基于“哨兵-3A”OLCI影像的太湖蓝藻水华荧光基线高度指数信号特征分析

利用新型遥感数据"哨兵-3A"卫星OLCI影像数据,基于其665,681和708 nm波段构建的"荧光基线高度"指数算法,采用SNAP 6.0遥感专业软件,计算了2017年不同季节4个典型日期太湖FLH的全湖分布及蓝藻水华区信号强度特征。以完成了瑞利散射及气体吸收订正的3个波段的遥感反射率数据计算FLH图像,结果表明,FLH数值的"负偏"程度与蓝藻水华强度有很好的对应关系,FLH值"负偏"越大,蓝藻水华越严重,可以作为比较不同季节水华强度的有效遥感指标;富营养化较严重、较为浑浊、以蓝藻为优势种的内陆水体与大洋清洁、非蓝藻优势浮游植物水体的FLH"正偏"信号特征迥异。     

湖泊蓝藻水华对连通河道水质的影响

为认知湖泊蓝藻水华灾害对连通河道的影响强度及其变化因素,以太湖梅梁湾连通河道梁溪河为例,在夏季水华期开展河道蓝藻颗粒物及氮磷和溶解氧等水质指标的逐日监测,结合河道水质指标空间变化调查,以及同期流量、温度和风场特征等水文气象因子数据,分析湖泊蓝藻水华物质对连通河道水质的影响特征.结果发现,夏季蓝藻水华暴发期间,水华颗粒物能够随水流大量进入连通的河道,进入河道的藻颗粒通量总量可观,夏季3个月梅梁湾进入梁溪河的蓝藻水华颗粒物总量达到9 733 t,与当年全湖的工程打捞量相近;由湖泊进入连通河道的水华颗粒物通量日变化很大,夏季调查期间进入梁溪河的藻颗粒通量介于75～496 t·d-1,平均值为105 t·d-1,通量大小主要受水文气象条件控制,水量、温度、风向是最主要的影响因素;携带大量蓝藻水华颗粒物的湖水进入河道后,在显著改善城市河道水体溶解氧、氨氮等指标的同时,也显著增加了河道颗粒态氮、磷等营养盐含量,对溶解态氮磷的影响较小;空间上,因蓝藻颗粒物带来的氮、磷浓度随离湖距离增加而下降,水体叶绿素浓度也迅速下降,汇入7 km之后的运河后,蓝藻颗粒物基本分解,水体颗粒态藻体叶绿素a含量由刚入河的152. 93μg·L~(-1)下降到1. 99μg·L~(-1).结果表明,受蓝藻水华问题困扰的湖泊对周边河道水质影响也很大,河湖连通过程尽管能有效缓解湖泊的湖泛灾害,解决城市河道黑臭的问题,但是对河道的营养盐等指标会产生较大影响;管理上应因河道和湖泊不同的保护目标,充分考虑湖泊水华情势及水文气象因素,制定机动灵活的调水方案,优化湖泊及河道的水生态服务功能.     

结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成风场特征

为进一步了解太湖蓝藻水华形成和分布与近地面风场的关系,利用太湖湖面及周边地区2003~2013年气象与卫星观测数据分析、并应用WRF3.5.1数值模型模拟,发现太湖蓝藻水华主要出现在卫星观测时刻前6h平均风速为0.5~3.4 m/s的区间,占比达94.7%;蓝藻水华面积总体上随风速增大而减小,大范围蓝藻水华主要出现在前6h平均风速≤2 m/s的情形下,占比达89%;风向则主要影响蓝藻水华在太湖的空间分布格局.结果表明局地风场对于太湖蓝藻水华的形成、输移和分布具有重要作用.     

基于多源数据的巢湖蓝藻水华时空分布及驱动因素分析

富营养化和有害藻类水华暴发是全世界淡水湖泊共同面临的生态环境问题之一.巢湖作为典型的内陆淡水湖泊,其富营养化水平和蓝藻水华暴发面积常年居高不下,且在各湖区表现为一定的时空分布差异.为认识和了解不同阶段巢湖蓝藻水华发生和发展基本规律,利用巢湖水上综合观测平台和卫星遥感等多源数据,获得2015~2020年水体中藻密度和水华面积的时空分布信息,并采用基于增强回归树的机器学习算法,定量评估不同阶段各环境因子对蓝藻水华影响的重要程度及相互作用关系.结果表明：①巢湖蓝藻水华表现出较大的季节变化特征,蓝藻细胞在春季开始复苏,主要在巢湖西半湖和沿岸地区形成轻度水华,水体藻密度在夏、秋季达到最大,该季节发生中等程度以上的水华频率较高.②非暴发期间,巢湖藻密度变化受物理和化学因素影响较大,二者对解释藻密度方差变化的贡献率可达80.3%,水体中高浓度溶解氧、弱碱性pH值（7.2~7.6）和适宜水温（3℃）是藻类细胞生长繁殖的有利环境条件,巢湖蓝藻水华首次暴发一般在气温稳定通过7℃初日11 d前后出现.③暴发期内,巢湖蓝藻水华发生主要受藻类生物量和气象条件的综合影响,气温、藻密度、日照时数和风速的累计贡献率为95%,各因子均存在一个有利于蓝藻水华发生的最适区间.多因子交互作用分析结果显示,在水体藻密度大、气温适宜和微风的综合作用下,巢湖蓝藻水华发生概率较高.上述研究成果分析和揭示了不同阶段巢湖蓝藻水华的时空分布特征及其主导影响因子,可为巢湖蓝藻水华防控和预测、预警提供科学依据.     

一株溶藻细菌的分离鉴定及溶藻效果

从太湖分离到一株溶藻细菌CA,该菌对铜绿微囊藻具有强烈的溶藻效果.通过形态学、生理生化特征及16SrDNA序列比对,鉴定该菌株属于水单胞菌属(Aquimonas sp.).将CA菌悬液与铜绿微囊藻共培养,10 d内铜绿微囊藻细胞降解率为100%,叶绿素a降解率为83.9%,且溶藻效果与菌悬液浓度呈正相关,与藻浓度呈负相关.CA菌体本身没有溶藻效果,但其无菌滤液可以溶藻,因此CA是通过释放物质来间接溶藻.在CA菌体的菌藻共培养液中添加少量的牛肉膏、葡萄糖或尿素,菌体显示出溶藻效果.本研究为菌株CA控制铜绿微囊藻水华提供了一种潜在的应用前景.     

湖泊沉积物中微生物群落对天然有机质输入的响应

全球气候变化和蓝藻水华暴发造成湖泊生源、陆源天然有机质（NOM）输入显著增加,以太湖藻型湖湾为例,考察沉积物中微生物群落的活性、组成及功能对不同浓度藻源有机质（POM）和陆源腐殖酸（HA）的响应特征.三维荧光分析显示POM化学多样性较高,包含易降解的类蛋白（50%）和难降解的类腐殖质组分（50%）,而类腐殖质占HA荧光组分的97%.两个月的微宇宙实验表明,对于同种NOM,沉积物中微生物矿化作用随NOM浓度升高而增强;但POM组中有机碳去除量显著高于同等浓度的HA组.胞外聚合物分析显示NOM输入有利于微生物分泌蛋白质和多糖,提高了微生物群落的聚集度和稳定性;酶活分析表明POM对脲酶、脱氢酶等有机物代谢酶的激发效应强于HA,形成了代谢更活跃的微生物群落.同时,NOM输入（尤其是POM）提高了微生物群落的物种多样性,增加了Proteobacteria和Bacteroidetes等参与有机物分解的菌群丰度,上调了与代谢相关的KEGG功能基因丰度.以上结果表明湖泊沉积物中微生物群落的活性和功能与NOM的来源和浓度有关.     

太湖蓝藻水华的自动监测和手工监测比对分析

对夏季太湖野外水华蓝藻样本进行梯度稀释,将自动监测法与手工监测法(人工镜检法和分光光度法)进行比对分析,同时通过对野外样品的连续监测对实验结果进行验证。结果表明,对于以微囊藻为绝对优势种的夏季太湖水体,YSI-6600型和EXO2型便携式水质监测仪测得的叶绿素与人工镜检法测得的藻密度的调整后相关系数(R^(2)_(adj))均值分别为0.906和0.936,高于它们与分光光度法测得的叶绿素a的R^(2)_(adj)值(0.816,0.789),且这2种指标在各蓝藻浓度区段的回归系数变化较小,变异系数分别为0.24和0.19,可根据回归方程得到的自动监测法测得的叶绿素,预测人工镜检法测得的藻密度。对同期同点位野外实际水样的监测结果表明,YSI-6600便携式水质监测仪测得的叶绿素与人工镜检法测得的藻密度、分光光度法测得的叶绿素a的R^(2)_(adj)分别为0.899和0.769。相较于分光光度法,自动监测法在夏季太湖蓝藻水华的监测预警中具有更大优势。     

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.