太湖蓝藻预警监测遥感自动解译系统研究

针对太湖蓝藻遥感监测自动化、智能化等业务需求,研究了太湖蓝藻遥感自动解译系统的总体架构、功能模块等。系统包括遥感数据接收子系统、蓝藻遥感解译子系统和海量遥感数据管理子系统,可实现从数据接收到报告编制全流程自动化处理。     

应用MODIS监测太湖蓝藻水华时空分布特征

利用波段比值算法对经几何校正和大气矫正后的MODIS/Terra L 1B数据进行处理,获取了2004～2010年天气晴好条件下太湖及各分湖区蓝藻水华的面积与时空分布,并在此基础上对太湖蓝藻水华的时空变化特征进行了分析。结果表明：2004～2010年太湖地区共暴发蓝藻水华539次;2004～2007年太湖蓝藻水华首次暴发时间逐年提前,暴发频次逐年增加,2007～2010年太湖蓝藻水华首次暴发时间逐年推迟,暴发频次逐年减少;2004～2010年3～8月份蓝藻水华暴发次数有增加的趋势,8～12月份蓝藻水华暴发次数有减小的趋势;2004～2010年太湖蓝藻水华主要发生在北部和西部湖区,东部和南部湖区发生次数较少,各分湖区蓝藻水华暴发概率大小的顺序为：西部沿岸>大太湖>梅梁湾>南部沿岸>竺山湖>贡湖     

光辅助下TiO2-蒙脱土复合材料抑杀蓝藻

以TiCl4和钠基蒙脱土为原料,采用水解法制备了TiO2-蒙脱土复合材料,采用XRD、IR和TEM对其结构和性质进行表征;通过藻细胞的内含物含量、生长代谢活性和形态的变化以及藻细胞膜脂质过氧化分析,研究了TiO2-蒙脱土复合材料在光辅助下去除颤藻的性能.结果表明,TiO2-蒙脱土复合材料中一部分TiO2插入蒙脱层间,增加了蒙脱土的层间距,另一部分以锐钛矿相均匀分散在蒙脱土上;在紫外光辅助下,TiO2-蒙脱土的用量为50.0 mg/L,lh后颤藻的除藻率可达94.58％;TiO2-蒙脱土通过光催化作用破坏藻细胞膜、降解藻细胞内含物、降低藻细胞代谢活性和破坏藻细胞形态,从而产生抑藻作用.     

基于景区湖泊污染的多功能水域清理船设计

针对我国城市景区湖泊富营养化和垃圾污染严重,传统景区水域清理存在各种不足等问题,设计研发多功能水域清理船灭杀蓝藻和清理垃圾,恢复景区湖泊生态环境。结合景区湖泊污染实际状况,提出把臭氧灭杀蓝藻应用于景区湖泊清理的新概念,研发一艘可无线遥控、集打捞垃圾、过滤小型悬浮微粒和灭杀蓝藻功能于一体的多功能水域清理船。通过无线遥控多功能水域清理船,能全面清理湖面垃圾,过滤小型悬浮微粒,臭氧灭杀率能达到90%以上。利用多功能水域清理船能维护景区小湖泊生态环境,在各类景观水体和小型湖泊的污染治理中具有很好的应用前景。     

3S技术在太湖富营养化和蓝藻水华分布规律中的应用研究

应用3S技术,采用营养状态指数法、蓝藻水华分级评价方法以及蓝藻水华发生频率分析方法,对2010—2013年太湖富营养化状况和太湖蓝藻水华时空分布规律进行分析和研究,以期为太湖富营养化控制和蓝藻水华预警、监控工作提供技术支持,同时为太湖水环境治理提供科学依据。实践证明,3S技术能快速、全面、直观地反映太湖富营养化状况和蓝藻水华时空分布规律。结果表明:(1)2010—2013年太湖处于轻度富营养状态,太湖富营养化呈现西北高、东南低的分布规律;(2)2010—2013年,全太湖小型蓝藻水华发生次数最多,蓝藻水华级别越高,发生次数越少;(3)年际变化上,蓝藻水华发生次数总体趋于平稳,蓝藻水华发生呈现"小型多发、中大型少发、重大型偶发"趋势,蓝藻水华发生规模呈显著缩小趋势;(4)月际变化上,8月和9月是太湖蓝藻水华的高发月份,9月蓝藻水华发生规模最大;(5)空间变化上,太湖西部沿岸是太湖蓝藻水华首次爆发最频繁的水域,太湖西部沿岸区尤其宜兴沿岸是蓝藻水华爆发频率最高的水域。     

三峡小江回水区蓝藻季节变化及其与主要环境因素的相互关系

三峡水库支流回水区富营养化和水华近年来备受关注.通过对库区小江流域回水区段蓝藻群落组成及丰度的监测研究发现,2007年5月~2008年5月小江回水区共鉴定出蓝藻15属,40种,其细胞密度均值为(23.50±10.30)×105cells.L-1,占藻类总密度的24.1%,生物量均值为(768.70±287.40)μg.L-1,占藻类总生物量的8.9%.蓝藻丰度季节变化明显,春末夏初为蓝藻的繁盛期,盛夏后蓝藻丰度逐渐下降,并在冬季达到全年最低水平.鱼腥藻、平裂藻、束丝藻、席藻、微囊藻是常见蓝藻,它们的细胞密度总和约占蓝藻细胞总密度的79.1%,生物量总和约占蓝藻总生物量的77.6%,是小江回水区蓝藻的优势种群.对蓝藻丰度和营养物、温度、透明度、真光层深度等环境因素的相关性分析发现,小江回水区蓝藻生长对无机态氮、磷的吸收利用显著,且蓝藻生长摄取硝态氮可能比利用氨氮更加明显.温度升高、水下光学透射性能下降有利于蓝藻细胞密度和生物量的增加.结合研究同期水文、气象条件的观测结果,发现在降雨、径流的作用下,水土流失严重的小江回水区氮、磷营养物同泥沙一起输入水体,为蓝藻生长提供丰厚的物质基础.受泥沙颗粒的影响,水体混浊度提高而真光层深度减少,蓝藻自身对低光照、高浊条件的敏感性及其悬浮生长机制促其能够在上层水体大量生长并形成优势.     

湖北枝江市石子岭水库蓝藻水华研究

2009年8月21日对枝江市作为饮用水源的石子岭水库浮游植物和水体营养盐状况进行了调查.结果表明,该水库已经发生了微囊藻水华;浮游植物群落结构定量分析和多样性指数计算表明石子岭水库明显富营养化,惠氏微囊藻是是群落中绝对优势种.同时浮游植物生态位测度值表明微囊藻等蓝藻在时下的生态因子作用下将呈现逐渐衰退,而绿藻种群扩张,水库中浮游植物明显呈现由蓝藻优势向绿藻优势群落演替趋势.测定叶绿素荧光参数,以了解微囊藻水华的生长状态,比较研究中午强光下和经过24 h暗恢复及与室内培养的惠氏微囊藻三者的差异,表明夏末秋初阶段水库中微囊藻受到了一定的光照胁迫.水库中营养盐分析表明过高的总氮、总磷浓度和适宜的N/P比可能是水华暴发的主要原因,同时也是导致石子岭水库浮游植物呈现特定的群落结构特征的关键因素.     

太湖蓝藻胞内有机质的微生物降解

蓝藻水华消亡时,藻细胞裂解会产生大量的胞内溶解性有机质（I-DOM）.本研究利用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）和三维荧光-平行因子分析法（EEM-PARAFAC）,考察太湖蓝藻I-DOM在微生物降解过程的组成变化,并研究了温度（20、25和30℃）和I-DOM初始浓度（5、10和20 mg·L^-1）对I-DOM生物降解的影响.结果表明,I-DOM能较好被微生物降解,14 d后,DOC的去除率为50%~74%.初始I-DOM主要包含类色氨酸组分C1（80%）,存在C2（一种广泛存在的类腐殖质,16.0%）和C3（微生物来源类腐殖质,3.7%）;几乎不含C4（微生物来源类腐殖质,0.3%）.微生物降解过程,这些组分既被消耗,同时又能被产生,呈现以下变化趋势：C1组分减少;C2组分变化趋势复杂,其先下降后增加,随后又下降;C3和C4先增加后减少.S_r、E₂：E₃和HIX指标的变化显示,降解过程中,溶液中DOM分子量增大,腐殖性增强.本实验条件的温度和I-DOM初始浓度范围均不改变各组分的变化趋势;3个温度中25℃条件下降解效果最佳;而随着I-DOM初始浓度的增加,I-DOM降解增强.结合笔者关于I-DOM光降解的研究,推断太湖水华消亡产生的DOM可能有以下的归趋：其中类色氨酸能被有效降解,而各类腐殖质难以完全降解;这些类腐殖质芳香性较强,极可能与金属物质发生作用而从水体中去除,被埋藏在沉积物中.本研究有助于探明太湖蓝藻水华消亡产生DOM的归趋.     

太湖不同湖区夏季蓝藻生长的营养盐限制研究

采集太湖6个湖区水样,利用营养盐添加,现场培养实验研究了水华蓝藻在不同湖区水体中生长的氮、磷限制情况和蓝藻的生长潜力.结果表明,梅梁湾水体只有氮、磷同时添加才对蓝藻生物量具有显著的促进作用,表明该湖区水华蓝藻的生长不仅存在磷限制,而且存在明显的氮限制.在太湖西部河口区、竺山湾和贡湖湾,蓝藻对单独的氮添加没有反应,而单独磷添加和氮磷同时添加对蓝藻生长具有同样的促进作用,表明磷是这些区域藻类生长的主要限制因子.东太湖水体不论氮磷单独还是同时添加对蓝藻生长均没有促进作用,表明存在氮磷以外的限制因子.氮磷供应充足的情况下,梅梁湾和西部河口区水体培养的蓝藻生长速率最高,表明这两个水域蓝藻的生长潜力最大,氮磷输入极易刺激蓝藻大量增殖,这在一定程度上解释了为什么蓝藻水华在这两个区域更为严重.蓝藻在贡湖湾和胥口湾水体中生长速率较低,在东太湖水体中的生长速率最低,因此这些水域的蓝藻增殖潜力较低.     

全球气候变化对太湖蓝藻水华发展演变的影响

对太湖周边4个常规气象观测站的47年观测资料进行分析,以探讨全球气候变化对太湖蓝藻水华演变的影响.结果表明,20世纪80年代之前,太湖流域气象条件的年代际尺度变化趋势不利于蓝藻的生长和水华的形成,而在20世纪80年代以后,尤其是20世纪90年代以后,气温、风速、降水变化都较大,且都有利于蓝藻的生长和水华的形成,这与蓝藻水华的观测事实一致.据此定义了蓝藻水华气象指数,每年太湖蓝藻水华气象指数能够很好地反映蓝藻水华的发展变化情况.进而,分析了反映ENSO循环变化的Ni?o3指数与太湖流域气象条件变化的相关性,结果表明ENSO循环与太湖流域风速、降水在年代际尺度上有着非常好的相关性.据此预测,2000年以后10~20年中,太湖蓝藻水华气象指数将继续在高位振荡,若蓝藻生长所需的营养盐浓度得不到有效的控制和明显的降低,蓝藻水华在气候条件的影响下,仍将可能大面积暴发.