基于水面反射率光谱分类的太湖藻蓝蛋白浓度反演

藻蓝蛋白是蓝藻的标志性色素,利用遥感反演藻蓝蛋白浓度的时空分布对于蓝藻水华监测和预警具有重要意义.太湖水体光学特性时空差异较大,传统的藻蓝蛋白遥感反演方法在太湖各湖区各季节的适用性有限.因此,本文采用先分类再反演的策略,基于水面反射率光谱分类进行太湖藻蓝蛋白浓度反演建模.首先采用逐步迭代的K均值聚类方法实现光谱分类;然后分别利用每一类的训练样本光谱数据建立最适用于该类的藻蓝蛋白反演模型;最后利用每一类的检验样本光谱数据进行反演模型精度评价.为了对比,同时采用不分类的传统方法进行反演建模和精度评价.检验结果表明:基于不分类的传统建模方法得到的均方根误差RMSE=14.14μg·L-1,平均相对误差σ=59.1%,反演结果和实测数据可决系数为0.46;基于光谱分类的建模方法得到RMSE=8.47μg·L-1,σ=31.3%,反演结果和实测数据可决系数为0.87.因此,基于光谱分类的藻类蛋白反演方法有效地提高了反演精度,可以为其它水体的藻蓝蛋白浓度反演提供借鉴.     

滇池藻胆蛋白时空分布特征及其影响因素分析

藻胆蛋白具有重要的经济价值,可以从藻体中提取、加工,从而实现藻泥废物的减量化与资源化。为厘清滇池水体藻胆蛋白的时空分布特征及其影响因素,于2022年不同季节进行了4次采样,在建立藻胆蛋白检测方法的基础上,分析了滇池草海、外海北部、外海中部和外海南部4个区域的藻胆蛋白时空变化特征,并基于ArcGIS建立了藻胆蛋白浓度时间和空间序列栅格数据图。结果表明：1）滇池藻胆蛋白浓度在时间上呈现夏季>秋季>春季>冬季的分布特征,在空间上呈现外海北部>外海中部>外海南部>草海的规律,且以藻蓝蛋白为主要成分,藻红蛋白的浓度较低。2）通过对各影响因子的统计分析发现,藻蓝蛋白浓度与TP浓度和BOD₅存在显著的线性相关性（P<0.01）,藻红蛋白浓度与营养盐的相关性较低,藻胆蛋白浓度与pH、DO浓度和透明度的线性关系显著（P<0.05）。3）对藻胆蛋白的影响因子进行分湖区讨论,结果表明氮、磷是藻胆蛋白分布的主要驱动因子,并可能受到水力条件和藻类种群类别的影响。4）草海虽然具有最高的TN、TP平均浓度,但其氮磷比（N/P）过高,蓝藻群落被绿藻取代,导致其藻胆蛋白浓度最低;外海北部具有较长的水力停留时间和较低的N/P,造成蓝藻种群占比高,藻胆蛋白的浓度最高;滇池水体春冬季的N/P显著高于夏秋季,这也是夏秋季藻胆蛋白浓度高于春冬季的主要原因之一。

     

去藻247对滇池水除藻效果的研究

采用去藻247处理滇池草海出口处水样进行试验,结果表明,在大比例投加药剂时,去藻247在0～20mg/L这一范围内的除藻效果较好,且随着投加量的增加,其去除效果越好;在精确投加时,当投加量为20 mg/L时,其去除效果最佳.其中叶绿素、TP的平均去除率达到27.0%和25.3%,对TN也有一定的去除.使用去藻247后,通过测定铜离子残留浓度可知,水样中铜离子的残留浓度在10天之内就迅速降低,且远低于国家饮用水标准中铜离子的允许值1.0mg/L,因此该药剂对水体无二次污染,去藻247是一种具有进一步研究价值的除藻剂.     

实验条件对宣城水体中藻蓝蛋白提取结果的影响

通过改变不同的实验条件,研究从蓝藻中提取藻蓝蛋白的最佳条件,以实现蓝藻的资源化利用。以宣城水体的新鲜秋季蓝藻水华为研究对象,利用液氮和50℃恒温水浴,通过反复冻融法提取藻蓝蛋白。以光谱吸收特征和浓度值为评价指标,研究和比较了不同冻融介质(磷酸盐缓冲液和乙醇溶液)和不同稀释比例(0.4,0.5,0.67,1)对藻蓝蛋白的提取效果的影响。结果表明:以0.1mol/l磷酸盐缓冲液作提取剂的藻蓝蛋白提取效果比100%乙醇好;稀释比例对藻蓝蛋白的提取效果的影响与提取介质有关。     

新型除藻剂对滇池含藻水体的除藻效果研究

将从前期研制的除藻材料的原材料中提炼出的除藻有效成分制备成新型除藻剂,并实验考察了新型除藻剂对滇池含藻水样的净化效果。实验结果表明,加入一定量的新型除藻剂后,实验处理的滇池含藻水样的各项水质指标均有明显好转:pH值从8.78降为6.65,吸光度值由0.028降为0.004;对CODMn、TN、TP、叶绿素a的去除率分别达到61.64%、90.57%、95.87%、88.30%。实验研究结果表明,该新型除藻剂对水体无二次污染,是一种具有较好研发前景的湖泊水体除藻剂。     

盐析法纯化新鲜蓝藻中藻蓝蛋白工艺条件的研究

以水华暴发的新鲜蓝藻为处理对象,采取冻融破壁的方式获取藻蓝蛋白的粗提液。在一步盐析与二步盐析单因素试验的基础上,基于正交试验综合考虑盐析时间、藻蓝蛋白的浓度、pH和(NH₄)₂SO₄饱和度对纯化藻蓝蛋白的影响。结果表明,一步盐析中最优工艺条件,(NH₄)₂SO₄饱和度为17%、的藻蓝蛋白粗提液浓度为1.45 g/L、pH为6.4、反应时间为15 min;二步盐析中最优工艺条件,(NH₄)₂SO₄饱和度为35%、pH为4.0、反应时间为15 min。最终能得到纯度为2.04的藻蓝蛋白,有利于进一步纯化藻蓝蛋白。     

粉末活性炭吸附-双水相萃取法提纯藻蓝蛋白工艺研究

采取粉末活性炭吸附-双水相萃取的工艺方法,以巢湖新鲜蓝藻藻泥为原料提纯藻蓝蛋白,在考虑煤质粉末活性炭添加量的基础上,探究粉末活性炭纯化藻蓝蛋白的效果。通过单因素和正交试验,确定粉末活性炭吸附-双水相萃取法纯化藻蓝蛋白的最优工艺条件：PEG分子量为4 000做高聚物,PEG浓度为4%,磷酸钾盐浓度为16%,体系pH为7.0。验证试验结果表明,经过优化工艺纯化后藻蓝蛋白纯度可达到3.461 7,组合工艺回收率为63%。与传统方法相比,该工艺具有设备小、成本低、周期短等特点。     

实验条件对太湖水体中藻蓝蛋白提取结果的影响

基于野外采集的太湖水样和室内培养的铜绿微囊藻,对比了典型实验条件对太湖水体中藻蓝蛋白提取结果的影响。结果表明:(1)在太湖水样的藻蓝蛋白提取中,磷酸盐缓冲液浓度的影响微弱,0.01～0.2 mol/L的磷酸盐缓冲液均适宜浸提太湖水样中的藻蓝蛋白。冻融前加入缓冲液提取的藻蓝蛋白效果较好。-50℃冷冻温度的提取效率高于-20℃。(2)铜绿微囊藻和太湖水样在磷酸盐缓冲液加入顺序和冷冻温度上存在差异。对于室内培养的铜绿微囊藻,磷酸盐缓冲液可在冻融前加入,也可于冻融后加入。冷冻温度以-20℃为宜。(3)稀释测量结果显示,随着稀释比例的降低,最大吸收峰值线性减小,对应的波长位置发生了偏移。稀释比例和藻蓝蛋白浓度呈良好的线性关系。     

滇池富营养化水体新型除藻材料的试验研究

通过实验室小试 (2 0L)和滇池水体围栏扩大试验 (30 0m2 ) ,研究新型轻质除藻材料对滇池湖水中藻类的除藻及净化作用。小试结果表明 ,该除藻材料放入滇池水样实验 2 6d后 ,水质明显好转 ,藻类去除率可达 98% ,COD、TN及TP的去除率达到 38%～ 62 %。滇池湖边 30 0m2 水面围栏扩大试验结果显示 ,除藻材料放入试验区水体 1 0d后 ,水体中藻类含量明显减少 ,水体透光率从 55 %增加到 80 % ,水质状况也有很大改善。研究表明 ,该除藻材料是一种具有研究和应用价值的新型水体除藻材料。     

东海赤潮高发区半分析算法色素浓度反演

为研究赤潮机理和预测预报以减少其危害,根据2002-04东海赤潮调查航次实测资料,得出经验系数,建立方程,发展了东海赤潮高发海区的叶绿素a浓度反演半分析算法.由现场实测数据对算法进行检验,叶绿素a吸收系数a_ph(675)及浓度的反演结果误差基本在30%以内,其中浓度反演结果比较,均方根偏差为0.24,最大相对偏差为40.93%,平均相对偏差为18.83%,相关系数R²为0.83.从检验的结果来看,算法反演的精度较好,对于研究海区相对适用.     

滇池水体中叶绿素A含量的遥感定量模型

本研究利用滇池1999年4月14日陆地卫星TM数据与准稿步全湖面监测资料，对滇池全湖水体叶绿素A含量与不同波段遥感值的关系进行了关联度分析，并据此建立了TM图像感叶绿素A水质模型，该模型被成功地应用于滇池水体叶绿素A的遥感动态监测。     

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...     

滇池水体总悬浮物散射系数参数化模型

总悬浮物的散射系数是水体非常重要的固有光学量之一,散射系数的参数化研究,对于水体生物光学模型的构建具有非常重要的意义.2009年9月对滇池水体25个样点进行野外采样,对滇池水体水质参数、悬浮物的吸收、散射特征进行分析,并利用乘幂模型对散射系数进行参数化,分析了模型精度与色素颗粒物吸收之间的关系,进而改进乘幂模型.结果表明,在色素颗粒物吸收较强的波段,普通乘幂模型的平均相对误差为0.08,模型改进后相对误差缩小为0.02;在色素颗粒物吸收较弱的波段,会出现模型的过修正,这主要取决于色素颗粒物的吸收,因此,没有必要对乘幂模型进行修正.     

基于半分析模型的太湖春季水体漫衰减系数Kd(490)估算及其遥感反演

漫衰减系数是水体重要的光学参数,是水生态系统的重要影响因素.利用2009年4月和2010年5月太湖实测数据,基于光学闭合原理,首先求解出490 nm处水体总的吸收系数[a(490)]和后向散射系数[bb(490)],进而研究了其与模拟的环境一号卫星多光谱数据不同波段遥感反射率之间的关系,在此基础上构建了太湖春季水体Kd(490)反演的半分析模型并将其应用到环境一号卫星影像上进行了太湖春季水体Kd(490)的遥感反演.结果表明,①基于光学闭合原理,可以较为准确地求解出a(490)和bb(490),a(490)实测值与求解值的平均相对误差为17.1%,bb(490)与模拟的环境一号卫星第四波段的遥感反射率具有很好的指数关系;②本研究所构建的模型具有较好的精度和稳定性,利用与卫星影像准同步的地面采样点对模型进行验证,得出模型反演的平均相对误差为21.6%,均方根误差为1.68 m-1;③太湖春季水体Kd(490)具有较强的空间差异性,太湖北部和东太湖大部分区域为Kd(490)的低值区,太湖西部和南部为Kd(490)的高值区,而太湖中部大部分区域介于两者之间.     

滇池湖泊富营养化动力学模拟研究

针对滇池富营养化情况 ,利用实测资料 ,建立了叶绿素a、透明度、藻量与总氮、总磷之间的相关关系式 ,利用水动力学原理建立垂向平均化的水动力学模型 ,并对总氮、总磷及叶绿素a、透明度和藻量分布进行了模拟计算。对滇池湖泊富营养化的控制提供科学依据。     

基于EFDC模型的滇池水质模拟

从应用层面介绍EFDC模型的主要编程原理和数据结构,以及主控文件、初始化数据、气象和负荷数据以及模型输出的内容和结构。利用1988、1989年的负荷数据和观测资料,对滇池水质进行了模拟。结果表明,模型的水动力模块模拟结果与实际情况较接近,水质模块的模拟结果尚可接受,模型实用程度的提高有赖于基础数据的积累。     

滇池水体BOD5和CODMn空间变化研究

通过对滇池进行全湖集中采样和分析,揭示了滇池水体五日生化需氧量(BOD5)和高锰酸盐指数(CODMn)的空间变化规律.BOD5和CODMn变化范围分别是2.3～7.9mg/L,5.1～15.4mg/L,BOD5平均值草海(5.9mg/L)高于外海(5.1mg/L)CODMn平均值外海(10.17mg/L)高于草海(8.67mg/L),2个指标在入河口水域都相对较高.水平方向上,BOD5变化特点是南北高,中间低,西部高,东部低.垂直方向向上BOD5随水深增加递减.而CODMn的高值区域主要出现在草海和外海海埂、盘龙江、大青河入湖口水域、西部观音水域以及东北部宝象河、东部梁王河和捞鱼河入湖口水域、东南柴河入湖口水域.垂直方向上,从表层到水-沉积物界面水体,其CODMn都呈增加趋势.随着工业点源污染的控制,城市生活污水的排入和面源有机污染物的输入以及内源释放是决定滇池BOD5和CODMn空间变化的主要原因.     

滇池水体中微囊藻毒素的研究

研究发现滇池藻类以蓝藻为主 ,其数量在一年中的 4月最低 ,6月开始上升 ,在 8-1 0月达到最高。通过对藻类和滤液的不同浓度洗脱液的分析 ,在藻类和水体中都检出毒素峰 ,且集中在 50 %、60 %、 80 %的甲醇洗脱液中。藻毒素主要是MC -LR型 ,水体中的藻毒素来源于藻类的释放。     

滇池水生植被恢复规划研究

本文提出了浅水湖泊水生生态系统的恢复措施，并从以下三个方面进行研究；（１）生态恢复工程物种设计；（２）水生植物群落优化配置设计；（３）水生植物群落区域布置设计。提出滇池先锋植物的种类和建种类，水生植物配置以沉水植物群落和挺水植物群落为主，并在滇池草海，外海东西岸对水生植物恢复区进行了区域布置。