基于荧光传感方法的藻类在线监测

 湖泊水库严重的水质富营养化导致水华大面积暴发,已成为目前主要环境问题之一。实现水华暴发前后浮游藻类种群结构变化过程（主要包括浮游藻类种群组成、数量变化过程）的有效监测是分析水华发生的生态学机制、掌握水华的生消过程和实现水华预警的基础。本文基于藻类活体荧光光谱技术、嵌入式微控制技术和实时采集与处理技术,研发出具有实时在线监测能力的藻类在线荧光仪,可实现不同光谱组藻类（蓝藻、绿藻和褐藻）的分类测量。通过对比实验分析发现,藻类在线荧光仪对蓝藻、绿藻和褐藻的分类测量误差均小于17.88%。同时,巢湖外场实验表明藻类在线荧光仪具有长期稳定的运行能力。具有以上指标的藻类在线荧光仪在水环境监测、水华监测预警和水质富营养化现状评估等领域具有广阔的应用前景。     

BP神经网络在水华短期预测中的应用

为解决影响因素多、作用关系复杂的水华预测问题,将BP神经网与水体环境因子的高频实测数据相结合,构建了巢湖水华的短期动态预测模型,该模型准确地预测了每次水华发生的时间,预测值与实际观测值相关系数可达0.608 4;在分析BP神经网络自身局限性的基础上,研究了建模过程中输入输出数据预处理、网络结构设计、训练模式选择等问题,给出了水华预测中确定环境因子和建模方案的具体方法.该方法容易移植到其它湖库,提高了模型的实用性和通用性.     

采用预测模型预测水库水的藻类生长潜力

利用南方某水库原水模拟藻类的原始生长条件,通过探讨水体中初始氮磷浓度与藻类生长潜力之间的相互关系,建立了以初始总氮和总磷浓度为因子的藻类生长潜力回归模型;通过对藻类生物量变化与各种环境因子变化的回归分析,筛选出溶解氧、氨氮和总磷作为影响藻类生物量最显著的变化因子,并以这些变化因子建立了藻类生长速率回归模型．验证结果表明,两个模型的预测值与实测值吻合程度良好,具有较高的准确性和实用性．     

基于智能Agent的蓝藻水华暴发过程模型及仿真

通过实验确定水华暴发关键因子,分析关键因子与藻类变化的关系,研究藻类水华生消机理,用智能Agent仿真技术建立了湖库水华产生与暴发过程模型。在一系列规范约束下,构建实体、Agent和Agent间的交互协作模型,动态地描述湖库藻类生消过程及其关键因子动态变化,对藻类生长趋势和湖库水系的能量流动以及物质流动状态进行有效分析。仿真实验结果表明,该方法为藻类水华形成机理的研究提供一种行之有效的建模新途经。     

香溪河库湾春季藻华生长的影响因子分析

2007年2～5月在三峡水库香溪河库湾及其支流布置了17个断面,对藻类生长指标叶绿素a、相关环境因子及水动力因子进行同步监测,据此分析水华期间叶绿素a浓度和相关环境因子的动态特性.结果表明,香溪河库湾在监测时段内属于重富营养水平,库湾内叶绿素a、环境因子及流速分布具有较显著的空间差异,香溪河的藻类生长可能主要受NO3-N和SiO3-Si的影响,各分区对藻类生长有显著影响的因子各不相同.香溪河库湾流速较小,藻类在香溪河的生长体现出较大的空间异质性,而这种空间异质性与流速的空间的差异性有着较显著的相关关系.     

香溪河春季突发水华事件的应急调度策略

三峡水库蓄水后,春季香溪河中上游河段水华频发.通过调度方式改变香溪河回水区温差剪切分层流的运动特性,进而破坏藻类生长环境,能够有效抑制水华发生或降低水华暴发程度.基于此,结合实测资料建立了三峡库区-香溪河垂向二维富营养化模型,通过模拟详细探讨了调峰和蓄放水位对香溪河水华暴发过程的影响,并针对不同水平年分析了春季突发水华事件的应急调度空间.研究结果表明:当春季香溪河中上游河段有水华发生征兆时,可通过15,d左右的中期蓄水调度和日调峰运行有效降低藻类浓度,日均升水位超过0.1,m时,藻类浓度可下降11.5%以上.同时考虑入库径流过程、电站经济运行以及最大下泄能力等因素,较丰水年具有最大的调度空间.     

微量元素铁对3种水华藻类生长的影响

在温度为25℃,光照强度为2500lx,光暗比为14h∶10h的实验室条件下,研究微量元素铁对3种水华藻类(铜绿微囊藻、小球藻和小环藻)生长的影响.结果表明:当其他营养盐富足时,培养液中的微量元素铁对3种水华藻类的生长均有显著的影响.在培养中期,较高的铁浓度对细胞密度和叶绿素a质量浓度均有明显的促进作用;在培养20d后,当培养液中的铁浓度分别低至0.19~0.24、0.22~0.47和0.15~0.16mg·L~(-1)时,铜绿微囊藻、小球藻和小环藻细胞增殖缓慢.因此,有效调节微量元素铁的浓度也会影响到自然水体中藻类的生长.     

环境因子对衣藻水华消长影响的初步研究

通过对一小型水体中衣藻水华发生全过程的研究,获得几种环境因子对衣藻水华消长影响的相关数据。此次水华的发生期为2000年2月至3月,水温的变化范围在8－20℃之间。观测发现,水体中氮、磷的含量是影响水华发生的主要因素：其中有效氮磷的比值为17,这有可能就是导致水华中优势藻类的决定因素,并且当正磷酸盐浓度随着水华的不断发生而降至0．655mg/L时,衣藻的生长就受到了限制。此外我们还发现水华的消退与水体中细菌、浮萍、浮游动物等生物因素的作用有关。     

丙酮对小球藻和水华微囊藻的生长及叶绿素荧光参数的影响

以小球藻和水华微囊藻细胞的生长状况、光合作用参数、叶绿素a质量浓度的变化作为指标,研究不同体积分数的丙酮对2种藻类的毒性效应.结果表明:体积分数为0.000 5%~0.500 0%的丙酮对小球藻和体积分数为0.000 5%~0.050 0%的丙酮对水华微囊藻均不同程度地促进藻细胞生长,对藻类的叶绿素a无影响,明显提高了藻类的最大光合速率(rETR_max)、光能利用率(α)和光适应能力(I_k),同时提高了光系统Ⅱ的最大光化学效率(F_v/F_m);丙酮体积分数为5.000 0%的小球藻和丙酮体积分数为0.500 0%~5.000 0%的水华微囊藻,其藻类光合作用、叶绿素a显著降低,导致藻类生长严重抑制甚至死亡;丙酮对小球藻和水华微囊藻的最大无影响体积分数(NOEC)分别为0.500 0%,0.050 0%,说明水华微囊藻对丙酮更为敏感.     

2-甲基乙酰乙酸乙酯（EMA）抑制藻类生长的研究进展

水体富营养化及其引起的有害藻类水华是重要的环境问题,严重威胁着水体景观、生态功能以及人类健康.如何有效防治水华是目前环境领域的研究热点和前沿.通过植物的化感作用来抑制藻类生长作为一种新型的生物抑藻技术而备受关注.而从水生植物中提取、分离出的化感物质更是对控制水华爆发具有专一、高效的特点.综述了从自然环境里较易获得的芦苇中得到的化感物质EMA对常见水华和赤潮藻类的影响,对抑藻效果和抑制机理进行了分析阐述,并提出了目前仍存在的问题和该领域内的发展前景.     

基于氮磷比的赤潮灾害危险度评估方法研究

 为了定量表示氮磷比对赤潮灾害危险度的影响,在赤潮藻类最大比生长速率的氮磷比耐受性模型和赤潮暴发基准细胞密度的基础上,建立了氮磷比与赤潮暴发时间的关系模型,并据此划分危险度等级且归一化得到危险度值,并以中肋骨条藻为例进行了应用分析。结果表明基于氮磷比的赤潮暴发时间模型受初始密度、氮磷比的影响,且随初始密度、氮磷比的变化呈倒高斯形态变化。依据赤潮藻类在不同氮磷比下的耐受特性,赤潮灾害危险度可划分为高危险度、中危险度、低危险度三个等级。在高危险度区,最大比生长速率大,赤潮暴发时间最短,赤潮发生的可能性最高;在中危险度区,最大比生长速率小,赤潮暴发时间长,赤潮发生可能性低;在低危险度区,最大比生长速率趋于初始比生长速率,赤潮暴发时间最长,赤潮发生可能性最低。     

不同湖泊水华发生机制研究进展

目前,世界各地湖泊水华的暴发越来越严重,对人类健康和生态系统有重大危害.本文调研了国内外典型湖泊水华的相关研究成果,从湖泊所属地理位置、气候带、受人类活动干扰强度、主要水华发生藻种和主控环境因子等不同角度进行了总结和分析,揭示了不同类型的湖泊水华特征和发生机制.最后以我国太湖为例,总结已有的研究成果,结合近几年太湖水华和水环境实测数据的分析结果,归纳了太湖水华的主要影响因子,包括Chl-a、TN、TP、COD、温度、风速六个指标,其中Chl-a、COD能指示说明水华的程度,TN、TP是营养盐状况的代表,温度和风速是水华发生的主要气象因子,并定量分析了水华程度和影响因子之间的关系,为水华的预警、预测和评价提供基础和支持.     

微囊藻垂直运动数值模拟

综合考虑光、营养盐、温度对微囊藻生长的影响,建立了太湖静止水体微囊藻垂直运动模型,分析藻类在水体生态系统复杂因素作用下的运动变化规律.通过与Kromkamp-Walsby模型比较发现,太湖静止水体微囊藻垂直运动模型模拟结果合理可靠,模型计算结果显示藻半径大的微囊藻更容易运动到水体表面,在持续大风或持续阴天后水华更易暴发.     

香溪河库湾春季水华纵向分布对水层结构的响应

为研究三峡水库支流库湾春季水华暴发空间差异及成因,本研究于2010年4月18日对三峡水库干流和香溪河库湾的水动力、营养盐、浮游植物等因子进行了现场监测.结果显示：三峡水库支流春季水华浮游植物生物量及群落结构空间差异较大,库湾中上游暴发了严重的硅藻水华,而下游及三峡水库干流没有水华;库湾中复杂的分层异重流对水温结构产生显著影响,使其呈独特的垂向分层;水温分层纵向差异导致的光混比（Zeu/Zmix）纵向分布差异是引起水华情势和浮游植物群落结构纵向差异的主要原因.研究结果将为三峡水库支流水华机理和防控措施研究提供支撑.     

Using quantile regression to analyze the stressor–response relationships between nutrient levels and algal biomass in three shallow lakes of the Lake Taihu Basin,China

Understanding the stressor–response relationship between nutrient levels and algal biomass is a prerequisite for the management of eutrophication in lakes. In this study, a quantile regression(QR) approach was used to interpret the stressor–response relationships between nutrient(e.g., phosphorus, nitrogen) concentrations and algal biomass as measured by chlorophyll-a(Chl-a) levels. QR results indicated that Lake Dianshan and Lake Changdang,which are both heavily eutrophicated, were P-limited only.In contrast, Lake Kuilei, which has significantly lower nutrient levels and algal biomass than the other two lakes,was P- and N-limited. Moreover, in Lake Kuilei, N and P levels had significant interaction effects on the algal biomass at the upper quantiles(s [ 0.68). The degree to which the lakes were P-limited increased with rises in the mean total P concentration in the lakes. QR has many advantages over ordinary least squares regression for discriminating limiting factors and, in particular, allows us to estimate changes near the upper extremes of distributions associated with limiting factors. QR is adapted to more specialized risk management problems, such as early warnings of the risk of algal blooms.The probable value-at-risk of harmful algal blooms for Lake Kuilei, Lake Dianshan and Lake Changdang is s = 0.76(Chl-a = 9 mg/m3), s = 0.87(Chl-a = 24 mg/m3) and s = 0.72(Chl-a = 35 mg/m3), respectively. Given the results of the stressor–response relationship analysis, we conclude that reductions in P input represent the most feasible and least costly approach for managing eutrophication in the shallow lakes of the Lake Taihu Basin. To control the magnitude and duration of algal blooms in shallow lakes,reductions in P and N inputs are required. The 95 % CI bounds of slopes indicated that the interactions of nonnutrient factors with nutrients had strong impacts on the algal biomass in lightly eutrophicated Lake Kuilei. It is suggested that, in addition to reductions in nutrient loads,several ecological measures, such as an increase in the biomass of submerged macrophytes and the reduction of hydraulic retention time by flushing, could represent important components of an integrated approach to eutrophication management in the Lake Taihu Basin.     

广西沿海赤潮多发区高浓度氮磷营养元素来源探讨

【目的】探讨广西沿海赤潮多发区氮磷营养元素的来源,分析广西沿海赤潮发生的影响因素,为预防或减少赤潮灾害发生、保护海洋生态环境提供科学依据。【方法】现场调查以钦州湾海域为研究对象,测定表层海水的溶解态氮(DN)、溶解态磷(DP)含量并分析其分布特征,结合历史资料追溯高浓度DN、DP来源及污染物输运过程。【结果】钦州湾内高浓度DN、DP分布区与入海陆源工业污染排放区不一致,离工业污染区近的地方DN、DP浓度偏低,而离工业污染区远的地方DN、DP浓度反而偏高。【结论】广西主要入海河流各类污染物的增加以及不同的海域通过动力途径输送而来的海水可能是广西沿海赤潮多发区的高浓度氮磷营养元素的主要来源。     

渤海湾赤潮藻类细胞密度的超阈值分布

赤潮藻类的细胞密度超过一定的阈值就能形成危害巨大的赤潮。基于渤海湾赤潮藻类细胞密度的连续监测数据，运用极值理论研究了藻类细胞密度的超阈值分布特性．研究结果表明，赤潮藻类细胞密度的概率分布有比正态分布更重的尾部，服从Pareto型的超阈值分布函数。通过实际监测数据，建立了渤海湾赤潮藻类细胞密度的Pareto型超阈值分布函数，并通过该函数计算了藻类细胞密度分别超过给定阈值的风险概率。     

太湖水环境综合治理的实践与思考

回顾并总结近年来太湖水环境综合治理的做法和效果.经过近5年的持续努力,太湖水环境治理已经取得初步成效,蓝藻暴发减弱,湖体水质得到改善,湖泛基本消失.实践证明,目前太湖水环境综合治理采取的控源治污、打捞蓝藻、生态清淤、调水引流措施是行之有效的.认为对于太湖这样的浅水型湖泊污染治理,控源是基本思路,转变发展方式是必由之路,生态清淤是有效措施,促进河湖良性互动是必要途径,正确把握湖泊的生命规律是重要课题;由于太湖污染的长期积累,太湖已形成的“藻型生境条件”很难在短期内得到根本改变,加之现有的入湖污染仍远超湖体允许的纳污能力,一旦温度、水流、光照等外部条件适宜,太湖蓝藻生态危害仍然可能大规模暴发,太湖水环境形势依然严峻.     

磷营养盐对库湾暴发蓝藻水华的实验研究

为了研究三峡库区蓄水后香溪河连续暴发水华进行了室内模拟实验,在实验研究中发现适合铜绿微囊藻生长的磷含量区域为:0.14～0.616 mg/L.通过测量铜绿微囊藻在不同磷含量水体中的生长规律,为预测香溪河是否可能在磷营养盐丰富的条件下暴发铜绿微囊藻水华提供有利的依据.