基于GOCI数据的太湖叶绿素a浓度反演和蓝藻水华遥感监测

太湖蓝藻水华是广为关注的环境问题,迫切需要实现蓝藻水华的动态监测。利用静止轨道海洋水色遥感器(GOCI)遥感数据构建了太湖叶绿素a反演的三波段模型,使用归一化植被覆盖指数(NDVI)进行蓝藻水华监测,并进行了富营养化评价。结果表明:(1)三波段模型优于波段比值模型,可以用于GOCI遥感数据反演太湖叶绿素a浓度。(2)2019年6月3日太湖叶绿素a大致呈湖心和西部浓度低,北部和西南沿岸浓度高的空间分布;从10:15至15:15,叶绿素a浓度先升高后降低。(3)竺山湖和椒山周边水域水华聚集情况较为严重,是当天重度水华的主要发生区域;水华的时间变化规律同叶绿素a浓度变化规律一致。(4)对2019年4月和6月的GOCI遥感数据进行富营养化评价发现,太湖富营养化水平总体呈西部高东部低、北部高南部低、边缘高中间低的趋势;6月较4月富营养化水平明显加剧。     

太湖蓝藻水华的遥感监测研究

随着太湖蓝藻水华的日益严重,实现藻类的时空动态监测成为湖泊水质保护亟待解决的问题.利用遥感技术可以快速、直观地获取整个水域水质的时空变化情况,为实现藻类的动态监测提供了有效的途径.在太湖蓝藻水华遥感监测研究结果的基础上,总结分析了现有研究中所使用的遥感数据源、遥感监测方法以及遥感反演的水质参数,讨论了现有研究中存在的问题,并对将来的发展趋势进行了展望.     

壳聚糖改性硅藻土对太湖含藻水体处理效果的研究

研究了壳聚糖改性硅藻土对太湖含藻水体中浊度和蓝藻的去除效果。结果表明:(1)在室内模拟实验中,综合叶绿素a的去除率和去除速率来看,较适宜的改性硅藻土投加量为50mg/L。在此投加量下,室内模拟实验中浊度去除率达到91.50%,叶绿素a去除率达到98.10%;(2)在原位实验中,投加改性硅藻土也能有效去除浊度和叶绿素a,表、中、下层3层水体的最终浊度去除率分别达到82.41%、79.09%、72.82%,叶绿素a去除率分别为92.43%、87.17%、65.62%。(3)无论在室内模拟实验还是原位实验中,投加改性硅藻土后水体的浊度去除和叶绿素a去除均呈现出显著的相关性(p0.01),即两者的去除具有一定的同步性。     

基于实测光谱的叶绿素a估测模型

为了有效地监测太湖湖区的富营养化程度,建立一种最佳的估测模型。对太湖水体进行了连续监测,获得了从2004年10月20～29日的实测光谱数据和水质数据。通过实测光谱反射率和叶绿素a浓度的相关分析,得到了叶绿素a反演的最佳波段,并通过比值法、反射峰位置法、峰谷距离法、峰高法和一阶微分法建立了基于实测光谱的叶绿素a浓度的估测模型。通过14个检验点,分别对5种模型进行了对比分析,结果发现,通过比值法建立的估测模型总体误差最小,估测精度最高,其695 nm附近反射峰与677 nm反射谷的比值与叶绿素a浓度之间具有良好的相关性,可决系数R²可达0.7433,可以作为整个湖区叶绿素a浓度的最佳估测模型。最后,应用该模型对该季节湖区的营养化程度做出了总体评价。     

基于解释结构模型法的太湖水华爆发要素分析

根据太湖水华爆发特点及文献资料检索,从气象、水动力、化学和生物等4个方面筛选出太湖水华爆发的17个要素,利用解释结构模型(ISM)分析了各要素之间的直接(因果)关系和间接关系,推导出太湖水华爆发要素整体关联层次结构图,从6个层次上直观反映了水华爆发过程,从系统角度分析了水华爆发原因,为水华预防及治理提供了若干参考依据.     

台风对太湖微囊藻群体大小的影响

为了解台风对太湖微囊藻群体大小及在水体中分布的影响,于2013年7月12—16日台风苏力经过太湖期间,测定并分析了风速、总氮、总磷、微囊藻群体大小和Chl-a浓度变化。结果表明,台风过程中水体中总氮和总磷浓度分别从1.33 mg·L-1和0.07 mg·L-1提高到2.70 mg·L-1和0.23 mg·L-1,48 h内微囊藻群体平均大小从32.80 μm增加到69.43 μm。此外,水体中Chl-a浓度与风速显著正相关(r=0.472,P -1)。研究表明,强风浪扰动(如台风)能够引起水体中氮磷浓度的提高,改变微囊藻在水体中的分布,并且能够促进微囊藻群体的迅速增大。     

改性当地土壤湖泊综合修复技术对浮游植物群落变动的影响

采用改性当地土壤湖泊综合修复技术从2008年夏季到2010年夏季连续在太湖十八湾围隔内实施夏季应急除藻工程和春季底泥调控工程,通过连续监测浮游植物的群落变动发现:在2009年,春季和夏季工程后浮游植物门类虽在短时间内减少,但是一个月内均又恢复,而且春季工程在短时间内可以在一定程度上抑制蓝藻的种类和比例的增加,又可提高硅藻和绿藻的种类和比例,这对于春季沉水植被的恢复和抑制蓝藻的复苏都有积极意义;从长时间周年变化来看,春季和夏季工程在围隔内连续实施2年,蓝藻水华暴发周期和暴发规模均呈逐渐缩短趋势。这对于进一步开展蓝藻复苏和蓝藻水华暴发的机理研究和控制技术的研究都有一定的指导意义。     

铁离子对滇池藻类生长的影响

有关氮、磷对滇池藻类生长的影响研究已有大量的报道.但关于铁离子对滇池藻类影响的研究还未见报道.以滇池藻样为对象,实验了不同铁离子浓度对滇池藻类生长的影响.结果表明,不同浓度范围铁离子对滇池藻类光合作用的促进或抑制是影响其生长的最主要因素.实验结果提示, 在控制湖泊藻类生长时,除了要注意控制氮、磷之外,还应考虑铁离子对藻类生长的影响.     

基于模糊综合评价的流域社会经济活动对太湖生态影响评价研究

太湖是我国的五大淡水湖之一。太湖流域是我国经济最发达、水污染最严重的地区之一,正面临着严重的环境问题。随着太湖流域社会经济的发展,太湖流域生态环境将承受更大的压力。因此,分析人类社会经济活动对太湖流域生态的影响,对研究太湖生态环境具有重要意义。采用系统分析的方法,围绕流域人类社会经济活动对湖泊生态安全的影响,建立湖泊生态安全的评价指标体系,利用层次分析法计算各指标因子的权重。在此基础上,以太湖流域2005年和2006年相关数据为依据,以MATLAB为工具,根据模糊数学的原理,利用多级模糊综合评价的方法对太湖进行生态综合评价,确定流域社会经济活动对整个湖泊生态系统的影响。研究结果表明,3个重要指数得分高低顺序依次为：水体环境状态指数＞水体污染负荷指数＞社会经济压力指数;除了点源污染以外,面源污染也是太湖流域生态环境问题的重要根源。     

不同填充剂及复合微生物菌剂对蓝藻堆肥效果的影响

为了研究不同填充剂以及复合微生物菌剂对蓝藻堆肥效果的影响,本实验利用锯末、稻壳、麸皮和米糠为填充剂接种堆肥菌剂与蓝藻进行室内模拟堆肥,设置了稻壳、麸皮为填充剂不加菌剂作对照组,分析了pH值、总碳(TC)、总氮(TN)、碳氮比（C/N）、种子发芽指数(germination index,GI)的动态变化。堆肥结束时处理组麸皮的TC降低了90.43 g/kg,TN增加了1.85 g/kg,C/N降低到13.46,GI升高到73.98%,这都说明麸皮作为填充剂混合蓝藻堆肥的效果较好;添加复合微生物菌剂后,处理组稻壳(60.98%)、处理组麸皮(73.67%)的GI分别比相应的对照组升高了11.02、19.84个百分点,这说明复合微生物菌剂对蓝藻堆肥有促进作用。     

pH胁迫对法乐水绵生长指标和环境应激酶的影响

以淡水丝状藻法乐水绵为研究对象,分别研究了在不同pH下其环境应激酶、叶绿素a含量和细胞死亡率的变化,以期能为水体中淡水丝状藻的控制提供理论依据。结果表明,在pH为6.0~8.0时,法乐水绵对pH胁迫具有一定的抗逆性,表现为叶绿素a含量和环境应激酶含量变化较平稳。但随着pH胁迫的增加,法乐水绵细胞对胁迫引起的自由基损伤修复的能力下降。法乐水绵细胞通过形成更多的环境应激酶、增加其活性等途径来消除因胁迫而生成的多余自由基、缓解对膜系统的攻击。但pH超过8.5后,抗逆性减弱,法乐水绵出现生长抑制,pH胁迫对细胞结构的破坏加剧,导致出现细胞结构变异和死亡现象。     

不同浓度Mn2+对铜绿微囊藻的生长及其生物可利用性的影响

利用MA培养液进行藻类增长潜力(AGP)试验,考察了不同浓度Mn2 对铜绿微囊藻生长及其生物可利用性的影响.结果表明,Mn2 为0 mg/L时,铜绿微囊藻生长受到很大抑制,叶绿素a含量较低;Mn2 为0.7～6.0 mg/L时,铜绿微囊藻生长较快,叶绿素a含量都较高,并且相互差异不明显;Mn2 为12.0 mg/L时,可能对铜绿微囊藻生长产生了毒性,生长受到抑制,且叶绿素a含量较低;Mn2 在藻类正常生长所需浓度范围内,其生物可利用性与溶液中Mn2 浓度呈正相关.     

基于复杂有害气体释放模型的雾霾气象条件下烟气排放影响分析

针对华北地区雾霾污染的长期性和频繁性,运用复杂有害气体释放模型(CHARM),开展雾霾气象条件下工业区燃煤锅炉烟气排放对周边居民区影响的环境模拟,并通过地理信息系统(GIS)聚类分析手段,划定污染影响的空间级别,最后针对工业区雾霾天气应急管理、雾霾补偿和产业用地布局规划等方面提出对策建议。结果表明,在雾霾气象条件下,燃煤锅炉烟气连续排放20min可对周边高层建筑产生影响,连续排放1h则对周边258 334m2产生明显污染。距排放点水平距离110m内、垂直高度80m以上区域以及距排放点水平距离340~400m、垂直高度40~60m区域受锅炉烟气污染最为严重。     

磷浓度对海洋小球藻叶绿素荧光及生长的影响

海水富营养化影响微藻生长,引起海洋初级生产力变化.以海洋小球藻(Chlorella sp.)为研究对象,研究不同磷浓度对其叶绿素荧光、细胞密度和色素含量变化的影响,以期找到海洋小球藻最适生长的磷浓度,为富营养条件下微藻生长的研究提供基础资料.结果表明,在培养温度为(22±1) ℃、光照强度为4 000 lx、光暗比为12 h:12 h条件下,不同磷浓度对海洋小球藻叶绿素荧光、细胞密度及色素含量影响显著,最大光能转化效率(Fv/Fm)、潜在活性(Fv/Fo)、实际光能转化效率(ΦPSⅡ)和电子传递速率(ETR)均呈先升后降的趋势,3.62 μmol/L处理组显著低于其他各组,434.52 μmol/L处理组一直处在较高水平.说明海洋小球藻的光合作用对高磷的适应范围较广,但对低磷浓度培养反应敏感.非光化学淬灭(qN)的值,3.62 μmol/L处理组高于其他各组.从细胞密度和色素含量的变化可以看出,36.21 μmol/L处理组最高,434.52、3.62 μmol/L处理组均低于36.21 μmol/L处理组.海洋小球藻生长的最适磷摩尔浓度为36.21 μmol/L.     

氮沉降对香樟叶片光合及叶绿素荧光特性的影响研究

以香樟(Cinnamomum cam phora)为试验材料,通过模拟氮沉降的方法,研究了不同氮沉降条件下香樟叶片的光合、叶绿素荧光生理的表现,揭示了相应的生理生态机制.结果表明,适当浓度的氮沉降对香樟的生长具有促进作用,而过量的氮沉降会降低其净光合速率,从而对其生长产生抑制作用;不同处理组香樟的光补偿点(LCP)、光...     

基于LUR模型的PM2.5浓度空间分布监测及分析

为有效解决传统监测技术无法获取城市内部高分辨率PM_2.5浓度空间分布情况的问题,基于土地利用回归(land use regression,LUR)模型,以关中平原城市群为例模拟其PM_2.5空间分布状况,通过获取研究范围内54个监测站点的PM_2.5浓度数据,结合土地利用类型、气象、地形、植被指数、人口密度、交通和污染源等因素,分别建立春、夏、秋、冬及年均5个LUR模型。结果表明：LUR模型调整后各季节及年平均值的R²分别达到0.831 (春)、0.817 (夏)、0.874 (秋)、0.857 (冬)、0.900 (全年平均),5种模型拟合度均较好;采取交叉互验的方法进行了精度检验,显示5种模型的平均精度均达到80.4%,说明LUR模型在模拟关中平原城市群PM_2.5浓度空间分布时适用性良好。模拟结果显示,研究区各季节的PM_2.5浓度在空间分布上大致相同,呈现出东部高、西部低的明显特征,且空间分布状况受地形因素的影响较大。但在浓度均值的季节变化上则具有夏季低、冬季高的明显差异。本研究结果可为关中平原城市群PM_2.5污染防治提供科学依据,亦可为城市内部PM_2.5浓度空间分布数据的获取提供新思路。     

铀胁迫对植物光合特性的影响及植物对铀的吸收转移

在铀污染土壤的二次修复中,采用7科12种植物,研究铀胁迫对植物光合作用、叶绿素荧光特性的影响以及植物对铀的吸收、富集情况,为铀污染土壤的植物修复提供理论和方法依据。结果表明:(1)铀胁迫显著影响红圆叶苋、苍耳、美洲商陆、刺天茄和苘麻5种植物的光合效率,具体表现为叶片净光合速率(Pn)降低,胞间CO2浓度(Ci)增加,初始荧光(F0)增加,光系统II最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭(qP)和最大相对电子传递速率(rETRmaxr)降低;而反枝苋、菊苣、鬼针草、向日葵和牛皮菜则对铀胁迫表现出较好的耐性。(2)酸模、鬼针草、苍耳和向日葵吸收富集铀的能力较强,在铀含量为485 mg/kg的二次修复土壤中生长3个月,体内积累的铀含量分别为363.57、91.87、75.80和65.42 mg/kg;而反枝苋、牛皮菜和美洲商陆吸收富集铀的能力较弱,体内的铀含量分别为16.20、15.11和12.36 mg/kg。(3)铀在植物体内的转移能力较差,器官间的铀富集能力一般表现为根叶茎果。综合比较而言,酸模、向日葵和鬼针草对铀的耐性较强、体内铀含量高,可作为铀污染土壤二次修复植物。     

基于极限学习机算法对太湖东部湖区水源地总磷数据的自动监测分析

对太湖东部湖区金墅港和渔洋山水源地总磷自动监测值与实验室监测值进行比对分析,基于相关性分析,选取对自动监测总磷浓度影响较大的浊度、蓝绿藻和叶绿素等指标,提出可选择极限学习机隐层节点的改进极限学习机模型(IELM)修正自动监测总磷数据。结果表明,总磷自动监测值相对实验室监测值偏差较大,绝对误差范围在0.05~0.112 mg·L⁻¹,平均绝对误差为0.017 mg·L⁻¹。若以相对误差小于或等于30%作为比对合格的标准值,总磷自动监测数据合格率仅为52.9%。经过IELM算法模型训练和测试,训练均方误差为0.000 073 5,测试均方误差为0.000 103。经过模型修正后的自动监测总磷数据更接近实验室监测值,其平均绝对误差降低0.026 mg·L⁻¹,平均相对误差降低45%。按比对误差30%计算,模型修正后的总磷自动监测数据合格率为92.0%,可应用于自动监测总磷数据的修正。     

基于SWAT模型的流域面源污染模拟影响分析

针对流域面源污染模型往往忽略或简化河道内污染物变化过程的缺陷,探讨了河道水质模型对流域面源污染模拟的影响.以太湖流域浙西区的西苕溪流域为研究对象,选取具有一定物理机制的分布式面源污染模型SWAT模型,分别以激活和不激活其嵌套的河道水质模型QUAL2E,即SWAT模型与QUAL2E模型紧密耦合和松散耦合两种情况进行模拟,并比较了对TN及TP的模拟效果.结果表明,丰水期与平水期的模拟结果并没有显著差别;但在枯水期,由于水量较小,河道内污染物变化过程对模拟结果影响较大.同时引入QUAL2K模型,分析认为改进河道水质模型对提高SWAT模型模拟精度有一定的效果.