓度

以2004-08-19太湖野外试验所获取的水质数据(叶绿素a浓度7.8~154.3μg.L-1,总悬浮物浓度65.0~190.2 mg.L-1,N=38)和同步的Hyperion星载高光谱数据为研究对象,利用三波段算法反演太湖水体的叶绿素a浓度.通过分析太湖固有光学量的特点,提出适用于太湖的3个特征波段的选择依据,并对波段进行优化计算,在此基础上建立了三波段统计模型,最后对模型的反演精度进行分析与评价.结果表明,Hyperion的B34(691.37 nm)、B37(721.90 nm)和B50(854.18 nm)组成三波段模型变量与叶绿素a浓度具有最高的相关系数(r=0.934),模型的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.872和13.93μg.L-1,其反演精度优于传统经验统计模型,如比值模型(R2=0.844,RMSE=15.41μg.L-1)和一阶微分模型(R2=0.831,RMSE=16.00μg.L-1).研究结果证实了三波段法适用于内陆富营养化浑浊水体和Hyperion高光谱数据,为今后更精确地反演内陆水体的叶绿素a浓度提供了参考依据.     

枯草芽孢杆菌对铜绿微囊藻抑制效果的研究

为探讨枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的抑制效果,在实验室条件下,研究了枯草芽孢杆菌不同生长时期(延迟期、对数期、稳定期和衰亡期)无菌滤液对铜绿微囊藻生长的影响、枯草芽孢杆菌抑制铜绿微囊藻生长的作用方式以及无菌滤液影响下铜绿微囊藻丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和光合色素含量的变化.结果显示:枯草芽孢杆菌对数期、稳定期和衰亡期滤液抑藻效果明显好于延迟期,作用第8d,对铜绿微囊藻的去除率分别达到81.19%、91.41%、91.82%;4个处理组铜绿微囊藻的叶绿素a含量均显著低于对照组.添加稳定期滤液后,铜绿微囊藻MDA含量显著升高,SOD活性先升高后降低;在对光合色素的影响中,类胡萝卜素受到的影响不如叶绿素a显著.结果表明,枯草芽孢杆菌对铜绿微囊藻的抑制效果是通过分泌胞外物质实现的,且分泌物具有很强的热稳定性.推测该胞外分泌物能够破坏光合色素,影响光合作用,抑制藻细胞的生长;同时抑制SOD活性,使细胞膜脂过氧化程度不断加深,进而破坏藻细胞的完整性,表现出对藻很强的抑制效果.     

1997—2007年东海叶绿素a质量浓度的时空变化分析

分析了1997—2007年由SeaWiFS卫星获得的我国东海ρ(叶绿素a)的时空变化特点.结果表明,ρ(叶绿素a)多年平均值在近海明显高于外海,近海往外快速递减,最高值位于长江口大沙滩. 东海ρ(叶绿素a)呈明显的年周期性变化,波峰基本出现在3—4月,波谷在7—8月.在近11年间,ρ(叶绿素a)及距平呈下降趋势,最显著的是在东海近海海区. ρ(叶绿素a)及距平的变化具有明显的区域性,东海北部近海多年的月均值最高〔ρ(叶绿素a)>2.0 mg/m3〕,南部近海和台湾海峡次之(0.8～2.0 mg/m3),东海北部和南部外海最小〔ρ(叶绿素a)<1.0 mg/m3〕. 近海主要受到陆地径流带来富营养盐的影响,ρ(叶绿素a)高、变化幅度大、周期短,东海外海及台湾海峡主要受到高温寡营养盐的黑潮及其分支影响,ρ(叶绿素a)低、变化幅度小、周期长.      

基于激发荧光光谱的浮游植物分类测量方法

 提出了一种基于激发荧光光谱的浮游植物快速分类测量方法.根据激发荧光光谱特征将淡水浮游植物分成蓝色组、绿色组和褐色组3 组.选用铜绿微囊藻、小球藻和脆杆藻分别作为蓝色组、绿色组和褐色组的代表,通过对标准纯种培养体和混合培养体的全波长激发荧光光谱进行多元线性回归计算,得到混合培养体各组分的叶绿素a 浓度.结果表明,计算得到的铜绿微囊藻、小球藻和脆杆藻浓度的误差分别为1.67%~12.70%,0.91%~12.70%,6.11%~40.20%,平均误差为5.44%、6.44%和20.71%.使用带宽20,10,4nm 的4 波段(中心波长为440,480,520,610nm)代替全波长激发荧光光谱计算表明,3 种藻类组分误差与全波长激发荧光光谱计算结果误差十分相似.20,10nm 波段宽度铜绿微囊藻、小球藻和脆杆藻的平均误差分别为5.57%、7.16%、20.52%和7.13%、7.42%、20.02%;4nm 波段宽度的平均误差显著增大,分别为8.85%,13.07%,30.67%.     

川蔓藻对两种常见浮游藻类的化感作用

选取沉水植物川蔓藻与浮游藻类普通小球藻、铜绿微囊藻为研究对象,测定在川蔓藻共培养胁迫下2种藻单独存在和按1：1（V：V）混合情况下的光密度、叶绿素a、最大光化学量子产量、相对电子传递速率、可溶性糖、丙二醛以及超氧化物歧化酶活性的变化.结果表明：在川蔓藻存在的条件下,普通小球藻、铜绿微囊藻和二者混合藻的生长被快速强烈抑制,抑制率在第6d时达到最大值,分别为80.95%、94.18%和94.01%.3个处理组的光密度值、叶绿素a、可溶性糖及最大光化学量子产量等指标均低于对照组,且随时间呈明显的下降趋势,说明其光合能力逐渐减弱.而丙二醛和超氧化物歧化酶指标在0~6d却高于对照组,表明可能发生了浮游藻类膜质过氧化过程.     

荷花不同部位浸出液对3种淡水藻类生长的影响

文章探讨了荷花不同部位(茎和叶)浸出液对铜绿微囊藻、蛋白核小球藻及四尾栅藻生长的影响,为利用荷花化感物质减少湖泊富营养化提供基础。结果表明荷花不同部位的浸出液对3种藻类均有抑制作用,荷花叶浸出液抑制效果好于荷花茎浸出液。荷花不同部位浸出液对藻类的半浓度效应(EC5)0各不相同,荷花叶浸出液对四尾栅藻的EC50为4.21 g/L,抑制效果最好;铜绿微囊藻及蛋白核小球藻的EC50值分别为5.35 g/L、9.92 g/L;荷花茎浸出液对铜绿微囊藻、蛋白核小球藻及四尾栅藻的EC50值分别为9.52 g/L、7.28 g/L、6.90 g/L。     

不同pH下对硝基酚(p-NP)对小球藻和斜生栅藻的毒性

为研究水体中典型有机污染物的环境基准,考虑环境因子对污染物生物效应的影响,选取生长速率(μ),无可观察效应浓度(NOEC),最低可观察效应浓度(LOEC)和半抑制浓度(EC₅₀)为指标,研究了不同pH(7,8和9)对小球藻(Chlorella vulgaris)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的生长以及对对硝基酚(p-NP)毒性的影响. 结果表明:pH为7～9时,小球藻和斜生栅藻均可正常生长,但各自最适生长的pH不同,小球藻的最适生长pH为8,而斜生栅藻的最适生长pH为9. p-NP对小球藻和斜生栅藻的毒性均随pH的增大而降低,pH为9时毒性最小,但p-NP对斜生栅藻的毒性比对小球藻的大,即斜生栅藻对p-NP要比小球藻更敏感. 因此,在研究p-NP的水生态基准时,应该考虑pH的影响.      

再生水补充景观水体中藻类的生长比较

以太原市污水净化二厂二级出水作为景观水体补水水源,比较了以再生水为培养基的小球藻、斜生栅藻、鱼腥藻和针杆藻的生长情况,利用Logistic对数形式模型拟合了藻类在纯培养和共培养条件下的生长曲线.结果表明,在纯培养和共培养条件下,4种藻类的生长情况均为小球藻>斜生栅藻>鱼腥藻>针杆藻.其中,针杆藻的竞争能力较差;鱼腥藻虽然有较强的增殖能力,但并不处于优势地位;斜生栅藻能与小球藻形成竞争,较适宜在该水质条件下生长;小球藻具有较强的竞争优势,为该水质条件下的优势藻种.以污水二厂二级出水为景观水体补水时,应重点防止绿藻尤其小球藻的过度生长.      

小球藻对Cu2+的吸附性能及动力学研究

研究了小球藻对Cu^2 的吸附行为,探讨了小球藻在不同生长时期、吸附液的DH值、离子强度、光照等因素对吸附的影响及其吸附机理,同时对其吸附动力学进行了初步研究。结果表明,培养5d左右的小球藻对Cu^2 的吸附能力最强;吸附液的pH值在6～8之间时,小球藻对Cu^2 有较好的吸附作用;加强光照可以促进小球藻对Cu^2 的吸附;吸附液离。子强度的增强会降低小球藻对Cu^2 的吸附作用。研究还表明,在小球藻对Cu^2 吸附的起始阶段,吸附速率较快,随温度的升高吸附速率增大,且吸附反应为一级反应,并推算出吸附反应的活化能Ea=43．69kJ／mol。     

小球藻生产生物柴油关键培养条件的摸索

当今世界能源的短缺和水体富营养化的发生严重阻碍了社会经济的发展。基于微藻培养的污水深度处理和生物柴油生产耦合系统,可以在很大程度上减缓这两方面的压力。在模拟实验条件,以不同氮磷比、光周期、光强及温度对小球藻生产生物柴油关键培养条件进行探索。培养小球藻至生长稳定期后,提取脂类物质,计算脂类物质占小球藻的干重比,从而摸索出微藻合成脂类物质最优条件。通过对实验结果处理和分析,得出在氮磷比为16,光周期为16:08,光照强度为4 000 Lux,温度为20℃条件下培养小球藻,用索氏提取器提取脂类物质,产生的脂类物质的含量最高,可以为高效的生物柴油生产提供基本的信息。     

一种复方洗手消毒液对两种微藻毒性的研究

文章以小球藻和纤细裸藻为对象,研究了以三氯生作为主要灭菌剂的某复方洗手消毒液对其生物量和叶绿素荧光指数Fv/Fm 的影响。结果显示:洗手液浓度大于01 mL/L时对小球藻的生长有抑制作用,大于02mL/L时小球藻的PSⅡ反应中心受到胁迫,且Fv/Fm无法恢复到正常水平;洗手液浓度大于0.2mL/L时对纤细裸藻的生长有抑...     

纳米银对小球藻光合作用和呼吸作用的影响

使用硼氢化钠还原硝酸银,聚乙烯醇(PVA)作为分散剂,制备出粒径为(7 ± 3)nm的纳米银,分别使用计数法和溶解氧法,研究了纳米银对小球藻(Chlorella vulgaris)生长、光合作用和呼吸作用的影响,并调查了对叶绿素a的抑制状况.结果显示,黑暗条件下加入3mg/L的纳米银,基本抑制了小球藻的呼吸作用,当暴露于4mg/L的纳米银时,小球藻生长的抑制率为93%;而光照条件下加入10mg/L纳米银时,才能抑制其光合作用,此时对小球藻生长的抑制率达到90%.光照时,叶绿素a在10mg/L纳米银的作用下,抑制率达到77%.研究表明了纳米银对小球藻呼吸作用有很强的抑制作用,对光合作用的影响可能通过抑制叶绿素a的合成或破坏叶绿体的结构来完成;光照能够明显减弱纳米银的毒性.     

营养条件对污水中小球藻生长及产能效应的影响

以过滤的富营养化的鱼塘废水为培养液,添加外源的碳、氮、磷元素,考察污水中不同的外源无机碳浓度、总氮浓度、总磷浓度对小球藻(Chlorella vulgaris)的生长、油脂含量和烃类含量的影响。在25℃、光照强度为4 500 Lux、光暗比为12L:12D的条件下培养10 d。单因子方差分析和多重比较结果表明:(1)以Na2CO3做碳源,小球藻生物量和烃类含量在外源无机碳浓度为6 mg/L时最高,油脂含量在外源无机碳浓度为12 mg/L最高。(2)以KNO3做氮源,小球藻生物量在总氮浓度为25 mg/L时最高,油脂含量在总氮浓度为15 mg/L时最高,烃含量在总氮浓度为20 mg/L时最高。(3)以KH2PO4做磷源,小球藻生物量和烃类含量在总磷浓度为2 mg/L时最高,油脂含量在总磷浓度为1.5 mg/L时最高。     

浮珠浮选法中浮珠材料对小球藻采收效率的影响

浮珠浮选法是目前一种新的微藻采收方法,其中浮珠材质对于采收效率具有重要影响。为选取采收效率高的浮珠材料及其探索在采收过程中与小球藻的作用机理,以普通小球藻为例,选用目前较为常见的硅硼酸钠、空心玻璃珠、粉煤灰和乳胶颗粒作为浮珠材料进行分析,发现硅硼酸钠采收效率最高,在不添加药剂的条件下可达到63.24%。浮珠颗粒和微藻粘附过程中在16.6 nm时出现第二能穴,硅硼酸钠表面疏水性和粗糙度是影响采收率的主要因素。