三种典型赤潮藻的散射特性研究

基于室内藻液配比实验的实测数据研究了抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens)、强壮前沟藻(Amphidinium carterae)及海洋原甲藻(Prorocentrum micans)的散射特性。结果表明,3种典型赤潮藻的归一化散射光谱存在较大差异,但红光波段675 nm处叶绿素强吸收引起的散射谷均非常明显,而蓝绿光波段散射谷的波长位置却有所不同;400 nm、550 nm、660 nm、750 nm波段的散射系数与叶绿素浓度均存在非常高的相关性,回归曲线因藻种差异变化较大;绿蓝、红蓝及红绿波段的散射比与叶绿素浓度均存在正相关关系,表明随叶绿素浓度增加水色逐渐趋近于长波颜色,回归曲线也因藻种差异变化较大。     

螺旋鱼腥藻土嗅素的产生和分布规律

在12L玻璃瓶中,对富营养底泥培养条件下螺旋鱼腥藻生长时土嗅素的产生情况进行了研究.结果表明,随着螺旋鱼腥藻生物量增加,土嗅素产生量增大,最大浓度可达626ng/L,远超出人体可感知浓度(10ng/L).嗅味物质在螺旋鱼腥藻生物量出现最大值前76h达到最高浓度.生长过程中,土嗅素主要分布在螺旋鱼腥藻细胞内,占总含量的85%~95%,远高于胞外含量.培养初期底泥刚向水体中释放氮时,藻细胞更倾向利用类异戊二烯合成土嗅素,导致土嗅素与叶绿素含量比值增大;随着水体中的氮含量逐渐充足,土嗅素与叶绿素含量比值趋于稳定,维持在0.0015左右.因此,当野外水体的氮含量充分时,螺旋鱼腥藻土嗅素产生量的变化可通过叶绿素含量的变化得到反映.     

巢湖水体散射和后向散射特性研究

湖泊水体散射特性的研究对湖泊水色要素遥感反演模型的发展具有重要的意义.本研究利用AC-S和ECO-BB9实测了巢湖水体的散射系数和后向散射系数,在分析光谱变化特性的基础上,构建了悬浮颗粒物散射系数和后向散射系数的幂函数光谱模型,获得的光谱指数分别为0.86和3.24.研究发现悬浮颗粒物散射系数与TSM和ISM都存在较好的线性函数关系,进而提出水体中总悬浮颗粒物的比散射系数为0.6364(10-3m2·mg-1),无机悬浮颗粒物的比散射系数为0.9108(10-3m2·mg-1).同时,分析了悬浮颗粒物后向散射率和折射指数的变化,其变化范围分别为0.003～0.026和1.02～1.06.     

水体有机和无机颗粒组分变化对散射和后向散射特性影响研究

研究颗粒物的比例构成对散射及后向散射特性的影响,对推动水色遥感的发展具有重要的意义。本文结合2017年6月和9月秦皇岛附近海域的实测数据,获取了各站位有机颗粒（POM）、无机颗粒（PIM）的浓度以及散射、后向散射等光谱参数,并进行了相关性分析。结果表明,受水体颗粒物浓度的影响,各波段比后向散射系数的变化幅度明显增大,变异系数CV最大值出现在550 nm处;通过建立散射、后向散射系数与总悬浮颗粒物浓度（SPM）以及与PIM和POM之间的关系模型发现,水体的后向散射受水体颗粒物构成影响较大,与有机、无机颗粒物浓度之间的模型精度较高,均方根误差（RMSE）的变化范围为0.0094~0.0143,模型精度在700 nm处最好;同时,分析了无机颗粒物的比例构成（PIM/SPM）对散射效率和后向散射效率的影响,得出相对于散射效率Q_be,后向散射效率Q_bbe受无机颗粒物比例构成影响最大,但是Q_bbe与PIM/SPM的相关性并不是很高,决定系数R2为0.4。     

基于水体固有光学特性的太湖浮游植物色素的定量反演

基于2005-05～2005-08对太湖全湖不同湖区92个样点吸收系数、光束衰减系数、后向散射系数等固有光学特性测定与计算,选择色素浓度反演的最佳波段组合,利用反射率比建立了太湖叶绿素a,叶绿素a与脱镁叶绿素的定量反演模型.结果表明,全湖4次采样叶绿素a、脱镁叶绿素的变化范围分别为3.9～149.8μg·L^-1、均值为(38.14±28.89)μg·L^-1;0～45.8μg·L^-1、均值为(8.49±7.24)μg·L^-1,存在很大空间差异,湖心区和草型湖区的东太湖、胥口湾、贡湖湾色素浓度一般要低于其他湖区.同样吸收系数和后向散射系数也存在很大的空间差异,a_t(440)的变化范围为0.86～23.25 m^-1、均值为(6.21±3.31)m^-1,b_t(550)的变化范围0.05～2.25m^-1、均值为(0.72±0.52)m^-1,东太湖、胥口湾、贡湖湾的值要低于其他湖区.400～650nm随波长增加总吸收系数大致呈下降趋势,680nm附近存在1个峰值,峰值的强弱与水体中色素浓度有关,而到720nm以后则逐渐增加,后向散射系数随波长增加则逐渐降低.反射率比R(706)/R(682)能较好地用于太湖色素浓度的反演,叶绿素a、叶绿素a与脱镁叶绿素之和幂函数反演的决定系数R²分别达0.823、0.864 5.模型能用于包括湖面反射率受湖底和沉水植物影响的全太湖.     

富营养化水体中光学活性物质的垂向分布及其对遥感反射光谱的影响

富营养化水体中光学活性物质的垂向分布对水下光场分布具有重要影响,决定了水色参数定量遥感反演的精度.基于2011年8月和11月在太湖进行的垂直分层采样,分析了水体中光学活性物质含量的垂向分布特征,并探讨了其影响因素及其对水体遥感反射光谱的影响.结果表明,风速是影响富营养化水体中光学活性物质垂向分布的重要因子之一.风速较小(小于3.0 m·s~(-1))或无风时,表层叶绿素a浓度急剧增加,易形成水华;而风速大于5.0 m·s~(-1)时,水体发生垂直混合,底层叶绿素a浓度最大;其它风速条件下,叶绿素a浓度在某一水深处出现极大值.在风速小于5.0 m·s~(-1)的情况下,悬浮物浓度和有色溶解有机物(CDOM)的垂向分布相对均一;当风速超过5.0 m·s~(-1)时,底泥再悬浮过程对两者的贡献较大.在未发生藻华情况下,0~0.5 m水深范围内的叶绿素a浓度均值与波段比值的相关系数最大(r=0.86),对水体遥感反射比的影响较大;而表层悬浮物浓度对水体遥感反射比的影响最大,研究结论可为水色参数含量的精确估算提供方法论支持.     

石家庄春季大气气溶胶的散射特征

利用2010年5月积分浊度仪、PCASP-X2和能见度仪的观测资料,分析了石家庄大气气溶胶的散射特征及其与气溶胶粒子浓度、能见度、气象条件的关系.结果表明,观测期间,450,550,700nm 3个波段的气溶胶散射系数平均值±标准差分别为(257±293),(199±237)和(143±173)Mm-1,散射系数的变化很大,但气溶胶微物理特征相对比较稳定.散射系数日变化呈3峰分布,峰值出现在8:00、13:00和0:00.以550nm波长为例,气溶胶散射系数的变化范围为144~308Mm-1,夜间散射系数大于白天,非晴天散射系数平均值(524.9Mm-1)是晴天散射系数(112.3Mm-1)的4.7倍.气溶胶3个波段后向散射比均大于0.15,说明石家庄细粒子污染比较严重.散射系数和体积浓度成正比,但由于局地气象条件和污染源的影响,有气溶胶体积浓度变大,散射系数变化不大的情况出现.气溶胶散射系数和能见度呈负相关;根据Koschmieder公式计算得到的能见度,能较好反映实际观测情况.当大气相对湿度较高时,气溶胶散射系数随湿度增大呈现两种不同的变化趋势,即一部分气溶胶的散射系数有明显的增大,而另一部分则随着相对湿度的增加并未增大,反而比干气溶胶散射系数要小.局地风场也会影响气溶胶散射特性.     

基于QAA算法的巢湖悬浮物浓度反演研究

QAA(quasi-analytical algorithm)算法基于辐射传输原理,估算水体后向散射系数,是目前较为成熟的半分析模型方法.2009年6月对巢湖水体进行野外实测,在获得遥感反射率、吸收衰减系数、悬浮物浓度(cTSM)等数据的基础上,构建了巢湖水体cTSM的近红外双波段反演模型,并将QAA算法计算得到的后向散射概率作为输入,以期提高cTSM的反演精度.结果表明,①对巢湖水体而言,807 nm和834 nm是构建近红外双波段模型的最佳波段,807 nm处的单位散射系数为0.411 m2.g-1,834 nm处的单位散射系数为0.395 m2.g-1;②利用QAA算法计算得到的巢湖水体的后向散射概率为0.029,将该值输入反演模型后,cTSM的反演精度与输入其他经验值相比得到明显提高,反演值与实测值的均方根误差RMSE和平均相对误差绝对值MAPE分别达到12.143 mg.L-1和24.378%;③在cTSM较高的站点(近似高于30 mg.L-1),利用近红外双波段模型反演的悬浮物浓度结果更为稳定和可靠.     

铜绿微囊藻和孟氏颤藻在富营养化湖泊中生长特征的模拟研究

为了模拟富营养化状态下2种蓝藻在湖泊中的生长特征,采用大型室内湖泊模拟装置进行了模拟研究,并通过三角瓶实验以及光合作用速率的响应实验对模拟装置中藻的生长特征进行了分析.湖泊模拟装置中,铜绿微囊藻和孟氏颤藻在对数生长期的特征生长速率分别为0.43d-1和0.32d-1,但对数生长期很短,仅3～4d.在对数期后有一个很长的"线性期",即生物量随时间近似成线性增长.在氮、磷较为充分的条件下,由于较强的光合作用导致了水体pH的升高,以及生物量增高导致了藻的自遮蔽作用,使藻的生长容易出现碳源限制和光限制.受水下光的影响,2种藻细胞内叶绿素a含量在对数期内一直增大.随后颤藻细胞内叶绿素a含量又逐渐降低,而微囊藻细胞内叶绿素a含量仍保持较高的水平,其原因可能是微囊藻能适应更高的pH.     

辽东湾MODIS生物光学算法研究(Ⅰ)算法适用性评估

辽东湾是典型的复杂二类水体,我们利用2002～2004年在辽东湾现场实测的叶绿素a数据(分光法、荧光法和HPLC法),以及水面之上法现场实测的离水辐射率和遥感反射率数据模拟的MODIS各相应波段值对MODIS海洋水色算法进行了评估.评估的MODIS生物光学算法有四个,即CZCS_pigm、chlor_MODIS、chlor_a_2和chlor_a_3算法.结果表明,两个一类水体生物光学算法(CZCS_pigm和chlor_MODIS)反演值与分光法和荧光法测试分析结果相比,算法均低估了叶绿素a浓度,与HPLC分析结果相比算法高估了叶绿素a浓度;两个二类水体算法(chlor_a_2和chlor_a_3)与所有叶绿素a分析方法相比,均高估了叶绿素a浓度.根据MODIS生物光学算法在辽东湾的具体表现,我们认为HPLC法分析的叶绿素a浓度更适合于作为海洋水色算法评估的现场检验依据.叶绿素a浓度的反演值和实测值之间较低的相关系数则显示MODIS两个一类水体算法所采用的波段比值不适合本海区.     

黄连根茎浸提物对绿藻的毒理作用

黄连根茎和制剂具有抗菌等作用,广泛用于水产养殖,所造成水生态风险需要评估.试验设置总生物碱为0(CK),0.088(T1)、0.44(T2)和1.76 mg·L-1(T3)的黄连根茎浸提液(CRE)4种处理,研究了对斜生栅藻和蛋白核小球藻的毒理作用.结果表明,T1抑制绿藻生长,T2和T3使绿藻生长和繁殖停止;它们均显著降低绿藻叶绿素和蛋白质含量,说明CRE抑制光合作用和蛋白质合成是绿藻生长繁殖速率降低和死亡的直接原因.CRE使氢离子和胞内物质外流,导致藻液p H值显著降低和电导率提高.在T1和T2处理中,绿藻细胞SOD活性先升后降;在T3处理中,SOD活性显著降低.说明在CRE暴露初期,低中浓度的CRE诱导绿藻细胞产生抗性,随暴露时间增长或直接暴露在高浓度的CRE下,抗氧化酶系统被破坏.同样,随着CRE浓度增大,丙二醛含量增加,意味着绿藻细胞膜结构破坏,透性增加.CRE总体上对蛋白核小球藻的危害作用大于斜生栅藻.在水产养殖中,滥用黄连根茎或制剂,以及大规模集约化种植黄连对水体初级生产力具有潜在的生态风险.     

缺镁胁迫对普通小球藻光合生理及油脂积累的影响

小球藻是一种重要的生物资源,它在生产微藻燃料、提取生物活性物质以及水环境修复等方面具有广阔的应用,因此研究小球藻的生理生化特性具有重要的意义.镁离子在微藻的生长过程中起到了很重要的作用,不仅是叶绿素结构的中心原子,还是一些代谢途径中关键酶的辅因子.采用批次培养的方法,在对普通小球藻(Chlorella vulgaris)光合自养培养过程中,研究了在缺镁胁迫条件下的普通小球藻的光合生理及油脂积累的变化.结果表明,在缺镁胁迫条件下,普通小球藻的生物量、蛋白含量、叶绿素a含量、叶绿素b含量分别降低了20%、43.96%、27.52%、28.07%,而总油脂含量增加了19.60%;普通小球藻的最大光能转化效率Fv/Fm降低了22.54%,而非光化学淬灭qN显著高于正常培养条件.本研究结果表明缺镁胁迫抑制了普通小球藻中叶绿素的合成,从而影响了光合作用的进行,导致普通小球藻生长受到抑制、蛋白质合成受阻,从而使其碳同化进入油脂的合成代谢,增加了普通小球藻油脂含量.     

pH对米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)种群生长、营养吸收及无机碳亲和力的影响

随着海水酸化以及沿海赤潮爆发诱发水体pH的上升,pH对海洋藻类生理生态影响逐渐为人类所关注。本实验以东海常见赤潮藻米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)为研究对象,研究不同pH对其生理状态的影响。结果显示,pH对米氏凯伦藻的生长、营养吸收、叶绿素、光合速率以及对无机碳的亲和力存在显著影响。当pH=6.2时,米氏凯伦藻的生长受到抑制,细胞生长速率,营养盐吸收率,最大光合速率以及对无机碳的亲和力都最低;当 pH=8.2时,细胞的生长最快,对营养盐的吸收也最快而且最大光合速率达到最高; pH=7.2和9.2时,藻细胞能维持较高的生长,且对无机碳的亲和力高于pH=8.2实验组。总而言之,过高或过低的pH胁迫会引起米氏凯伦藻生理状态的不良变化,尤其当pH过低时米氏凯伦藻生理状态受到严重影响。     

氮负荷升高对螺-附着藻-苦草生态关系的影响

本文设计了双因子(氮负荷升高、有无螺类)受控实验,研究了氮负荷升高(太湖正常氮负荷的3倍)对螺-附着藻-苦草关系的影响.结果表明,氮负荷升高处理明显提高了水体总氮、总溶解氮、叶绿素a等指标的含量,显著增加了附着生物干重,进而抑制了苦草生长;与正常氮负荷处理组相比,3倍氮负荷处理组中苦草的相对生长率、株高和叶片数分别降低了33%、25%和13%.环棱螺降低了附着生物干重和水体叶绿素a含量,明显促进了苦草生长.氮负荷升高和环棱螺存在对水体各项理化指标、附着生物干重和苦草的各项生长指标均无交互作用.此外,氮负荷升高还降低了环棱螺的生长速率.分析认为,氮负荷升高对沉水植物生长的抑制机理主要体现在浮游藻类与附着生物生物量增加的抑制效应;环棱螺的存在虽然在一定程度上减弱了这种效应,但由于氮负荷升高还同时使环棱螺生长率降低,削弱了其对附着生物的牧食压力,从而使得附着生物对苦草生长的抑制作用加强.因此,氮负荷升高使螺-附着藻-沉水植物之间的生态关系失衡,也可能是氮浓度较高的富营养湖泊中沉水植被稀少的重要原因.     

海洋细菌Marinobacter adhaerens HY-3分离鉴定及对中肋骨条藻的化感作用

菌藻化感作用是一种极其复杂的生理、生态学现象.从虾蟹混养池分离得到1株海洋细菌,经16S rRNA序列比对确定为Marinobacter adhaerens HY-3,选择我国常见赤潮优势种中肋骨条藻(Skeletonema costatum)作为对象,研究海洋细菌与其种间化感效应,利用共培养和添加细菌胞外代谢物,以S.costatum生长量及叶绿素a含量为参数,研究细菌对S.costatum生长及光合作用的影响.结果表明,菌液浓度104以上对S.costatum生长产生抑制,培养至第10 d,104、106、108组藻生长量分别是对照组的70%、23%、22%;叶绿素合成量是对照组88%、62%、60%;抑制效应随菌浓度的增加有逐渐增加的趋势.添加细菌胞外代谢物,对S.costatum生长无影响;因此,M.adhaerens HY-3对S.costatum存在一定的化感作用,对其生长及光合作用均产生较大的影响;S.costatum与M.adhaerens HY-3的种间相互作用,是由菌藻细胞的直接接触进行,代谢物不存在化感作用因子.     

Allelopathic effect of Acorus tatarinowii upon algae

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡ .ｔａｔａｒｉｎｏｗｉｉＳｃｏｔｔ,ａｐｅｒｅｎｎｉａｌｉｍｍｅｒｇｅｄｈｅｒｂｉｎｗｅｔｌａｎｄｓ ,ｂｅｌｏｎｇｓｔｏＡｒａｃｅａｅ ,Ａｃｏｒｕｓ.ＩｔｓｆｌｏｒｅｓｃｅｎｃｅｗａｓｆｒｏｍＡｐｒｉｌｔｏＪｕｌｙａｎｄｉｔｓｒｈｉｚｏｍｅｗａｓｆｒａｇｒａｎｔ.ＩｔｉｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｏｖｅｒｔｈｅＳｏｕｔｈｐａｒｔｏｆＣｈｉｎａ ,ＥａｓｔＩｎｄｉａｎ ,ＶｉｅｔｎａｍａｎｄＮｏｒｔｈＴｈａｉｌａｎｄ .Ｉｔｗａｓｃｏｍｍｏｎｉｎｗｅｔｌａｎｄｓ ,ｂｒｏｏｋｓｏｒｔｈ…     

辽东湾MODIS生物光学算法研究(I) 算法适用性评估

辽东湾是典型的复杂二类水体,我们利用2002~2004年在辽东湾现场实测的叶绿素a数据(分光法、荧光法和HPLC法),以及水面之上法现场实测的离水辐射率和遥感反射率数据模拟的MODIS各相应波段值对MODIS海洋水色算法进行了评估。评估的MODIS生物光学算法有四个,即CZCS_pigm、chlor_MODIS、chlor_a_2和chlor_a_3算法。结果表明,两个一类水体生物光学算法(CZCS_pigm和chlor_MODIS)反演值与分光法和荧光法测试分析结果相比,算法均低估了叶绿素a浓度,与HPLC分析结果相比算法高估了叶绿素a浓度;两个二类水体算法(chlor_a_2和chlor_a_3)与所有叶绿素a分析方法相比,均高估了叶绿素a浓度。根据MODIS生物光学算法在辽东湾的具体表现,我们认为HPLC法分析的叶绿素a浓度更适合于作为海洋水色算法评估的现场检验依据。叶绿素a浓度的反演值和实测值之间较低的相关系数则显示MODIS两个一类水体算法所采用的波段比值不适合本海区。     

营养盐水平对念珠藻胞外有机物产生的影响

以我国湖泊典型固氮蓝藻发状念珠藻(Nostoc flagelliforme)为研究对象,考察了氮、磷营养盐对发状念珠藻生长特性及其胞外有机物产生的影响.采用藻细胞浓度计数法表征发状念珠藻生长特性;分别采用溶解性有机碳(DOC)、三维荧光光谱(EEM)和紫外-可见光谱法,从总量和主要物质方面分析了发状念珠藻胞外有机物的产生规律.结果表明,在不同氮、磷营养水平下,发状念珠藻的4个关键生长时期基本相同,氮是控制发状念珠藻生长的关键营养控制要素;氮营养元素浓度的增高,有利于发状念珠藻产生胞外有机物,其产生量逐渐增大,而磷营养元素浓度的增高对胞外有机物产生量贡献较小,氮营养盐是发状念珠藻产生胞外有机物的关键限制因子;通过EEM谱图分析,发状念珠藻胞外有机物主要以类氨基酸类物质和类富里酸物质为主.以磷为控制营养盐时,类富里酸是主要的胞外有机物之一,以氮为控制营养盐时,类富里酸产生量极低;作为主要的胞外有机物,蛋白质和碳水化合物的产生规律显著不同,其中蛋白质含量显著高于碳水化合物含量.