基于机器学习方法的太湖叶绿素a定量遥感研究

为了比较评价人工神经网络和支持向量机2种机器学习算法在水质遥感中的应用能力,本研究首先从基础理论和学习目的入手,对比分析了2种机器学习算法的理论体系;其次,以太湖为例,基于MODIS遥感影像,构建了反演太湖叶绿素a浓度的2种机器学习方法模型,通过对模型的验证、稳定性和鲁棒性分析以及全湖反演结果对比3个方面评价了2种模型的泛化能力.验证结果表明,支持向量机模型对验证样本预测结果的均方差根和平均相对误差分别为5.85和26.5%,而人工神经网络模型的预测结果均方差和平均相对误差则高达13.04和46.8%;稳定性和鲁棒性评价亦说明,以统计学习理论为基础的支持向量机模型具有更加良好的稳定性、鲁棒性,空间泛化能力优于人工神经网络模型;2种机器学习算法对太湖叶绿素a的浓度分布反演结果基本一致,但人工神经网络模型因其学习目标设定和网络构建中的“过学习”等缺陷,造成了对东太湖以及湖心区叶绿素a的反演结果与实际监测结果差异较大.     

生态修复水生植物根际氨氧化细菌的研究

为研究水生植被恢复对底泥氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)种群的影响,选取在生态修复中广泛使用的4种水生植物,芦苇(Phragmites communis)、窄叶香蒲(Typha angustifolia L.)、菹草(Potamogeton crispus L.)和荇菜(Limnanthemun nymphoides),采用最大可能数法(most pmbable number,MPN)计数AOB的数量,巢式聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(nested polymerase chain reaction-denaturing gradienl gel electmphoresis,nested PCR-DGGE)及条带回收测序的方法分析AOB的主要种类.结果显示,水生植物根际AOB密度显著高于无水生植物的表层底泥,而芦苇(2.8×105cells/g)和菖蒲(4.3×10'celts/g)又明显高于菹草(9.3 x 104cells/g)和荇菜(7.7×104 cells/g).水生植物根际呈氧化环境,而NH 4的浓度低于无水生植物的对照区.DNA测序结果显示尽管不同植物根际AOB主要种类有所区别,但基本属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).此类微生物群落在水生植物根际的聚集对促进生态修复中N元素的循环具有重要作用.     

水质遥感在太湖叶绿素a时空分布动态变化研究中的应用

通过研究MODIS遥感数据与太湖现场监测数据之间的规律,确定了一个基于MODIS数据的叶绿素a指数,并以此为基础构建出一个具有普适性的、反映太湖叶绿素a时空分布动态变化的反演模型,为太湖藻类爆发的机理、预警研究以及水环境管理累积数据,提供决策依据。     

烷基酚类化合物的联合雌激素效应

利用鲫鱼卵黄蛋白原诱导作用的雌激素效应研究烷基酚类化合物的联合雌激素效应,通过对鲫鱼血浆卵黄蛋白原含量的相对变化和化合物暴露浓度的非线性回归分析得出17β-雌二醇(E2)、辛基苯酚(PP)、壬基苯酚(p353-NP)及其等毒性同定比例混合物雌激素效应的剂量-反应关系,应用相加作用数学模型根据单个化合物的剂量反应关系可预测混合物效应,各化合物非线性回归分析结果均以Weibull函数拟合效果最好,决定系数R2分别为0.93,0.94,0.96和0.81,半效应浓度值EC50及其95%置信区间分别为0.092(0.080-0.107),63.89(53.90-71.26),152.61(140.11-168.38),11.11(8.54-14.00)μg·l-1;在各个浓度范围内,得出的混合物效应与通过浓度相加或反应相加模型计算得出的混合物效应有很好的一致性,而简单效应相加法得出的结果误差较大;表明了3种雌激素化合物呈现相加作用方式,在低于单个化合物的有效作用浓度下也会产生显著的混合物效应,效应大小取决于化合物的作用性质、暴露量和质量比例.     

水华期间太湖梅梁湾微囊藻原位生长速率的测定

2007 年8 月太湖发生水华期间采用细胞分裂频率法(FDC)对太湖梅梁湾蓝藻的原位生长速率进行了测定.结果表明,微囊藻的细胞分裂频率有明显的日变化规律,即白天高,最大值约为20%;夜晚低,最小值约为5%.计算得到4 个采样点蓝藻原位生长速率分别为0.23,0.19,0.37,0.26d-1.实验同时测定了水体的营养盐水平和叶绿素a 的含量,表明较高的细胞分裂频率可能与水体中较高的营养盐水平、叶绿素a 含量有关.     

应用流式细胞技术研究种群初始状态对藻类毒性效应的影响

应用流式细胞技术研究种群初始状态的变化及外源种群介入对藻类毒性效应的影响.结果表明:初始细胞密度的增加可以降低Cu2 的毒性效应.当微囊藻初始细胞密度从103上升到105cells·ml-1时,24h Cu2 处理后微囊藻酯酶活性的EC50值从4.4μg·l-1上升到37μg·l-1.而外源种群(栅藻、小球藻)的介入也可降低Cu2 对微囊藻的毒性效应.     

流式细胞技术应用于生态毒理学的研究方法及进展

流式细胞技术(flowcytometry,FCM)能精确敏感地测定种群丰度、细胞分布及单个细胞生理生化特性.它已被广泛应用于医学和海洋学领域,最近,这种技术开始逐渐应用到生态毒理学研究中.本文综述了目前流式细胞技术用于生态毒理学研究中的方法及进展,并对今后发展作了展望.图2参35     

菌根真菌对环境污染物的降解、转化能力概述

菌根是高等植物与真菌形成的共生体，菌根真菌与许多微生物一样，也能有效的降解，转化的环境污染物，且有其自身的特点和优势。该文综合叙述了国内外在菌根真菌外在苗条奶真菌降解和转化木质素，多氯联苯，除草剂，有毒金属等环境污染物方面的研究进展，显示出菌根真菌是一大类具有较大应用潜力的，不容忽视的微生物群。     

活性铝对小麦谷胱甘肽和丙二醛含量的影响

利用铝在不同pH值条件下形态分布的差异,研究活性铝2种主要形态(A la、A lb)对小麦根、茎、叶中还原型谷胱甘肽(GSH)和丙二醛(MDA)含量的影响,探讨活性铝对植物的氧化胁迫及植物的抗铝机制。试验营养液中总铝浓度设置为0μmol.L-1(CK)、25μmol.L-1(T1)和75μmol.L-1(T2),各剂量组营养液的pH值分别调至4.0、4.5、5.0和5.5。研究结果表明,较低浓度的活性铝(A la和A lb)显著影响小麦根、茎、叶中GSH含量,根与叶中GSH存在一个激发、增长和消耗的过程;T2组叶中GSH含量在pH 4.5时降至最低值,同时叶中MDA存在积累,表明在此条件下,活性铝对小麦形成了最大氧化胁迫。     

应用流式细胞技术研究铜对藻细胞膜完整性及脂酶活性的影响

应用流式细胞技术(FCM)及PI/FDA染色方法,在不同Cu2浓度处理后,从细胞膜完整性、脂酶活性两方面同时研究了Cu2 处理对微囊藻细胞的急性毒性作用.检测结果表明,在不同浓度Cu2 处理M.aeruginousa1h时,PI荧光检测显示藻细胞膜的完整性几乎没有受到影响,而FDA荧光检测则表明藻细胞的脂酶活性在一定浓度受到刺激.在Cu2 处理24h时,随着Cu2 浓度的增高,PI和FDA荧光强度变化的概率均呈明显的浓度抑制型变化,说明在此时Cu2 作用下FDA荧光的下降,不仅与细胞内脂酶活性受到抑制有关,而且也是高浓度Cu2 作用下细胞膜受损而导致细胞内含物外流的结果.图3参16