巢湖水体固有光学特性研究

水体的固有光学特性是描述水体辐射传输的基本光学特性,是建立水质参数遥感模型的基础.黄色物质、非色素悬浮物和浮游植物是影响内陆水体光学特性的3种主要物质,对巢湖水体中这3种物质在波长为400～800 nm的吸收系数进行了测量和分析.结果表明,各组分的吸收系数随其含量的增加而增加;黄色物质和非色素悬浮物的吸收系数随波长的增加呈负指数形式递减;浮游植物吸收光谱的形状与不同藻类的色素组成密切相关.绿色到近红外波段范围是遥感监测内陆水质参数的最佳波段.      

夏季太湖水体固有光学参数对光传输行程、积分平均余弦影响的研究

基于2006-07-29～2006-08-01于太湖采集的水体固有光学参数和部分水质参数,利用辐射传输的理论,研究了夏季散射对太湖水体中光传输行程的作用、散射和吸收对光场积分平均余弦的影响,并分析了其可能机制.结果表明,垂直入射的辐射沿入射方向的平均传输行程和积分平均余弦呈现从西北向东南递增的趋势;垂直入射的辐射沿入射方向的平均传输行程、水柱的积分平均余弦与叶绿素a、悬浮物浓度、有机悬浮物浓度及无机悬浮物浓度均呈非线性相关,其关系可用对数函数来描述.本研究对水体中光合有效辐射的环境效应、及建立生物-光学模型有着重要意义.     

太湖梅梁湾水体组分吸收特性季节差异分析

利用2006年8月、11月和2007年3月太湖梅梁湾水样实验室测定的水体组分固有光学特性数据和水质分析数据,分析水体中各组分在不同季节的吸收特性,并讨论不同季节光谱吸收的主导因子.结果表明,各组分在不同季节其吸收特性存在一定的差异,总悬浮吸收系数在夏季最大,在440 nm平均吸收系数为(7.49 4±3.0)m-1,春季最小,440 nm平均吸收系数为(2.86±0.73)m-1,且不同季节其吸收类型不同;非藻类颗粒吸收特性的季节性差异相对较小,其吸收系数和S值的差异主要是由于无机悬浮物含量和组成的不同导致的;由于藻类含量的差异导致浮游藻类吸收系数在夏季最大,675 nm平均吸收系数为(5.49±3.5)m-1,秋季次之675 nm平均吸收系数为(2.03±1.14)m-1,春季最小,675 nm平均吸收系数为(0.62±0.25)m-1;而有色可溶件有机物(chromophoric dissolved organic matter,CDOM)吸收系数和S值的季节差异性主要是由于其来源的不同,导致其浓度和成分的不同形成的.春、秋季由于无机悬浮物含量较高,非藻类颗粒物对总吸收的贡献大于其他组分,是水体总吸收的主导因子,而夏季由于浮游藻类含量较高,使其成为水下光谱的主要影响因素.     

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.     

赤潮对近岸水体生物光学特性的影响

研究了赤潮对近岸水体生物光学特性的影响.从大连湾采集11个站位的水体生物光学数据,分析了赤潮发生时生物要素、反射光谱以及吸收光谱的变化特征.结果表明,大连湾本次赤潮由微微型藻类引起;赤潮对水体遥感反射率的光谱形状影响明显,与正常水体相比,由于高浓度叶绿素a的强吸收作用,导致440、632 nm波段附近出现反射谷,红光波...     

水体增温对浮游植物群落结构及其生态学特性影响的研究

本文对受河南平顶山姚孟热电厂温排水影响的白龟山水库的浮游植物群落的情况进行了野外调查,并在室内对浮游植物的群落结构及其生态学特征进行了模拟增温试验。试验结果表明:水体增温对水库浮游植物的种群组成、优势种的优势度、藻类密度和生物量均有影响。影响的程度与环境固有的水温及增温强度有关。室内增温模拟试验还表明:连续的增温对藻类的光合色素含量和光合作用强度均有影响。      

富营养化水体中浮游病毒与浮游植物生长的关系

于2005年4～12月对武汉东湖落雁岛和关桥2个池塘进行综合调查,考察浮游病毒丰度和叶绿素a含量的变化,以及水温、pH值、溶解氧量、总氮和总磷等环境因子的变化,分析浮游病毒与浮游植物、环境因子之间的相互关系.结果表明,在营养水平较高的水体中,浮游病毒丰度相应较高,但与营养物浓度变化无显著的相关性.2个采样点浮游病毒的平均丰度分别为2.99×10⁸,4.24×10⁸VLPs/mL(峰值出现在9、10月份).叶绿素a浓度的平均值分别为96.66,166.74μg/L.关桥采样点的浮游病毒丰度与前一个月的叶绿素a浓度呈显著相关(r=0.809,P<0.01),其显著性水平高于与当月叶绿素a浓度的相关性(r=0.634,P<0.05),而浮游病毒丰度与后一个月的叶绿素a浓度不呈显著相关(P>0.05).     

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.     

太湖梅梁湾水体中可见光的衰减、吸收及散射

对太湖梅梁湾沿岸带和敞水区的水体进行了光学特性研究。结果发现，沿岸带的水下光辐射衰减系数(Kd)值较敞水区小；400nm与500nm向上辐照度比值(Eu440／Eu550),沿岸带在1m左右最小,敞水区在0．5m左右最小;沿岸带的水面下向上辐照度与向下辐照度的比值(R)低于敞水区：440、550、670nm的后向散射与吸收的比值(b／a),在沿岸带的1m处最大,敞水区在0．5m处最大。这些结果说明,相对于敞水区而言,沿岸带的光衰减较弱,无机悬浮颗粒的含量较少,最大叶绿素a分布较深。     

基于光学分类的太湖水体叶绿素a浓度高光谱遥感

利用2006年11月、2008年11月、2010年5月和8月的太湖水体原位观测数据,在对水体进行光学分类的基础上,分别建立了针对各个类别水体的叶绿素a浓度高光谱反演模型.通过对每类水体各个模型的性能比较,结果表明:第一类水体,四波段模型为最优模型;第二类和第三类水体,一阶微分模型均为最优模型.同时,也比较了水体分类前后模型的表现,表明水体分类后模型在精度和稳定性上都有不同程度的提高.本研究结论对光学复杂混浊湖泊水体的水色遥感具有参考意义.     

不同生态带下盐城滩涂湿地土壤颗粒和矿物结合有机碳特征

通过对比不同生态带下盐城滩涂湿地表层土壤中颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MOC)含量与分布,探讨不同生态带下滩涂植被对土壤环境特别是土壤有机质组分分布及其累积的影响。结果表明:不同生态带的滩涂湿地表层土壤总有机碳(TOC)和总氮(TN)含量分布规律为:芦苇地互花米草滩盐蒿滩光滩,反映了盐城滩涂湿地土壤由海向陆土壤质地由砂到粉砂,最后为粘土的变化规律;互花米草滩对土壤有机质有着比光滩和盐蒿滩更高的富集能力,芦苇地的颗粒有机碳(POCf+POCo)含量为4.17 g/kg,互花米草滩的POC含量为2.14 g/kg,远高于盐蒿滩(1.92 g/kg)和光滩(0.31 g/kg)。互花米草的引种从有机碳物理分级组分上改变了TOC的分配,有利于提高土壤中游离态颗粒有机物、闭蓄态颗粒有机物的含量以及占土壤有机碳的比例。该研究能够为沿海滩涂湿地碳存储和固碳潜力以及评价和保护湿地生态系统提供一定的科学依据。     

2012年夏季长江口颗粒有机碳、氮分布特征及其来源

基于2012年8月对长江口及其邻近海区的调查资料,分析了长江口夏季颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、颗粒氮(particulate nitrogen,PN)的空间分布特征及其与环境因子的关系,并结合C/N摩尔比值和叶绿素a(chlorophyll a,Chl a)探讨了POC的主要来源及浮游植物的贡献.结果表明,2012年夏季长江口POC的质量浓度范围在0.68~34.80mg·L-1之间,均值为3.74 mg·L-1;PN的质量浓度范围为0.03~9.13 mg·L-1,均值0.57 mg·L-1,二者浓度均表现为底层高于表层.POC和PN平面分布相似,高值区均出现在口门附近和调查海区西南部,并向外海浓度迅速降低,整体呈现近岸高、远岸低的趋势,与总悬浮物(total suspended matter,TSM)的平面分布规律基本相同;POC与PN间呈极显著正相关,表明二者具有高度的同源性.POC、PN与TSM、化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)间均呈现极显著线性正相关,而与盐度(salinity,S)和Chl a的相关关系较弱,表明POC和PN的分布受陆源输入的影响较大,浮游植物生产不是该水域颗粒有机碳、氮的主要来源.C/N摩尔比和POC/Chl a法分析表明夏季长江口POC主要为陆源,有机碎屑是POC的主要存在形式.定量估算结果表明,浮游植物生物量对夏季长江口表层POC的平均贡献率仅为2.54%,非生命POC占绝对优势地位.     

黄土台塬不同土地利用土壤有机碳与颗粒有机碳

为了探讨土地利用方式对土壤有机碳固定的影响,论文以乔木、灌木、草地和农田等不同植被类型,纯林和混交两种栽培模式的黄土台塬为研究对象,进行了土壤有机碳(SOC)和颗粒有机碳(POC)分析。结果表明:不同土地利用方式土壤SOC和POC在0~100 cm土体中均存在差异,尤以0~40 cm深度突出,其中灌木林地和天然草地在整个剖面上可积累更多的SOC和POC;不同土地利用方式土壤细颗粒有机碳(FPOC)含量、分配比例及其在剖面上的分布变化均小于粗颗粒有机碳(CPOC),在0~100 cm土体中,CPOC敏感性指标分别为SOC、FPOC和POC总量的2.66~13.56、3.75~5.99和2.58~4.17倍;不同土地利用方式土壤SOC与POC极显著相关,耕地SOC与POC相关性相对较小,乔灌混交林地和乔木林地最大。因此,CPOC和FPOC均可作为衡量土地利用方式转变对于土壤影响的评价指标之一。     

太湖颗粒态有机质的荧光特征及环境指示意义

作为水体中有机质分解与营养盐再生的核心载体之一,颗粒态有机质(POM)是一个潜在的可以被生物利用的重要营养源,势必对水华的暴发产生重要的影响.本研究采集了太湖8个典型区域32个样品,利用三维荧光技术(EEMs)并结合平行因子分析法(PARAFAC)解析夏季太湖水体POM的荧光特征、来源及环境指示意义,并对POM与DOM荧光特征的差异性及草、藻型湖区POM的差异性进行了分析.结果表明,太湖POM共有5种荧光组分,分别是类色氨酸(C1和C2)、类腐殖质(C3和C4)及类酪氨酸(C5);其中,C1与C2、C3与C4两两具有极显著相关关系,C5与C3、C4也具有极好的相关性;通过与已有文献中的DOM荧光特征进行比对发现,夏季太湖POM与DOM在组分构成、来源及其与水质参数的相关性上均存在差异性.夏季太湖POM既有外源输入,也有内源输入,但其荧光指数(FI、HIX、BIX)取值范围为1.78~2.35、0.3~2.7、0.8~1.1,表明内源特性相对强烈.类腐殖质荧光与TN、TP、Chla、COD、POC、SS均呈显著相关性,表明荧光分析法可以作为营养盐半定量分析的一个重要手段.藻型湖区POM类蛋白物质主要由类色氨酸和类酪氨酸构成,而草型湖区以类酪氨酸为主,没有或者有极少的类色氨酸荧光组分;值得注意的是,与藻型湖区相比,草型湖区含有较多的类酪氨酸荧光组分(t检验,P0.01).藻型湖区POM类蛋白和类腐殖质荧光之间具有显著相关性,而草型湖区两者相关性不显著;藻型湖区POM类蛋白和类腐殖质荧光均与Chla呈显著相关性,而草型湖区仅类腐殖质荧光与Chla具有显著相关关系.     

春季黄东海颗粒有机碳的时空分布特征

根据2009年4～5月对黄东海大面积调查的资料,分析研究了黄东海颗粒有机碳（particulate organic carbon,POC）的浓度和时空分布特征,并结合叶绿素（Chlorophyll a,Chl-a）和C/N摩尔比值探讨了POC的主要来源.结果表明,春季黄东海POC的浓度范围是24.33～2 817.29...     

闽江下游不同碳组分及其通量特征

河流连接着地表主要碳库,在全球碳循环中发挥着重要作用.河流水体中不同碳组分的水平输送、水-气界面通量及其比例对认识河流在区域碳循环的作用具有重要意义.2013年11月-2014年10月在闽江下游竹岐水文站连续进行采样,分析水样中c（DIC）（dissolved inorganic carbon,溶解性无机碳）、c（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）和c（POC）（particulate organic carbon,颗粒性有机碳）,并结合相关参数估算闽江不同碳组分的水平及垂直通量.结果表明:① c（DIC）、c（DOC）、c（POC）分别为230~892、112~209、14~183 μmol/L.②调查期间闽江总碳水平通量达46×1010 g/a,其中,DIC水平通量为29×1010 g/a,占总碳水平通量的63%;POC水平通量为6×1010 g/a,相当于DOC水平通量（11×1010 g/a）的55%.③不同组分的季节变化特征不同,c（DIC）在丰水期较低、枯水期升高,表明DIC输出受流域生态系统的供应限制;各月c（DOC）变化不大,表明流域DOC输出潜力较大;c（POC）在丰水期明显升高,枯水季较低;溶解态碳是河水碳组分的主要部分;年内各月DIC水平通量分配较均匀,有机碳水平通量集中在丰水期.④闽江竹岐水体pCO₂（二氧化碳分压）为1 500~6 400 μatm（1 atm=101 325 Pa）,是大气CO₂的"源",闽江下游水-气界面CO₂垂直通量约为DIC水平通量的2%,闽江下游河流DIC输出以水平输出为主.建议今后进一步开展闽江中典型流域和水域的碳组分调查,加强闽江碳组分输出的控制机制研究.      

紫色水稻土颗粒有机质对重金属的富集特征

在重庆合川区和铜梁区随机采集了20个紫色水稻土,将其分成颗粒有机质(0.053~2 mm,POM)、砂粒(0.053~2mm)和细土(0.053 mm)这3个组分,通过比较不同组分的有机碳及重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)含量和分布状况,研究了紫色水稻土中POM对重金属的富集特征及其与土壤理化性质如pH、CEC、黏粒和土壤有机碳(SOC)等的关系.结果表明,采样区紫色水稻土的POM含量范围为7.31~44.76 g·kg~(-1),平均值为19.20 g·kg~(-1),有机碳含量为96.61~263.17 g·kg~(-1),平均值为151.34 g·kg~(-1),显著高于原土及其他组分,对土壤有机碳的贡献率为8.63%~48.62%,代表了一大部分土壤有机碳库.POM中的Cu、Zn、Pb和Cd平均富集系数分别为3.35、1.14、2.88和2.14,显著高于其他组分,表现出一定的富集作用,对上述重金属的贡献率分别为6.02%、2.22%、5.24%和3.21%,POM对Cu、Pb的富集能力和贡献率均显著大于Zn和Cd.相关分析结果表明,POM含量与SOC、pH、CEC、黏粒(0.002 mm)呈显著或极显著正相关,SOC是主要因素.POM-C含量与总量分别与黏粒含量、SOC呈显著相关.POM中重金属总量与SOC、pH、POM-C总量呈显著或极显著正相关,SOC是最关键因子;与其他重金属相比,Zn在POM中的总量与土壤性质的回归系数最高,关系最为密切.     

洱海入湖河流水体悬浮颗粒物有机碳氮来源特征

以洱海主要入湖河流水体悬浮颗粒物为研究对象,运用稳定同位素技术,研究了不同季节、不同河流水体悬浮颗粒物中有机碳、氮的来源,探讨了其与流域环境和人类活动之间的关系. 结果表明:①入湖河流水体悬浮颗粒物δ13C的离散程度为夏季<秋季<冬季<春季,变化范围分别为-25.1‰~-16.9‰、-30.0‰~-10.7‰、-20.9‰~-11.0‰和-28.6‰~-14.4‰;δ15N的离散程度为冬季>夏季>春季>秋季,变化范围分别为-0.5‰~8.8‰、5.4‰~10.6‰、3.4‰~7.9‰和6.2‰~8.7‰. ②入湖河流水体悬浮颗粒物有机质的来源,春季以陆源C₃植物和自生有机质为主,并且C₃植物来源的有机质贡献呈逐渐增大趋势;夏季主要来源于陆源C₃植物;秋季仍以陆源C₃植物和水生植物的混合来源为主,但水生植物来源有机质比例有所上升;冬季则以陆源C₃、C₄植物和水生植物来源有机质混合来源为主. ③入湖河流水体悬浮颗粒物中的氮,春季主要来源于土壤流失和水生植物残体,并且土壤流失氮比例逐渐升高;夏季主要来源于土壤流失;秋季来源于土壤流失、化学肥料和水生植物死亡的共同作用;冬季来源于化学肥料、土壤流失和水生植物,并且化学肥料带来的氮比例有所上升.      

机动车源和民用燃料源颗粒物中有机碳和元素碳的排放特征

为了获取机动车源尾气和主要民用燃料源燃烧过程排放的颗粒物中含碳气溶胶的排放特征,使用多功能便携式稀释通道采样器和Model 5L-NDIR型OC/EC分析仪,采集分析了典型机动车源(汽油车、轻柴油车、重柴油车)、民用煤(块煤和型煤)和生物质燃料(麦秆、木板、葡萄树树枝)的PM₁₀和PM_2.5样品中的有机碳(OC)和元素碳(EC).结果表明,不同排放源释放的PM₁₀和PM_2.5中含碳气溶胶的质量分数存在显著差异.总碳(TC)在不同源PM₁₀和PM_2.5中的质量分数范围分别为40.8%～68.5%和30.5%～70.9%,OC/EC范围分别为1.49～31.56和1.90～87.57.不同源产生的含碳气溶胶均以OC为主,OC在PM₁₀和PM_2.5中的质量分数范围分别为56.3%～97.0%和65.0%～98.7%.在PM₁₀和PM_2.5的含碳气溶胶中OC质量分数按照从高到低...