基于3种时间序列模型的九龙江河流库区藻华预测

湖库富营养化和有害藻华是全球性生态环境问题,藻华预测与早期预警是保障湖库水源地供水安全的关键技术.如何基于高频水生态在线监测数据进行藻华的实时动态预测成为水生态管理领域的重大需求.本研究以福建省九龙江江东库区(水源地)为例,利用3年连续观测的逐时平均总叶绿素a浓度数据,对比研究了SARIMA、Prophet和LSTM(长短期记忆神经网络)3种时间序列模型在藻华(日平均叶绿素a大于15μg·L^-1)预测方面的效果.结果表明：(1)时间序列模型要求参数少,灵活性强,能清晰反映水质特征和未来变化趋势,可弥补传统藻类监测预警方法的局限性;(2)基于深度学习框架的LSTM模型,具有独特的迭代优化算法,对藻类非线性变化特征的识别和预测能力较强,其总叶绿素a逐日预测和7日预测效果均显著优于SARIMA模型和Prophet模型;(3)输入数据长度会在一定程度上影响模型预测效果,最优的输入数据时间长度为7 d;输入数据频率对预测效果也有影响,在预测非藻华日时,小时数据的预测效果优于日频率数据;在预测藻华日时,两种频率数据无显著差异,但日频率数据能更准确识别藻华日特征.总结起来,基于...     

模拟土壤环境中聚乙烯微塑料的暴露对紫花地丁生理生态的影响

为了解土壤微塑料对野生植物生理生态的影响,以紫花地丁为材料,选用150 μm聚乙烯微塑料(polyethylene microplastics,PE-MPs),分别设置对照组(CK)和不同暴露浓度,探究模拟土壤环境中微塑料污染对植物生理生态指标及其土壤理化指标的影响. 结果表明,低浓度PE-MPs对紫花地丁产生的影响不显著,但高浓度会对植物的生理指标产生明显的抑制作用. PE-MPs暴露浓度超出500 mg/kg时,紫花地丁各项生理生态指标出现显著变化. 在最高浓度为1 500 mg/kg的暴露下,部分指标达最低. 与CK相比,植物根系活力、叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素分别显著降低55.2%、27.9%、23.3%和26.7%;抗氧化酶SOD、POD和CAT等酶活指标分别显著降低55.2%、35.1%和35.5%;植物叶绿素荧光参数F₀、F_m分别显著下降27.1%和17.8%. NPQ_＿Lss在暴露浓度为500 mg/kg下达到最低;1-Q_p＿Lss随PE-MPs暴露浓度增加呈上升趋势,在...     

茂名北山岭海域生物的生态学初步研究?

根据2006年10月对北山岭海域进行的生态环境监测调查资料,对北山岭海域的叶绿素a、浮游植物、浮游动物、底栖动物和潮间带生物进行调查,具体对生物的种类组成、优势种、生物量和多样性指数进行了分析和评价;结果表明各种类生物多样性指数绝大部份大于3,显示该海域物种多样性较丰富,生态环境较好。《茂名市“十一五“发展规划》实施以后,无疑将加大对该海域的使用程度,增加入海废水污染物的种类和数量;建议加强对入海废水的管理,对新建项目认真落实环境影响评价制度,根据环境容量限制工业规模。严格执行“三同时“制度,以最大限度降低对该海域生态环境的不利影响,维护该海域的生态平衡和可持续发展。     

单壁碳纳米管材料对水稻幼苗的毒性效应

随着碳纳米管材料(CNTs)被广泛地应用于工业和商业等多个领域,其将不可避免地进入到大气、水和土壤环境中,从而对生态系统结构和功能产生一些负面影响.为明确进入水环境中的碳纳米管材料对农业生产的潜在危险,本实验采用水培法,研究了不同浓度(10、20、40mg·L~(-1))的单壁碳纳米管材料(SWCNTs)对萌发期内水稻的发芽率、根长耐性指数和幼苗生长期内水稻的鲜重、叶绿素和可溶性蛋白的影响,以及单壁碳纳米管材料在水稻根部的累积.结果表明,在萌发期,胁迫处理4 d后,与对照相比,10、20、40 mg·L-1SWCNTs处理组对水稻发芽率没有任何抑制作用,但会延迟种子的发芽时间;水稻根长耐性指数随着单壁碳纳米管材料浓度的增加而下降.在幼苗生长期,胁迫处理30 d后,与对照相比,水稻鲜重随着单壁碳纳米管材料浓度的增加而分别下降14.2%、21.0%和38.8%;与此相类似,水稻叶绿素和可溶性蛋白质含量随着单壁碳纳米管材料浓度的增加而下降;另外,通过透射电镜观察(TEM)发现,SWCNTs颗粒分布在水稻幼苗根尖表皮细胞的细胞壁中.SWCNTs对水稻生长起抑制作用,且随着浓度的增加抑制作用逐渐增强.     

乌梁素海Chl-a时空分布及相关水质因子研究

根据2010年1月-2015年11月乌梁素海水质因子监测数据,分析其Chl-a的时空分布及其与主要水质因子的相互关系.结果表明:河套灌区农田退水对乌梁素海Chl-a浓度变化产生较大影响,入口区高于湖心区与出口区.从空间分布上来看,Chl-a浓度分布呈现出入口区>湖心区>出口区的趋势;从时间分布上来看,呈现5月份>7月份>3月份>11月份>9月份>1月份,枯水期>丰水期>平水期.在采样时间段内,Chl-a与NO3-N与NO3-含量比成正比.     

氮磷营养盐因子对缘管浒苔生长、叶绿素荧光特性和氮磷富集的影响

为探讨大型海藻缘管浒苔(Ulva linza)对氮、磷加富的生理响应及其机制,分析了氮、磷浓度变化对藻体相对生长速率(Rr.g),氮、磷富集,叶绿素(Chl)含量,类胡萝卜素(Car)含量,色素比值(Chl a/Chl b、Chl/Car)以及叶绿素荧光参数的影响.结果表明,在30μmol·L-1P浓度不变条件下,随着N浓度的增加,藻体P含量持续降低,而其Rr、g、N含量、Chl含量、Car含量、色素比值(Chl a/Chl b、Chl/Car)和叶绿素荧光参数均逐渐上升,N3处理(500μmol· L-1 N)缘管浒苔Rr.g和叶绿素荧光参数均达到最大值,N4处理(1 000 μmol·L-1)缘管浒苔Chl含量、Car含量和Chl a/Chl b比值均达到最大值.在500 μmol·L-1N浓度不变条件下,依次增加P浓度,缘管浒苔Rr,g没有显著差异,N含量没有显著变化,而P含量则呈明显上升趋势,其他指标变化幅度小.综上所述,与P相比,N的变化对缘管浒苔生长、光合色素和光合作用的影响更明显,在N浓度为500 μmol·L-1、P浓度为30 μmol ·L-1、N/P比值为16.67条件下,藻体生长最佳.当水体富营养化加剧时,缘管浒苔富集氮、磷的能力持续上升.     

太湖水体Chl-a预测模型ARIMA在引排水方案优化中的应用

我国东部大型浅水湖泊太湖的富营养化和藻华暴发一直是困扰该地区社会经济高质量发展的重要水问题之一,其中水资源分配不均及部分营养盐浓度较高,严重制约了太湖水体生态环境的健康发展。基于1999-2019年太湖水质、气象等逐月观测资料,构建了基于协变量(TN、TP、COD_Mn、降水量和引排水量)的叶绿素a(Chl-a)预测模型ARIMA(1, 1, 1)(0, 1, 1)₁₂,并结合2007-2019年历史引排水方案经验和效果,提出了未来平水年情景下降低太湖藻华大面积暴发风险的引排水方案优化策略。结果表明:所构建的ARIMA(1, 1, 1)(0, 1, 1)₁₂模型能有效预测太湖水体Chl-a浓度;且在预设未来情景下,通过同步增加引、排水量可有效降低水体营养盐含量。引排水方案的优化关键在于季节性水资源的合理调配,在满足水安全的基础上适当加大冬春季节引排水,可达到改善水动力和排出营养盐的效果。     

富春江库区高温热浪变化特征及对藻类水华潜在影响研究

随着全球气候变暖,夏季高温热浪出现频次、强度和持续时间明显增加. 为探明气候变暖引起的夏季高温热浪对藻类水华及淡水生态系统的影响, 基于长期气象观测、高频浮标水温监测、藻华过程浮游植物生物量连续监测以及卫星遥感反演,分析了富春江库区夏季高温热浪长期变化特征以及2016年高温热浪对富春江水库藻类水华的影响过程. 结果表明:①1972—2020年近50年富春江水库呈现明显的区域增温,平均气温增速为0.35 ℃/(10 a),2016年达最高值(18.13 ℃);与此同时,高温热浪频次和天数也显著增加,且起始时间显著提前,结束时间显著推迟,2016年经历了近50年来较严重的高温热浪事件. ②野外实测和卫星遥感反演表明,2016年7—8月富春江水库暴发严重的藻类水华,库区叶绿素a浓度在8月19日达最高值〔(65.3±21.3) μg/L〕. ③因果分析显示,高温热浪引起的气温和水温增加、降水和风速减少以及热力分层强化等直接或者间接诱发和促进了浮游植物生物量累积及蓝藻水华形成. 研究显示,夏季高温热浪加剧了富春江水库藻类水华暴发,未来全球变暖背景下高温热浪频次和强度将继续增加,需开展高频同步监测和受控试验,深入揭示高温热浪对藻类水华形成的驱动机制.      

三峡水库藻类“水华”预测

根据三峡库区江段16条一级支流以及重庆市35座大中型〖JP2〗水库的调查资料，分析天然河流与水库两种不同水流条件下，水体叶绿素a浓度与总磷和透明度的关系。结果发现,在水库环境中，水体叶绿素a的浓度与总磷以及与透明度都具有较好的相关性，但在河流条件下则没有明显的关系。由于三峡库区江段大多数支流的营养水平已达到富营养化状况，当三峡水库建成、水流条件发生变化后，在支流河口等水域存在爆发“水华”的风险。为此，我们根据1998年枯水期，在三峡库区长江江段流域面积大于100 km2的40条支流河口实测的总磷浓度，利用所建立的水库环境中总磷与叶绿素a 浓度的关系，对三峡成库后在局部水域爆发“水华”的可能性和程度进行了分析，并提出了相应的对策。     

罗非鱼池塘环境因子对叶绿素a影响的通径分析

叶绿素a(Chl.a)是各类水体浮游植物生长状况的表征,其含量体现出水体生态系统的初级生产能力和水质环境状况。Chl.a含量的高低与诸多环境因子的变化密切相关,以通径分析的方法来研究水体环境因子变化对Chl.a的影响,能够剖分Chl.a受各环境因子的影响为直接和间接作用,解析出各因子对浮游植物生长效应的决定比例,使复杂的水体环境因子关系明了清晰化。该实验主要研究罗非鱼(Oreochromis niloticus)养殖池塘水体营养因子TN、TP、NH_4~+-N、NO_3~--N、NO_2~--N及pH变化对Chl.a的影响,通过相关性分析和多元回归分析剔除了对Chl.a影响不大的TN和NO_2~--N,并在此基础上根据偏回归系数建立罗非鱼养殖池塘Chl.a与环境因子的多元回归方程。重点进行了通径分析,计算得出pH、TP、NH_4~+-N和NO_3--N变化对叶绿素a影响的直接通径系数分别为0.416、0.325、0.404和-0.223,间接通径系数总和分别为-0.276、0.198、0.072和-0.163。分析表明,环境因子的变化其自身可以以直接敏感的方式较大比例地影响浮游植物的生长和繁殖,而通过作用其他因子间接对浮游植物的生长和繁殖产生影响的路径也十分重要,前后两者的绝对作用值和的比例分别约为65.9%和34.1%。决定系数显示TP和NH_4~+-N是对Chl.a影响最大的因子,其决定值分别达到了0.235和0.221。研究表明,通径分析能够更科学地为了解罗非鱼等养殖池塘水体系统的营养结构、更合理地为水体环境的控制和改善及健康养殖模式的寻求提供科学依据。