千岛湖水体悬浮颗粒物吸收特性及其典型季节差异

利用千岛湖2012年12月~2013年2月冬季及2013年6~8月夏季的采样数据,分析了千岛湖水体的营养水平和悬浮颗粒物的吸收特性季节变化及空间分布规律.结果表明千岛湖营养水平夏高冬低,整体处于中营养水平.冬季和夏季总悬浮颗粒物吸收系数在440 nm的均值分别为:(0.20±0.07)m-1和(0.24±0.17)m-1;675 nm的均值为(0.07±0.02)m-1和(0.10±0.07)m-1;夏季显著高于冬季(t-test,P<0.05).冬季总悬浮颗粒物的吸收光谱可分为两种情况:西北湖区与浮游植物吸收类似,其它站点与非藻类颗粒物的吸收相似;而夏季,在可见光范围,50%以上总悬浮颗粒物的吸收是由藻类颗粒物贡献,因此,总悬浮颗粒物的吸收光谱曲线与浮游植物光谱曲线类似.冬夏季浮游植物吸收系数差异显著(P<0.05),440 nm均值分别为(0.10±0.03)m-1和(0.17±0.14)m-1;相应地675 nm的均值为(0.05±0.02)m-1和(0.08±0.07)m-1.冬季和夏季440 nm浮游植物比吸收系数(以Chla计)的均值分别为:(0.045±0.010)m2·mg-1和(0.039±0.013)m2·mg-1;675 nm处为:(0.022±0.004)m2·mg-1和(0.019±0.005)m2·mg-1.440 nm和675 nm浮游植物吸收系数随Chla浓度及综合营养状态指数的增加线性增大;比吸收系数和Chla浓度呈幂函数关系,随Chla浓度增大而减小.冬季非藻类颗粒物吸收与无机颗粒物的相关性最好;夏季440 nm非藻类颗粒物吸收与总悬浮颗粒物和有机颗粒物呈线性关系,随着总悬浮颗粒物和有机颗粒物含量增加非藻类颗粒物吸收增加.     

渤海非色素颗粒物和黄色物质的吸收特性研究

非色素颗粒物和黄色物质的吸收是海水总吸收系数中重要的组成部分,也是海洋光学和水色遥感目前主要的研究内容.本文利用2005年测量的渤海黄色物质与非色素颗粒物的吸收系数,回归了两者吸收系数的曲线斜率,平均值分别为0.012和0.014 nm-1,这与国外测量的结果是一致的;分析了吸收系数和曲线斜率的时空分布,发现两者存在比较明显的负相关关系,可能是由于非色素颗粒物与黄色物质的两种来源导致的.     

太湖水体颗粒物散射的剖面分布及其影响因素分析

为了探索太湖水体颗粒物散射的剖面分布特征,掌握水下散射变化机制,2008年11月对太湖3个不同深度的散射系数和后向散射系数分别进行观测.研究分析了它们随深度变化的特征;由衰减系数,计算出太湖水体颗粒物粒径分布函数(PSD)斜率值的剖面分布;根据散射系数与悬浮物浓度的相关关系,推算了悬浮物浓度及组成的剖面分布;根据水体折射指数,分析了不同深度水体散射系数的主导影响因子.在0、50、100 cm这3个深度处的颗粒物散射,分别有14%、17%、12%的样本是由藻类颗粒物主导的,35%、30%、34%是由无机颗粒物和非藻类有机颗粒物主导的,51%、53%、51%是由三者共同主导.结果表明,太湖水体的散射和后向散射系数随深度变化较小,不同湖区太湖水体总悬浮的浓度差异性很大,但是在不同剖面深度上差异较小,浓度差异较大的点基本上都出现在入湖河流旁,太湖水体颗粒物散射系数的主导影响因子除少数靠近入湖河流的样点外,大部分样点在不同剖面深度上差异较小.     

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.     

利用CDOM吸收系数估算太湖水体表层DOC浓度

溶解有机碳(DOC)是水体中最大的有机碳库,在水体碳循环中起着重要作用.有色溶解有机物(CDOM)是DOC的重要组成部分,其吸光作用改变着水下光场结构,是水色遥感监测的重要因子之一,建立两者的联系为利用遥感技术估算湖泊水体表层DOC浓度提供有效的技术方法.基于2010年5月、2011年1月、2011年3月和2011年5月的太湖4期实验数据(183个采样点),利用CDOM特征波长吸收系数[ag(250)和ag(365)]建立多元线性模型估算太湖水体DOC浓度,同时利用2011年8月29日～9月2日的数据(n=27)对模型进行验证评价,并构建了湖泊水体DOC浓度的遥感反演模式.结果表明,该模型能够有效估算太湖水体的DOC浓度;2011年1月DOC和CDOM的源和汇有较大差异,估算效果较差;其他3期数据的模型估算效果显著(R2=0.64,RMSE=14.31%,n=164),并在201108期数据中得到了验证(R2=0.67,RMSE=10.58%,n=27).模型形式虽具有一定的通用性,但系数在不同的水域中有所差异,模型系数的区域化成为下一步研究的重点.     

太湖水体散射特性及其与悬浮物浓度关系模型

水体散射特性与水环境参数如悬浮颗粒及其浓度密切相关.利用Wetlabs公司研制的水体固有光学特性测量系统,于2006-10～2006-11对太湖水体的散射系数和后向散射系数进行了测量.在对水体散射特性分析的基础上,建立了太湖水体颗粒物后向散射系数的光谱模型.此外,利用后向散射率计算水体折射系数,根据折射系数的变化范围,将水中颗粒物的主导因子分为3种类型：①浮游植物主导;②无机颗粒物主导;③两者共同主导.在对散射系数与无机悬浮物、有机悬浮物、总悬浮物浓度相关性分析的基础上,针对颗粒物主导因子的不同,分别建立了散射系数与无机悬浮物浓度的乘幂关系模型.     

滇池水体光学物质的吸收特性研究

基于2009年9月在滇池的野外采样,分析了滇池水体中光学活性物质的吸收特性及其空间分布、与水体组分浓度的关系、各光学活性物质吸收对总吸收的贡献率、滇池水体吸收特性与其他二类水体的异同性等.结果表明,总颗粒物吸收光谱曲线与浮游藻类吸收光谱曲线形状相似,浮游藻类吸收在总颗粒物吸收中占主导;440、624和675 nm处的浮...     

珠江口水体组分的吸收特性分析

水体组分吸收特性是水下光场和水面光谱的主要影响因子,对其进行研究有助于提高对水体光学特性的认识和水质参数的遥感反演.基于2013年7月珠江口水体30个样本的实测数据,对珠江口水体总颗粒物、非藻类颗粒物、浮游藻类和CDOM的吸收特征进行了分析,结果表明:1总颗粒物吸收特征为非藻类颗粒物主导类型;2非藻类颗粒物的吸收系数遵循指数衰减规律,主要来源是陆源性输入,指数斜率Sd均值与空间变化幅度高于内陆二类水体;3多项式关系能较好地表达aph(440)与叶绿素a浓度的关系,而aph(675)与叶绿素a浓度存在很好的线性相关,辅助色素对浮游藻类吸收系数的影响主要在短波波段,长波波段叶绿素a的影响占主导地位,比吸收系数随叶绿素a浓度的增加而减小,呈现幂指数衰减规律;4CDOM输入以陆源为主,光谱曲线在紫外波段250~290 nm之间存在一个吸收肩,按光谱特征分段拟合Sg值能够更好地表达CDOM吸收特性,M值与A段(240~260 nm)的斜率Sg值呈现较强的正相关,珠江口水体的M值较小,CDOM中腐殖酸含量较高;5珠江口水体非色素颗粒物吸收在总吸收中占主导地位,浮游藻类吸收对总吸收的贡献远小于非色素颗粒物,CDOM吸收对总吸收的贡献最小,当CDOM中腐殖酸含量较高时,CDOM对水体总吸收的贡献大,腐殖酸含量较低时,CDOM对水体总吸收的贡献小.     

长江口滨岸水体悬浮颗粒物中PCBs分布特征

对长江口滨岸带14个采样点水体悬浮物中的多氯联苯(PCBs)进行GC-ECD测试,结果表明PCBs含量水平为2.5～51.5ng/g,平均值为13.2ng/g,普遍高于相应表层沉积物中的含量,但没有表现出明显的与排污有关的地域性分布规律;PCBs的含量与悬浮物的粒径和有机质含量不显著相关,而可能与有机质来源和矿物组成有关;在大多数采样站位,低氯代联苯(2～5CB)占PCBs总量的70%以上,其中2CB在悬浮物中占有绝对优势地位.这一组成特征可能与我国主要生产和使用低氯代联苯有关,但与过去表层沉积物中以3CB为主的特征不同,表明可能有新的PCBs的输入.与国内外相关研究结果对比,本区PCBs的污染属中等水平.     

太湖藻源性颗粒物降解过程中营养盐转化及其生态效应

以太湖水体中藻源性颗粒有机物作为切入点,研究了不同环境条件下(有光,无光)藻源性颗粒有机物降解过程中C,N,P等营养元素的形态变化过程,分析了藻源性颗粒有机物对水体营养盐循环和浮游植物生长中的作用.实验结果显示,蓝藻水华过程中,藻源性颗粒有机物最高可占水体总C,N,P比例的81.51%,94.60%,97.47%,是水体营养元素的重要组成部分;有光组颗粒物APA显著高于无光组,说明有光组中颗粒态P降解和转化速率显著高于无光组,但有光组水体中SRP浓度低于无光组,Chl-a浓度高于无光组,说明有光组中藻源性颗粒物降解的同时伴随着藻类的生长,颗粒物释放的SRP被浮游植物吸收并转化为生物量;光照对C,N,P的降解过程有明显影响,无光组颗粒物中C,N,P降解速率是有光组的2倍,可降解比例是有光组的(2.5±0.1)倍;实验中还发现前7d各元素的降解速率要高于之后的降解速率.综上,藻源性颗粒物营养盐总量大,生物可利用性高,降解迅速,且降解产物可被浮游植物吸收,是藻类生长和水华发生重要的营养盐来源.     

太湖浮游植物生物量的周期性变化

于2002年定点观测了太湖梅梁湾水体5个层位上的悬浮质和叶绿素含量,同时比较了太湖近6年的叶绿素和悬浮质检测结果.将叶绿素及其与悬浮质的比值的平均数作为对生物量的衡量指标.结果表明,浮游植物生物量呈现相同的多峰型变化,2个峰之间平均间隔约为50d.在太湖水华优势种微囊藻(Microcystis spp.)室内分解试验的基础上,检测到的生物量波动周期与微囊藻细胞分解和生长过程所需的时间之和(43～50d)是一致的.讨论了生物量波动周期与多种环境因子的相关性.     

太湖、巢湖水体CDOM吸收特性和组成的异同

2009年4、6月,分别对太湖、巢湖进行了野外试验.利用光谱微分技术分析了2个湖泊CDOM吸收光谱的变化特征,根据吸收系数的光谱微分特征,对240～450nm的吸收系数进行分段,分别对每一段计算光谱斜率S值.在A段,巢湖、太湖CDOM的S值分别在:0.0166～0.0102nm-1[平均值(0.0132±0.0017)nm-1]和0.029～0.017nm-1[平均值(0.0214±0.0024)nm-1]之间,在B段,其S值分别在:0.0187～0.0148nm-1[平均值(0.0169±0.001)nm-1]和0.0179～0.0055nm-1[平均值(0.0148±0.002)nm-1]之间,在C段,其S值分别在:0.0208～0.0164nm-1[平均值(0.0186±0.0009)nm-1]和0.0253～0.0161nm-1[平均值(0.0197±0.002)nm-1]之间.结果表明:①太湖水体的吸收系数及对各组分吸收的贡献要小于巢湖水体的,标准化吸收系数要大于巢湖水体的.②不管是太湖还是巢湖,CDOM的吸收系数的微分光谱在260nm左右为谷值,在290nm左右为峰值,CDOM吸收系数可以分成(A、B、C)3段.③太湖水体中CDOM腐殖酸的相对含量整体要低于巢湖水体的.④S值反映CDOM组成的敏感性,与CDOM的组成有关,当CDOM中腐殖酸相对含量较高时,敏感性最强的是B段的S值,其次是C段的;反之,敏感性最高的是C段的,其次是A段的,最弱的是B段的.     

太湖水底摩擦系数的估算

利用１９９２年８月至１９９２年１０月在太湖马山地区测得的风，浪资料，采用浅水浪公式对太湖水底摩擦系数进行了估算，估算值为０．００２５。     

太湖春季和秋季浮游植物的光合作用活性

应用Phyto-PAM浮游植物荧光仪对2012年太湖浮游植物群落光合作用活性的时空分布进行测定. 结果表明:春季蓝藻、绿藻和硅/甲藻的F_v/F_m(最大光量子产量)分别为0.35~0.49、0.34~0.68和0.09~0.56;秋季则分别为0.34~0.53、0.55~0.68和0.28~0.61. 春季蓝藻、绿藻和硅/甲藻的NPQ(非光化学淬灭)分别为0.012~0.165、0.085~0.201和0.104~0.281,秋季则分别为0.035~0.263、0.052~0.118和0.048~0.301. RLC(快速光响应曲线)的特征参数表明,太湖浮游植物群落光能利用效率和光合作用速率具有显著时空差异. 相关分析表明,绿藻和硅/甲藻的光合作用活性与环境因子没有显著相关性;而蓝藻的F_v/F_m与RLC的特征参数呈显著正相关,与ρ(Chla)呈显著正相关(P<0.05,R=0.49),与SD(透明度)呈极显著负相关(P<0.01,R=-0.56),说明太湖蓝藻的光合作用活性与富营养化水平具有一致性. 从空间分布来看,草型湖区蓝藻的光合作用活性和ρ(Chla)均显著低于藻型湖区,表明水草能抑制蓝藻的光合作用活性和生长,进而降低蓝藻水华强度.      

太湖春季藻类生长的磷营养盐阈值研究

为了探讨太湖春季藻类生长的磷营养盐阈值,采用原位营养盐富集生物模拟实验,研究了太湖梅梁湾浮游植物对不同浓度无机磷(PO43--P)的生长响应.结果表明:外源磷添加能显著的促进浮游植物生长,但存在阈值.当磷浓度低于0.02mg/L时,藻类生长速率和生物量是可控的,当磷浓度高于0.02mg/L时,生长速率和生物量没有变化,因此春季藻类生长的无机磷阈值为0.02mg/L,相当于总磷阈值为0.059mg/L.太湖目前只有部分湖区总磷年平均浓度处于总磷阈值以下,控制流域的磷负荷,降低太湖的浮游植物生物量将是一个长期过程.     

风浪对太湖水体中胶体态营养盐和浮游植物的影响

为了解不同风浪条件下太湖水中胶体态营养盐和浮游植物含量的特征, 选择不同风速情况进行现场观测和采样, 用切向流超滤法获取胶体, 测定胶体态有机碳、氮、磷及其他形态营养盐含量. 同时收集浮游植物样品, 测定其密度和生物量. 结果表明, 在风速小于4m/s时胶体氮(CN)和胶体磷(CP)含量随风速变大而升高, 而在风速大于4 m/s时其含量不再升高, 甚至略有降低; 叶绿素a(Chl-a)、浮游植物密度、蓝藻密度和蓝藻生物量均在风速小于4m/s时随风速增大而升高, 在风速大于4 m/s时随风速增大而降低, 说明小风浪有利于蓝藻生长或漂浮, 而大风浪对其生长或漂浮不利. CN和CP含量与浮游藻类含量呈显著正相关, 表明在藻类生长旺盛的夏季, 太湖水中胶体氮、磷的主要来源为藻类产物.     

太湖底泥的空间分布和富营养化特征

太湖是一个大型的浅水湖泊，周围有数十条入湖河流，陆地风化物质被携带入湖即形成了底泥，由于湖底地形的差异。底泥在湖中的分布并不均匀，根据浅地层剖面仪的测量，在湖的西部存在一条南北向分布，宽度不等的古河道，底泥主要分布于古河道，在湖的沿岸和东太湖也有分布，根据估算，太湖底泥的蓄积量约为13.5亿m^3。太湖周围人口密集，工农业发达，二十多年来经济的快速发展引起了湖泊的富营养化，太湖底泥中的营养元素不断增高，并在一定的条件下向水体释放，加剧了水体的富营养化，引起连续多年春夏季节的蓝藻爆发，经过政府的源头控制和治理。目前富营养化状况初步得到遏止，并有改善的迹象。但底泥中的营养元素可以在很长时间内释放，因此富营养化的治理将是一个长期的过程。