基于神经网络模型的千岛湖清洁水体叶绿素a遥感反演研究

叶绿素a浓度值是水体水质评价的重要指标,研究基于高分一号(GF-1)卫星遥感影像,利用神经网络模型,选用6节点的隐含层设置,构建了千岛湖清洁水体叶绿素a浓度反演模型,对其叶绿素a浓度值时空特征进行分析,并与其他常规反演方法精确度进行比较.研究结果表明,利用神经网络模型对千岛湖清洁水体叶绿素a浓度值进行反演是可行的,且与其他常规方法相比,该模型对于叶绿素a含量低的内陆清洁水体反演有着更高的相关性(R2 = 0.921 8);在空间分布上,千岛湖区域水体叶绿素a浓度整体较低,高叶绿素a浓度区域主要集中易受人类活动干扰的西南及东北区域;年际变化分析表明,千岛湖区域水体叶绿素a浓度稳定,且波动较小,平均叶绿素a浓度值皆维持在1.70～1.75 pg/L之间,清洁水体特征显著.     

基于压力响应关系法的湖泊营养物基准制定

湖泊富营养化与氮、磷及有机物含量过高密切相关,建立数字型营养物基准能够防止富营养化对水体指定用途造成影响.太湖流域是我国华东地区经济腹地,近年来流域内湖泊水质每况愈下,对其基准研究可为湖泊治理提供依据.详细介绍了压力响应关系法制定湖泊营养物基准的步骤,并将此方法运用到太湖流域营养物基准制定研究中.为满足大多数水体指定用途,研究中将该流域湖泊基本功能确定为娱乐、永生生物栖息地及饮用水,以此构建流域概念模型.选择压力变量为总氮(TN)、总磷(TP)和有机物,响应变量为叶绿素a(chl-a).用非参数分析法和线性回归法分别建立压力-响应模型,通过2种方法相互验证得到TN、TP和CODMn基准分别为0.593、0.067和4.092 mg/L.     

九龙江河口春季磷的形态分配及浮游植物对磷的响应

以石码河口及上游水域为研究对象，2007年5月对表层水中不同形态的磷及浮游植物生物量叶绿素a（Chla）进行了调查，分析河口磷形态分配的影响因素及与浮游植物生物量的关系。以颗粒态有机磷（POP）为主的颗粒态磷（PP）占总磷的61．2％；溶解态无机磷（DIP）占溶解态磷（TDP）的72．8％。河口区上游磷与河口磷的组成相似，雨水的淋洗作用对水体中磷的组成有较大影响，以颗粒态无机磷（PIP）的显著增高为特征。水中Chla与TP和DOP存在极显著的正相关，表明生物活动在一定程度上控制着该水域表层水中磷形态的分布。     

岗南水库沉积物间隙水有色溶解有机物的时空分布特征及差异分析

有色可溶性有机物(CDOM)作为溶解性有机物的重要组分,影响着水体中污染物质的形态特征和迁移转化过程.本研究运用紫外-可见光谱技术(UV-vis)以及三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC),对岗南水库自入库河口到坝前主库区四季演变过程中沉积物间隙水CDOM的分布、光谱特征以及来源进行解析.结果表明,岗南水库沉积物间隙水CDOM的相对浓度a_(254)、a_(260)、a_(280)和a_(355)存在显著的季节差异,并且相对浓度大小为夏季春季秋季冬季;沉积物间隙水CDOM的E2/E3、E3/E4、E4/E6以及S_R存在显著的季节差异,呈现冬季高夏季低的特征;秋冬季的E2/E3以及E3/E4明显高于春夏季,并且秋冬季的E3/E4大部分均大于3.5,表明秋冬季沉积物间隙水CDOM具有更小的分子量和更低的腐殖化程度;三维荧光光谱通过PARAFAC解析出3种组分,分别为类酪氨酸(C1)、短波类富里酸(C2)和降解的腐殖类物质(C3),并且3种荧光组分间具有显著的正相关性(P0.001);岗南水库沉积物间隙水的CDOM总荧光强度和各荧光组分荧光强度呈现显著的季节差异,总荧光强度以及各组分的荧光强度呈现春季的最高、秋冬季次之、夏季最低的分布特征;秋冬季各个荧光组分占比不存在显著差异,春夏季各个荧光组分占比不存在显著差异,秋冬季与春夏季各个荧光组分占比存在显著差异;秋冬季沉积物间隙水CDOM生物源指数(BIX)和荧光指数(FI)均高于春夏季,表明秋冬季CDOM的自生源强于春夏季,与腐殖程度指标(HIX)的结果相吻合;PCA结合Adonis分析显示沉积物间隙水CDOM的光谱特征呈现显著的季节差异(P0.001);并且组分C1、C2、C3以及水质参数[氨氮、硝氮、亚硝氮、溶解性总氮以及溶解性总磷]均有很好的线性回归方程.综上,通过对岗南水库沉积物间隙水CDOM光谱特征进行研究,可以为分析岗南水库有机物污染特征和水质管理提供技术支持.     

富营养化巢湖沉积物溶解性有机质光谱时空分布特征及其环境意义

通过紫外吸收光谱（UV-vis）和三维荧光光谱（3D-EEMs）,研究典型富营养化湖泊巢湖沉积物溶解性有机质（DOM）光谱时空分布特征.结果表明,巢湖表层沉积物DOM的a（254）含量为13.1~101.7 m^-1,平均值为（32.2±16.2）m^-1.其中,夏季沉积物a（254）的含量（（46.6±25.6）m^-1）要显著高于其它季节,且湖心区a（254）平均值和变异性均小于湖滨区.表层沉积物DOM的S_275~295值从春季到冬季上随时间呈明显上升趋势.沉积物DOM荧光强度在夏季最高,在垂直剖面上总体呈下降趋势.DOM组分以酪氨酸类蛋白质和溶解性微生物产物为主,各组分在空间分布上无明显差异.巢湖沉积物DOM荧光指数（FI）为2.56~4.89,腐殖化指数（HIX）为0.57~6.78,生物源指数（BIX）为0.31~1.54.巢湖沉积物DOM主要来自于生物源,藻的生长循环会显著影响富营养化湖泊沉积物DOM的来源和性质.     

滆湖水华初期浮游植物群落特征及与水环境因子相关性分析

为探究滆湖水华初期浮游植物群落特征及与水环境因子的相关性,于2018年5—7月在全湖布设22个点,调查研究滆湖水华初期浮游植物群落时空分布特征,并对引起水华主导环境因子进行分析.结果表明：①共获得7门119属,优势属为绿藻门的小球藻与球团藻、蓝藻门的鞘丝藻与微囊藻,其中湖心区域浮游植物丰度与多样性小,均匀性低,属于中偏重污染区域;湖北区以北属于中污染区域,蓝藻堆积严重;西部沿岸及南端区域属于中偏轻污染区域.②冗余分析得出,湖心藻类与水温（T）有强相关性,与叶绿素a（Chl-a）、溶解性总磷（DTP）、pH、溶解氧（DO）呈一定正相关性;湖北区以北藻类与底泥有机质（OM）、水体悬浮物（SS）、Chl-a及DTP呈强相关性,与T呈一定相关性.T与多项环境因子相关,均值从26.1℃上升到32.4℃;OM与有机磷（OP）呈高度相关性（p<0.05,r=0.892）.水华发生的主导环境因子为T、DTP与pH,底泥OM及OP有一定影响.     

pH值对亚硝酸盐氧化菌动力学及功能基因的影响

为探究pH值对亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性动力学影响,本试验采用序批式活性污泥（SBR）反应器,以富含NOB的活性污泥为对象,基于Monod模型考察不同pH值对NOB活性动力学的影响并进行统计学分析.结果表明,Monod方程可较好地反映不同pH值条件下基质底物浓度对NOB比亚硝态氮氧化速率（SNiOR）的影响,且pH=7.0时动力学参数Ks为（6.167mg/L）,r_max为[1.134g/（g·d）],此时NOB活性最好.利用钟形经验模型进行非线性回归拟合,最大比降解速率（r_max）随pH值的增大呈钟形变化,本试验NOB的最佳pH值为（6.9±0.1）,其中r_max维持在r_opt一半以上的pH值范围（ω）为（3.26±0.4）.以亚硝酸盐氧化还原酶类基因（nxrA、nxrB）为引物,基于荧光定量PCR技术分析结果显示,在不同pH值条件下nxrA基因和nxrB基因拷贝数的变化趋势均与动力学参数（Ks、r_max）的规律一致,且nxrA和nxrB基因在系统的降解过程中起协同作用.     

基于Sentinel-2的平寨水库叶绿素a浓度反演

为实现对平寨水库叶绿素a的遥感监测,选取平寨水库2017年11月17—18日的实测叶绿素a浓度数据和准同步的Sentinel-2数据,通过选取最佳波段组合建立BP神经网络模型,对平寨水库叶绿素a进行反演,并分析其空间分布特征。结果表明:Sentinel-2红边波段对叶绿素a的敏感性优于可见光波段,在叶绿素a浓度反演方面具有较大潜力。相关系数最大的波段组合方式是:B5/B4、[1/B4-1/B5]*B6、[1/B4-1/B5]*B7和[1/B4-1/B5]*B8;BP神经网络模型可决系数R2为0.9160,平均相对误差为29.87%,反演精度优于三波段模型;平寨水库叶绿素a浓度空间分布差异明显,水面开阔的中心库区浓度较高,各支流上游河段浓度较低。Sentinel-2数据可较好地应用于喀斯特高原湖泊叶绿素a浓度反演,BP神经网络模型估测结果合理、可靠;研究结果可为平寨水库水环境治理提供科学依据。     

达里诺尔湖水体DOM荧光特征及其来源解析

达里诺尔湖（简称“达里湖”）是内蒙古自治区高原地区重要的生态屏障,探究达里湖水质状况及污染来源,对加强流域水环境治理、改善水环境质量具有十分重要的意义.于2018年9月及2019年6月对湖水进行采样,并通过三维荧光光谱结合PARAFAC（平行因子分析）模型,探究达里湖水体DOM（溶解性有机质）来源及其与水质的关系.结果表明:①达里湖水体中pH较高,ρ（DOC）（DOC为溶解性有机碳）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）相对较高,均超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水质标准限值.②水体中DOM含4种荧光组分.夏季水体DOM主要分布于河流入湖口附近,其中,类腐殖质荧光组分（紫外区类富里酸和可见区类富里酸）占总组分的62.93%,类蛋白类荧光组分（类色氨酸和类酪氨酸）占总组分的36.07%;秋季水体DOM主要分布于东南侧,其中,类腐殖质荧光组分占总组分的40.52%,类蛋白类荧光组分占总组分的59.48%.③达里湖采样点荧光参数表明,达里湖DOM自生源特征较强,腐殖化程度较低.类腐殖质荧光组分与ρ（DOC）、ρ（Chla）均呈正相关,类色氨酸荧光组分与pH呈正相关,类络氨酸与ρ（DTN）、ρ（NH4+-N）、ρ（DTP）均呈正相关.研究显示,达里湖DOM具有陆源与生物源双重特性,DOM的形成与微生物、细菌、浮游生物的生命活动密切相关.      

贵州草海湿地溶解性有机物的光谱特征及其与PFASs的相关性分析

为描述草海湿地DOM（dissolved organic matter,溶解性有机物）荧光特征,探究其对PFASs（per-and polyfluoroalkyl substances,全氟及多氟化合物）环境行为造成的影响,利用超高效液相色谱-质谱联用技术和三维荧光光谱技术,结合平行因子分析,开展DOM光谱学特性研究,分析ρ（DOM）与ρ（PFASs）的相关关系.结果表明:①草海湿地中共解析出3类4种荧光组分,分别为类腐殖酸[λ_Ex（360 nm）/λ_Em（450 nm）]、长波段腐殖质[λ_Ex（400 nm）/λ_Em（510 nm）]、类富里酸[λ_Ex（330 nm）/λ_Em（400 nm）]和类色氨酸[λ_Ex（280 nm）/λ_Em（350 nm）],贡献率分别为48.6%、23.6%、22.9%和4.9%,其中类腐殖质总贡献率高达72.2%.在农业生产和人类活动的影响下,总荧光强度大致呈现从入湖区向出湖区逐渐降低、湖心区略高的趋势.②在草海湿地表层水中共检出了12种PFASs,ρ（PFASs）为233.18 ng/L,每种平均值为19.43 ng/L,PFBA（perfluorobutanoic acid,全氟丁酸）是主要污染物;草海湿地入湖区点源影响特征明显,生活污水和农业生产用水是主要的潜在污染源.③相关性分析结果显示,各荧光组分含量均与ρ（PFBS）（potassium perfluorobutanesulfonate,全氟丁烷磺酸）负相关;类色氨酸含量与ρ（PFHpA）（perfluororoheptanoic acid,全氟庚酸）负相关,与ρ（PFTriDA）（perfluorotrideanoic acid,全氟十三酸）则显著正相关.研究显示,草海湿地水体腐殖化程度高,外源特征明显,共检出12种PFASs,初步揭示了草海湿地水环境中ρ（DOM）与ρ（PFASs）的相关关系,其受水体性质及化合物结构等差异的影响,有待进一步开展深入研究.