湖泊富营养化状态的地面高光谱遥感评价

分别于2004-06和2004-08在太湖的21个固定监测站点进行原位水质取样分析和波谱实测,进而利用地面实测高光谱数据评价太湖水体富营养化状态.水体富营养化程度的评价指标为营养状态指数(TSI).首先,根据太湖水体固有光学特性,用分析模型的方法建立水体反射率模拟模型,进而用求解优化函数的方法,利用Matlab软件反演叶绿素a浓度;其次,利用反演的叶绿素a浓度,计算采样点位的营养状态指数,并利用ArcView软件进行插值,制作太湖富营养状态评价图.结果表明,2004-06和2004-08太湖富营养化程度差异显著:6月,中营养水平湖区所占比例最大,其面积占总面积的61%;8月,轻度富营养水平湖区所占比例最大,其面积占总面积的52%.总体上,富营养化程度最严重的区域为太湖北部,由北向南富营养化程度逐渐减弱,东部的富营养化水平最低.

基于分析模型的太湖悬浮物浓度遥感监测

悬浮物浓度是水质评价的一项重要指标,利用遥感技术准确获取区域面状水域悬浮物浓度信息,是遥感监测水质参数的一项重要任务。利用地面实测的14个样点的光谱数据,将2004年7月26日太湖TM数据的DN值,校正为遥感反射率,并利用Gordon模型和太湖水体固有光学特性,建立水体反射率模拟的分析模型,模拟水体R(0-),进而利用TM数据反演水体悬浮物浓度,并绘制太湖悬浮物浓度分布图。将悬浮物浓度反演的结果与14个样点的实测结果相比较,其中,有79%的样点的估计精度高于70%,有64%的样点的估计精度高于80%。

太湖梅梁湾水质参数空间变异及合理取样数目研究

以太湖梅梁湾为例,应用地统计学方法研究悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)和叶绿素-a(Chl-a)的空间变异规律,提出确定湖泊水质参数合理取样数目的方法。结果表明,5种水质参数空间分布不均匀,其变异程度为SS<COD<TP<TN<Chl-a,其中SS和COD的变异不具有随机性。从结构特征看,SS、COD和TN具有强烈的空间相关性,而TP和Chl-a具有中等程度的空间相关性。从变程看,5种水质参数的空间自相关范围不同,SS和COD的较小,TP和TN居中且很相近,而Chl-a的最大。根据研究区水质特点,SS的合理取样数目应为18个,COD为6个,TN为36个,TP为21个,Chl-a为55个。

聚类因子分析在太湖水质参数评价中的应用

为明确太湖水质恶化的主要影响因子,利用2005年太湖常规监测数据,通过聚类因子分析法对太湖水质参数进行了分析。结果表明,聚类分析将太湖按其污染程度分为4个湖区,这4个湖区在污染状况上的空间分布与太湖富营养化分布趋势基本一致。通过对4个湖区因子分析发现,湖区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的第一主成分都含有营养盐,表明营养盐与水质关系密切,是控制这3个湖区水质的主导因素。由于各湖区所处的地理位置以及人为因素所产生的影响不同,主导因素营养盐的种类也不同。湖区Ⅰ主要受磷营养盐控制;湖区Ⅱ主要受氮营养盐控制;湖区Ⅲ主要受氮、磷营养盐的共同控制,属于全湖营养盐富集区,富营养化水平较高;湖区Ⅳ主要受叶绿素、温度和砷的控制。由此判断,先对太湖进行聚类分析,然后对分类湖区进行因子分析的方法具有较高的可行性;太湖水质恶化一方面受营养盐与叶绿素的决定性影响,另一方面砷化合物的影响也很大,由于砷具有一定的毒性,其对太湖水质的影响不容忽视。

浑浊二类水体的高分四号卫星大气校正效果分析

高分四号卫星是我国首颗高空间分辨率地球静止卫星,在浑浊二类水体的遥感定量监测方面应用潜力很大。为评价高分四号多光谱数据经大气校正后水体反射率的精度,以太湖为研究区,使用同步MODIS数据辅助的Gordon单次散射改进算法,对2016年7月21日和2016年8月17日两景高分四号多光谱数据进行大气校正,并通过与地面同步实测光谱数据、以及地球静止水色卫星GOCI数据大气校正结果的协同比对,验证高分四号多光谱数据的大气校正效果,为该卫星产品的水色遥感应用提供借鉴和参考。结果表明,红光B4波段校正精度最高,平均绝对误差(MAPE)为10.71%;绿光B3波段校正精度次高,MAPE为13.21%;近红外B5波段校正精度次低,MAPE为33.06%;蓝光B2波段校正精度最低,MAPE为53.55%。其中B3,B4和B5波段校正精度高于GOCI,主要原因在于高分四号的空间分辨率远高于GOCI,混合像元导致的精度误差相对较小,充分显示了高分四号作为一颗高空间分辨率地球静止卫星在水色遥感方面的优势;而B2波段低于GOCI,表明高分四号的蓝光波段尚有改进空间,今后有必要对该波段进行重新定标等处理;在未得到有效处理的情况下,水色遥感应用应尽量避开该波段。总体而言,高分四号多光谱数据校正精度较高,可以较好的应用于内陆二类浑浊水体的定量遥感监测。

超高效液相色谱-串联质谱法测定水华样品中微囊藻毒素及其基质效应的消除

超高效液相色谱-串联质谱法(UPLC-MS/MS)由于其快速、简便的特点,目前广泛应用于水中微囊藻毒素的测定。由于蓝藻水华样品基质比较复杂,UPLC-MS/MS在复杂基质的分析过程中容易发生基质效应问题,严重影响其定量分析结果的准确性。通过稀释样品、优化梯度洗脱程序、减少进样量等方法有效地降低或消除了基质干扰及基质效应问题。7种目标物在各自线性范围内线性关系良好,相关系数(r2)≥0.99;检出限和定量限分别为0.064~0.103μg/L和0.213~0.343μg/L。通过稀释样品、减少进样量等措施,成功测定了水华爆发时实际样品中的微囊藻毒素,并有效降低了基质效应的干扰。该法为微囊藻毒素的准确测定提供一定的参考,对保障饮用水源地的安全具有十分重要的意义。

无锡市区大气污染物状况及变化趋势分析

使用2012—2015年无锡市区的6种大气污染物监测数据,对无锡市区各污染物的年度变化、空间分布、影响因素进行了分析。结果表明:(1)2012—2015年无锡市区SO_2、O_3质量浓度呈下降趋势,且趋势显著;NO_2质量浓度呈下降趋势,但不明显;CO、PM_(10)、PM_(2.5)的质量浓度年际变化比较平稳。(2)无锡市区SO_2、NO_2、PM_(10)、PM_(2.5)、CO的空气质量分指数(IAQI)均为冬季最高、夏季最低;O_3的IAQI则为夏季最高、冬季最低。(3)SO_2、NO_2、PM_(10)、PM_(2.5)、CO浓度间呈两两正相关,且相关性极显著;O_3浓度与NO_2、CO呈显著负相关,与SO_2、PM_(10)、PM_(2.5)浓度之间没有明显的关联。(4)分析了无锡市区各项大气污染物浓度的空间分布特征。(5)SO_2、NO_2、PM_(10)浓度周内变化具有"周末效应"的特征,而O_3、CO和PM_(2.5)浓度周内变化出现"反周末效应"。

多氯联苯Aroclor系列的弗罗里硅土小柱淋洗条件

使用商品化弗罗里硅土小柱对废水中的Aroclor进行净化。比较了不同极性洗脱溶剂和洗脱体积下弗罗里硅土小柱的净化效果。采用1 g/6 m L的弗罗里硅土小柱净化时,洗脱液体积大于8.0 m L,洗脱完全,未有目标物质被检出。淋洗溶剂的极性改变,对初始洗脱体积(0~3.0 m L)的洗脱效率会产生一定影响。随着极性的增加,目标物的回收率随之增加,但是共流出的干扰物也随之增加。

太湖沉积物重金属污染及生态风险性评价

对 1993年～ 1999年所采集的太湖表层沉积物中重金属含量进行了统计分析和生态风险性评价。结果表明 ,太湖沉积物的 pH值呈中性至弱碱性 ,较适合于沉积物中粘土矿物及腐殖质对重金属的吸附 ;太湖大部分地区沉积物未受到重金属污染 ,且沉积物中重金属处于安全状态。沉积物生态风险性指数评价结果也表明 。

太湖流域浮游植物功能类群分布特征及其与环境因子的关系

太湖流域地处长江下游,水系发达,是典型的平原水网地区,为明确空间和环境因子对太湖流域浮游植物功能类群分布的影响,本研究于2019年8-9月期间比较太湖流域包括河流、湖泊和水库的85个采样点的浮游植物、空间和环境特征.首次利用“人工智能图像识别技术”,并结合传统人工镜检,共鉴定浮游植物250个分类单位,隶属于9门13纲28目57科110属,以绿藻门(45.6%)、硅藻门(19.2%)和蓝藻门(16.4%)为主.共划分功能类群31个,包括M、D、J、S1、C、Y、F、P、MP、H1、SN、W1、G、K和TB共15个优势功能类群.结果表明:1)太湖流域不同水体功能类群组成差异显著,差异主要来自M、J、S1、Y、P、H1类群;2)浮游植物功能类群分布具有一定的空间异质性,以太湖为中心向外形成3个聚类组,物种组成类型依次为蓝藻型、蓝藻-绿藻-硅藻型、绿藻-硅藻-蓝藻型,主要贡献类群依次为M、S1类群,M、S1、P、J类群,P、S1、J、D、C类群;3)在太湖流域,相对于环境因子而言,空间因子对浮游植物功能类群组成的影响更大.RDA分析表明,COD、NO~--N、TN、SD、pH值和DO与太湖流域浮游植物优势功能类群呈显著相关.过去十年,以控源截污为主导的环境管理政策已在太湖流域取得显著成效,但是对于以M、S1类群水华为特征的夏季太湖流域而言,蓝藻水华防控仍是必须面对的难题,有机污染物和氮的控制仍是关注重点,不同水体类型和浮游植物功能类群因地制宜的管控模式仍是关键.

基于分子标记的藻类鉴定研究进展

藻类鉴定被广泛应用于藻类遗传学、生理学、生态学和应用藻类学,尤其是藻类调查和评估.然而,基于形态学的鉴定往往因为分类特征未出现或不典型、设备限制和人员经验欠缺等原因带来较大误差.随着测序技术的不断发展,分子标记已成为藻类鉴定的一个通用工具.由于藻类类群众多且差异很大,分子标记的选择成为藻类鉴定的关键.本文综述了蓝藻、硅藻、绿藻、甲藻、裸藻、隐藻、金藻、黄藻、红藻和褐藻等主要门类分子标记的选择及应用进展,包括分子标记选择原则、常用标记和相应序列数据库,以及各个分子标记在不同类群应用中的优缺点等.藻类分子鉴定源于编码核糖体RNA的基因(rDNA),发展于细胞核、线粒体、叶绿体DNA等.然而,当前藻类分子鉴定逐渐细化和完善,单一的核糖体DNA、内转录间隔区(ITS)和保守蛋白编码基因等短序列分子标记已经很难满足藻类鉴定的需求,多标记组合成为一种必然选择.同时,线粒体基因组、叶绿体基因组、核基因组、转录组和宏基因组等提供了更多遗传进化信息,弥补了短序列分子标记在系统分类应用中的不足.对于藻类鉴定,单纯依赖分子标记或形态学都不足以保证鉴定的准确性,采用将分子生物学、形态学、生理生化学等结合的多相学方法,才能准确地完成鉴定工作.此外,藻类分子数据库的建立和完善是未来分子鉴定的重要工作,快速鉴定方法也必将在未来获得广泛的应用和发展.

超高效液相色谱-串联质谱法快速测定地表水中9种藻毒素

采用超高效液相色谱-串联质谱法快速测定地表水中9种藻毒素的含量。地表水样经滤网过滤,离心后,所得上清液以Waters Acquity BEH130色谱柱为分离柱,以不同体积比的0.1%(体积分数,下同)甲酸溶液和含0.1%甲酸的乙腈的混合液为流动相进行梯度洗脱,串联质谱分析中采用电喷雾正离子源和多反应监测模式。9种藻毒素的质量浓度在一定范围内与其对应的峰面积呈线性关系,方法的检出限为0.084～0.175μg·L^(-1)。以空白样品为基体进行加标回收试验,所得回收率为79.4%～113%,测定值的相对标准偏差(n=7)为5.1%～14%。

超高效液相色谱-串联质谱内标法同时测定地表水中7种微囊藻毒素

建立了超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)内标法同时测定地表水中7种微囊藻毒素。样品经0.22μm滤膜过滤后直接进样分析,采用亮氨酸脑啡肽作为内标物,7种目标物在相应浓度范围内线性相关系数在0.997以上,方法检出限为0.143~0.468μg/L;在3个添加浓度水平下的回收率为88.1%~104.0%,相对标准偏差为2.15%~7.63%。7种微囊藻毒素在4min内即可完成含量的测定。该方法快速、简便、重复性好,满足日常对微囊藻毒素检测的要求,适合藻毒素污染的应急突发事件的快速定性定量测定。

基于国产“风云三号”卫星MERSI的太湖蓝藻水华监测业务化应用

使用无锡市环境监测中心站环境遥感综合处理系统,对2017年7—11月FY-3/MERSI影像数据进行蓝藻水华提取分析,并通过当日与国外MODIS、VIIRS影像数据的蓝藻水华提取结果进行协同比对,验证FY-3/MERSI影像在蓝藻水华预警监测业务化应用的前景。结果表明,3种数据源均能实现蓝藻水华空间分布的业务化运行;由于卫星过境时间的不同,可综合利用这3种数据源观测太湖蓝藻水华在一天中的动态变化,分析蓝藻水华的发生规律。

环境监测新技术在河长制中运用的展望

全面推行河长制是贯彻新发展理念,以保护水资源、防治水污染、改善水环境、修复水生态的重要制度保障;随着技术的发展,环境监测日益成为河长制工作的重要手段。采用遥感技术大尺度发现问题,采用质谱(MS)技术精确分析问题,采用生物技术指引问题的解决,以河流水质为研究对象,采用环境监测理念,将遥感、质谱、生态生物技术有机结合,能及时发现、精确分析、合理评价河道情况,可以为河长制理提供全方位管理依据。

太湖蓝藻水华暴发程度年度预测

近年来,尽管太湖主要水质指标有所改善,但蓝藻水华暴发的频次和面积并未明显减少。为了探讨太湖蓝藻水华暴发的环境驱动因子,统计了2012—2020年历年4—10月预警期间的太湖蓝藻水华发生规模与频次,结合同步浮标自动监测数据和实验室分析数据,构建了蓝藻水华预测模型。以太湖蓝藻水华综合指数(Ic)表征蓝藻水华强度,并通过Ic与环境因子的相关性分析,筛选出1月水温、1月电导率、1月生化需氧量和3月总氮浓度4项环境指标,最终构建了以该4项环境指标为自变量、Ic为因变量的太湖年度蓝藻水华强度多元线性回归预测模型。该预测模型的决定系数达到了0.908,平均相对误差为10.35%,预测精度总体表现较好。

基于GOCI数据的太湖叶绿素a浓度反演和蓝藻水华遥感监测

太湖蓝藻水华是广为关注的环境问题,迫切需要实现蓝藻水华的动态监测。利用静止轨道海洋水色遥感器(GOCI)遥感数据构建了太湖叶绿素a反演的三波段模型,使用归一化植被覆盖指数(NDVI)进行蓝藻水华监测,并进行了富营养化评价。结果表明:(1)三波段模型优于波段比值模型,可以用于GOCI遥感数据反演太湖叶绿素a浓度。(2)2019年6月3日太湖叶绿素a大致呈湖心和西部浓度低,北部和西南沿岸浓度高的空间分布;从10:15至15:15,叶绿素a浓度先升高后降低。(3)竺山湖和椒山周边水域水华聚集情况较为严重,是当天重度水华的主要发生区域;水华的时间变化规律同叶绿素a浓度变化规律一致。(4)对2019年4月和6月的GOCI遥感数据进行富营养化评价发现,太湖富营养化水平总体呈西部高东部低、北部高南部低、边缘高中间低的趋势;6月较4月富营养化水平明显加剧。

五里湖淤泥现状及生态清淤

对五里湖淤泥现状进行了调查,表明影响五里湖水质的主要污染源是五里湖湖底的淤泥,目前淤泥平均厚度为0.6m～0.8m,淤泥量约360万t。根据淤泥中有机质、TN和TP的水平分布,有机质平均值为40.37g/kg,TP平均值为2.61g/kg,TN平均值为1.19g/kg,均超过了太湖和梅梁湖底泥中有机质、TN和TP的平均值,五里湖底泥的有机污染已相当严重。指出淤泥是湖体营养盐和污染物的聚集地和储存仓库,不断向水体释放营养物质和污染物质,淤泥所产生的的二次污染已成为五里湖湖水富营养化和藻类爆发的主要原因之一。提出为改善五里湖水质,应采用生态清淤治理五里湖淤泥污染,同时将生态清淤与交通、绿化和生态农业建设有机结合起来,合理利用清出的淤泥,提高生态清淤的综合效益。

梅梁湖水体浮游植物与环境因子的关系

根据2008年的4月—11月梅梁湖水域应急监测数据,探讨了梅梁湖水体浮游植物与环境因子的关系。相关性分析结果表明,蓝绿藻含量与TP、pH值和DO呈极显著正相关;与TN、SD和EC呈极显著负相关;与NH3-N呈显著负相关。多元逐步回归分析结果表明,梅梁湖浮游植物生长受多个环境因子的共同影响,但主要为TP、TN、水温和风速。

“引江济太”对太湖北部底质及水质总磷的影响

应用GIS技术研究了"引江济太"对太湖北部底质与水质总磷(TP)浓度的影响。研究结果表明,2014—2019年,调水北部沿线4个点位底质TP浓度降幅为59.8%~80.5%;不同点位的水质TP浓度变化存在差异,入湖口点位下降14.1%,沿线其他点位分别上升37.4%、38.6%和45.0%。从空间分布来看,太湖水质TP始终呈明显的"西高东低"分布特点,但底质TP的分布未显示出该类规律。望亭水利枢纽调水情况与入湖口5#点位底质TP浓度呈一定程度的正相关,在调水入湖水量大于出湖水量的年份,5#点位底质TP浓度会偏高。"引江济太"会对太湖北部调水沿线,特别是入湖口附近水域的TP含量产生较大影响,并通过水流迁移与底质再悬浮释放影响下游水域。如何降低望虞河及周边支流的入湖泥沙量将是今后开展科学调水、保障贡湖水源地水质安全的重点研究方向之一。