淡水养殖池塘水质评价及与底质相关性分析

在哈尔滨地区面积6 600 m^(2)、平均水深1.2 m、多年未清淤的泥沙底质典型淡水精养池溏中混养鲤(Cyprinus carpio)、鲇(Silurus asotus)、草鱼(Ctenopharyngodon idella)和鲢(Hypophthalmichthys molitrix),春季(4—5月)、夏季(6—8月)和秋季(9月)不同时间采集池塘水体和表层底泥样品,监测养殖周期内水质总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)、亚硝酸盐氮(NO_(2)^(-)-N)、硝酸盐氮(NO_(3)^(-)-N)和总有机碳(TOC)含量及高锰酸盐指数(COD_(Mn))、p H的季节性变化,利用单项污染指数法、综合污染指数法评价水体污染程度,利用主成分分析法解析水质污染的主要驱动因子,并结合底质指标绘制网络关系图。结果表明:池塘水质整体处于严重污染水平,春季优于夏季和秋季。参与评价时池塘水质为Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类,水质超标数随着养殖时间延长而增加,TN在全养殖周期内均超出警戒水平;TN、TP、NH_(4)^(+)-N和COD_(Mn)是池塘水体的主要污染物。因子分析结果表明,池塘水质主要受鱼类的生长代谢、溶解氧和投饵的影响,污染物以N、P营养盐为主。水体TP、TN、NH_(4)^(+)-N和底泥NO_(2)^(-)-N呈极显著正相关关系(P<0.01),与底泥TOC呈显著正相关关系(P<0.05)。池塘水体和底泥中的有机物污染具有共现性,水体TOC和底泥TOC呈极显著正相关关系(P<0.01)。

繁殖洄游期青海湖裸鲤雌雄个体及群体对栖息地底质偏好选择的差异

为明晰青海湖裸鲤(Gymnocypris przewalskii)对栖息地底质的偏好,研究通过青海湖裸鲤栖息地调查筛选出5种典型栖息地底质类型,在青海湖支流沙柳河刚北干渠搭建配置有5种底质类型的青海湖裸鲤生境模拟池,采用偏好指数量化法,确定了雌雄个体偏好底质类型及偏好强度,分析了影响青海湖裸鲤底质选择的内外因素。结果表明:(1)单尾青海湖裸鲤雌鱼个体沙砾底质访问时间最长(2540s),雄鱼个体中小卵石底质访问时间最长(1960s);(2)青海湖裸鲤雌鱼只偏好沙砾底质(PI=6595.8),雄鱼偏好3种底质类型,其中中小卵石偏好程度最高(PR=10.3);(3)青海湖裸鲤雄鱼在群体底质选择中会跟随雌鱼的选择偏好,沙砾底质访问时间最长(2051s)。研究旨在为青海湖裸鲤河道底质改造、“自然”栖息地的营造提供理论依据。

不同底质条件下苦草根部细菌群落的组装模式

通过室内试验模拟不同底质条件,研究了苦草根部细菌群落的组装模式和功能变化。结果表明:底质条件的改变对苦草根际细菌群落产生了显著影响(p=0.003),特别是在添加有机质和植物根际促生菌的底质条件下;尽管根际细菌群落与根内生菌群落存在较强联系,但根内生菌群落组装过程拥有更高的确定性,而根际细菌群落组装过程更易受到植物宿主以外叠加的环境因素影响;功能预测结果表明在添加有机质和植物根际促生菌的条件下,苦草根部细菌群落拥有更高的代谢活性,更有利于有益细菌群落在苦草根部的富集。

重金属污染水体背景下的底质反射率光谱特征及其对离水反射率贡献影响分析

水体重金属遥感反演是水环境遥感领域中的难题,目前仍有相当多的基础性问题有待解决,而浅水区底质对离水反射率贡献规律是将来遥感反演模型精度其中一个重要影响因素,尤其在重金属污染这种特殊的背景下,揭示其贡献规律对提升水体重金属遥感模型精度有重要作用,测量结果对研究重金属尾矿底泥的反射率光谱特征以及区分常见水底底质有参考意义。首先利用光谱仪测量获得广东大宝山尾矿底质反射率,发现其在波长755、 1 280、 1 620和2 200 nm存在反射峰,有明显光谱特征,并与河床常见的粗沙、淤泥和石头三类底质反射率进行了对比分析,结果表明:一方面,粗沙和淤泥反射率呈一缓慢上升的曲线,与存在多个特征反射峰的矿区底泥有明显区别;另一方面,石头反射率则在波长范围550~650 nm出现一个宽而扁平的反射峰后随即在波长675 nm处出现波谷然后增大至波长750 nm后趋于平缓,其特征波长与矿区底泥均不一样。上述特征波长可作为重金属污染背景下底泥光谱的重要区分波段。测量水深为1 cm、 10 cm和深水区的离水反射率,结合水质遥感模型计算出1 cm水深情况下底质反射光、水体散射光,并将其对离水反射率贡献进行讨论。离水反射率测量结果表明,底质对浅水区影响极大,随着水深变浅,离水反射率总体不断被抬升。而水底反射光和水体散射光对离水反射率贡献规律则以波长515 nm为分界线,向短波方向以水体散射光贡献为主,向长波方向则以水底反射光为主,贡献量由底质反射能力和水体散射能力共同决定。对考虑了底质反射光后的遥感模型精度进行评价,模型计算得到波长范围350~950 nm内的离水反射率与野外测量值对比结果,二者具有显著的线性相关(R^(2)=0.964 2),相对误差在波长范围560~830 nm低于10%,甚者可低于5%,模型总体模拟精度较好,远比在不考虑底质影响时精度高,模型满足将来水中重金属遥感反演要求。研究结果对今后水体重金属遥感反演时处理底质影响提供了重要的参考数据和理论依据,有助推动该领域进一步发展。

基于底质细菌IBI的长江南京段生态健康评价

针对长江南京段生态健康问题,于2019年平水期和丰水期在长江南京段干流的10个断面和21条入江支流进行采样,利用高通量测序的方法研究底质细菌群落的结构组成,构建了底质细菌群落完整性指数(benthic bacteria-index of biological integrity,B-IBI)。结果表明:平水期长江南京段的生态健康要优于丰水期,长江干流断面要优于支流断面;TN、NH_(3)-N、NO_(3)^(-)、TOC与B-IBI呈显著负相关,Shannon指数、Margalef指数、Evenness指数与B-IBI呈显著正相关;研究建立的评价体系对于长江水质状况和生境有较好的指示作用;硬质护坡或河底对于入江支流细菌群落的多样性有负面影响,建议在确保防汛的基础上加强河道的生态修复。

几种水陆交错带植物对湖滨带底质的稳固作用

为了研究几种常见水陆交错带植物对底质稳固性的影响,选取太湖贡湖湾水陆交错带内的双穗雀稗(Paspalum distichum)、李氏禾(Leersia hexandra)、香菇草(Hydrocotyle vulgaris)、黄花水龙(Ludwigia peploides)和黄菖蒲(Iris pseudacorus)5种水生/湿生植物植物,并利用长江下游常见沙壤土和湖滨带新生底质两种土壤,开展了5种植物对底质稳固作用的室内研究.结果表明底质孔隙度减少、细小粒径(<50μm)增加有利于底质稳固,改善上覆水指标,减少扰动给上覆水所带来的悬浮颗粒物.直径≤1 mm的须根量、须根长度和须根面积与底质孔隙度和粒径分布增益值之间存在线性回归关系,双穗雀稗、李氏禾、香菇草的根系参数与增益值之间存在斜率为0.006~1.727的线性正相关关系;黄花水龙、黄菖蒲植物根系参数与增益值之间则存在斜率为-0.091^-0.011的线性负相关关系.黄菖蒲与黄花水龙的根长密度分别为11.495和9.475 cm/cm^3,根表面积密度分别为0.368和0.294 cm^2/cm^3,根重密度分别为1.844和0.944 mg/cm^3,两种植物对底质孔隙度的增益值分别为15%和9%,对底质粒径分布的增益值分别为92%和47%;双穗雀稗、李氏禾、香菇草的根长密度分别为1.057、7.368和0.651 cm/cm^3,根表面积密度分别为0.033、0.228和0.022 cm^2/cm^3,根重密度分别为0.678、2.537和0.160 mg/cm^3,3种植物根系参数对底质孔隙度的增益值分别为6%、36%和1%,3种植物根系参数对底质粒径分布的增益值分别为16%、17%和-13%.5种植物通过根系提高底质的稳定性,减少底质在水力扰动下悬浮物质以及营养盐的释放,从效能上表现为李氏禾>双穗雀稗>黄菖蒲>黄花水龙>香菇草.

基于多维度声学特征优选的多波束海底底质分类

海底表层底质分布信息的准确获取在构建海洋基础地理数据库中发挥着重要作用。目前,多波束是实现大范围海底底质分类的有效手段之一,基于多波束测深和反向散射强度数据所派生的声学特征被广泛应用于底质分类建模。然而,随着特征维度的增加,特征空间中存在的无关和冗余特征严重影响底质分类精度。为了定量评估声学特征对底质类别的表征能力,并消除无效特征对分类结果的干扰,本文提出了基于多维度声学特征优选的海底底质分类方法。首先,结合实际底质样本的物理属性对多维特征进行排序和优选,排除冗余和无关特征。其次,分别应用支持向量机、随机森林和深度信念网络构建海底底质监督分类模型。通过利用爱尔兰海南部多波束调查数据和实地取样信息进行试验,结果表明提出方法对海底底质的总体分类精度和Kappa系数分别最高达到了86.20%和0.834,相较于主成分分析和熵指标特征选择方法有明显提高,突出了该方法在海底底质探测及制图的应用潜力。

陶粒材质和粒径对方斑东风螺存活、生长和底质微生物群落的影响

为了探索方斑东风螺(Babylonia areolata)室外水泥池养殖适宜的底质,采用海砂(SS)、细陶粒(FC)、粗陶粒(CC)和海砂+粗陶粒混合(SS+CC)4种底质进行对比试验,分析了不同陶粒材质和粒径大小对体质量为(4.692±1.033)g的方斑东风螺存活与生长、养殖水质及底质微生物群落的影响。结果表明:4种底质条件下方斑东风螺的存活率均大于90%且无显著性差异(P>0.05);FC组体质量特定生长率最高,为(1.3864±0.2196)%/d,显著高于CC、SS、SS+CC组(P<0.05);不同底质的微生物群落结构组成不同,SS组的微生物群落丰富度和多样性最低,FC组的丰富度和多样性均较高;FC组底质微生物中变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和酸杆菌门(Acidobacteriota)相对丰度较高;FC、SS+CC组中弧菌(Vibrio)相对丰度较低,微小杆菌(Exiguobacterium)和盐单胞菌(Halomonas)相对丰度较高,表明细陶粒对抵抗病原弧菌、防止水质恶化具有积极作用;微生物功能预测显示,FC组中微生物不同物质代谢相关通路的相对丰度增加;水质分析显示,24 h内CC和FC组的NH_(4)^(+)-N质量浓度均显著低于SS、SS+CC组(P<0.05),FC组NO_(2)^(-)-N质量浓度显著低于CC组(P<0.05)。研究表明,底质材质对方斑东风螺生长和底质微生物群落结构组成有显著影响,选用细陶粒作为方斑东风螺室外养殖池底质材料,能促进其体质量增长,抑制病原微生物生长,并对养殖池水质具有一定的净化作用。

基于Burger’s蠕变模型的采矿车行驶海底稀软底质下陷研究

在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接影响采矿车行走的稳定性。文章选取Burger’s接触模型作为深海稀软底质的本构模型,对某海域海底稀软原状土开展室内三轴试验,通过PFC3D颗粒流数值模拟实验对比实际三轴试验,对稀软底质的Burger’s蠕变模型进行参数标定,同时依据标定结果改变相应参数,针对5种不同底质条件的工况,建立海底采矿车的数字仿真模型,模拟各工况下采矿车在不同行驶速度时的下陷深度。结果显示,下陷深度会随行驶速度呈非线性变化,在一定范围内随着行驶速度的增大而减少并逐渐趋于稳定。同时结果还表明,该区域海底稀软底质具有更高的黏粒含量(38.1%~48.4%)、含水率(88.13%~137.79%)和压缩性(压缩系数:1.86~3.73 MPa^(-1),压缩模量:1.26~2.13 MPa),具有更低的密度(1.3~1.5 g/cm^(3))和强度特性(贯入阻力:0.19~1.32 N,黏聚力:3.7~6.9 kPa,内摩擦角:2.4°~3.9°),即承载力较低,蠕变性能较强。本研究在宏观上做了一般的探讨,为类似参数的稀软底质下海底采矿车的运行安全控制提供了较好借鉴与依据。

齐口裂腹鱼产卵场生境模拟和底质修复技术研究

河流水电工程等人类活动破坏了河道连通性,改变了地形地貌以及底质特征,可能导致局部鱼类产卵场生境破坏。针对齐口裂腹鱼产卵场,构建了融合流速、水深、底质生境需求的产卵场生境适宜评价模型,利用水槽试验研究确定了不同底质修复方案下的河床糙率变化,并采用流速验证的方法进行模型验证,结果表明本研究建立的鱼类产卵场模型可以较好地模拟产卵场的水动力学条件及加权可利用面积(weighted useable Area,WUA)分布情况。对齐口裂腹鱼产卵场底质修复后的生境条件模拟结果表明,当底质指数在60%时,相较于修复前,齐口裂腹鱼在三种流量条件下的WUA从343.0~536.2m^(2)提升至1225.2~2019.1m^(2),WUA占比从3.0%~5.9%提升至10.7%~22.5%,得到了明显改善。该研究成果可以为鱼类产卵场的生境模拟以及底质修复方案提供科学依据和参考。

鲤Cyprinus carpio生物扰动对养殖池塘底质甲烷生成的影响及其微生物学机制

为研究鲤Cyprinus carpio生物扰动作用对池塘底质甲烷生成的影响机制,通过室内模拟实验,测定了底质产甲烷潜力、产甲烷菌生物群落组成及产甲烷菌群间的互作效应。结果显示,与对照组相比,鲤扰动组底质产甲烷潜力显著降低,鲤的生物扰动作用促使底质总细菌和总古菌丰度显著升高,而产甲烷功能基因mcrA的丰度显著降低。养殖池塘底质产甲烷功能菌优势菌群主要为Methanobacterium、Methanothrix、Methanoregula和Methanocella,鲤的生物扰动作用改变了产甲烷功能菌的群落结构组成和产甲烷途径,使得产甲烷菌属间共生网络平均度和连接数显著降低,模块化更高,共生网络关系变得更为简单且以负相关种间竞争关系共存。Pearson相关性分析表明,底质氧化还原电位是影响mcrA基因丰度和产甲烷菌群结构的关键环境因子。鲤的生物扰动作用可能通过提升底质氧化还原电位,降低产甲烷功能菌群丰度和种间互作而降低底质甲烷产生潜力。

改进区域生长算法的海洋航道浅剖底质层界智能识别

海底勘测对海洋资源开发利用保护、海洋工程建设和国防安全等具有重要意义,浅地层剖面仪是一种能够勘测海底浅表层底质分布的声学设备,目前剖面仪的底质识别精度取决于操作者的主观性,可靠性较差,为提高效率和解译精度,需进一步研究底质层界自动识别模型。本文提出了适用于海底底质层界识别且不需要人工干预的区域生长改进算法,即在灰度映射和噪声剔除研究的基础上,研究根据迭代最大类间差算法提取图像层界骨架信息,将骨架信息作为初始生长点位,以流变特性修正生长指向,结合灰度加权映射曲线和峰谷波长约束生长邻域,通过本文算法分割层界,提取边缘、连接成线,从而实现海底底质层界识别。连云港港航道浅剖实测数据试验证明,本文算法能够有效识别底质层界,且识别精度达到厘米级,满足海底底质解译分析要求。

基于多尺度纹理特征的海底底质样本增强方法

针对多波束海底底质分类模型构建受限于样本和特征对海底底质类型表征不足、模型稳定性差等问题,利用多尺度滑动窗口法提取声学纹理特征,结合K-均值聚类分析其精度,实现了多尺度纹理特征的优选,并利用多尺度纹理特征并辅以地形特征结合SLIC样本增强方法,实现了底质样本的有效扩充。同时,利用随机森林、BP神经网络、K最邻近、支持向量机等4种经典监督分类模型训练预测和评估所扩充的样本数据,最终总体分类精度均达到90%以上,kappa系数达到0.85以上。

基于粒度插值计算的底质划界与表示方法研究

针对传统海洋底质几何划界方法精度不足和表示方法单一的问题,提出一种基于站点粒度数据进行Delaunay三角网插值计算的底质划界方法,利用底质分类阈值进行区域定性,实现底质的空间定量划界;针对底质划界结果,提出一种应用于不同比例尺下的底质符号(线状和面状)表示方法,并且设计与比例尺相衔接的显示机制。实验表明,该划界方法可以反映底质的客观分布,效率更快、精度较高;该表示方法较传统方法体系更加完善,即体现底质类型之间的差异性,又体现类型之间的过渡性。

水产养殖池塘底质改良与水质调控技术探究

文章介绍了池塘底质的组成和常见问题;结合水产养殖的特点,提出了物理、化学以及生物等池塘底质改良措施;探讨了水产养殖中的水质调控技术,包括氧气供应饲料管理和养殖密度控制、温度和pH值控制等,以期为水产养殖工作者提供参考。

近海底水下爆炸气泡在不同底质条件下的演化规律

为了研究近海底水下爆炸气-液-固多相耦合作用下的气泡脉动及水射流特性,采用欧拉方法建立不同底质/水深条件下近海底水下爆炸数值模型,对泥底条件下的近海底爆炸全物理过程进行了仿真,并与实验结果进行了对比,结果吻合良好,验证了算法在求解近海底水下爆炸气泡问题的有效性;在此基础上,探讨了海底底质及水深对近海底水下爆炸气泡形态、半径、周期及水射流的影响。结果表明,在气泡能够分裂的计算结果当中,海底底质越硬,气泡分裂越快,水深越深,气泡分裂越慢;气泡形态也受底质和水深影响,海底底质越硬,水深越深,气泡在收缩阶段形态将由圆棋子状转变为尖棋子状,气泡最大半径和周期越小,分裂瞬间上方气泡在总气泡体积中占比越大,因分裂产生的两股水射流速度峰值越小;下方水射流演化过程中会形成反向水射流,底质越硬,反向水射流速度峰值越大,在所有计算工况中,深度参数(H_(ref))在250~750范围内,反向水射流速度峰值与H_(ref)正相关,H_(ref)在750~1000范围内,两者负相关。

基于浅地层剖面数据和改进地声模型的底质反演方法

浅地层剖面仪发射的声脉冲能够穿透海底面进入沉积层内部,其回波中携带了丰富的底质信息。地声模型是底质声学与物理性质关系的数学描述,广泛用于海底声学与地声反演研究。本文通过对浅地层剖面数据的处理、解译得到海底反射系数,与考虑底质松密影响的改进Biot-Stoll模型相结合,提出底质反演新方法并开展实例验证。研究结果表明:通过对浅地层剖面原始记录的读取、解译,提取反射波振幅,并结合设备声源级,可有效求取海底反射系数。通过引入相对密度改进孔隙度计算公式,进而在基于Biot-Stoll模型构建海底反射系数和底质平均粒径关系过程中进一步考虑了底质松密的影响。基于山东威海某海域及文献的算例均显示,本文提出的改进地声模型可缩小底质反演与实测结果之间的相对误差、提升基于浅地层剖面数据的海底底质地声反演精度。

基于潜水器观测影像的深海底质图像拼接方法

深海潜水器的视野通常有限,仅凭单个视野的视频图像难以全面地观察周围海底情况,这为研究人员了解海底底质的整体分布增加了难度.针对上述问题,提出了一种基于深海潜水器影像的海底底质图像快速拼接方法.首先,基于通道补偿的图像增强技术对视频帧的红色通道进行校正,并进行亮度增强和CLAHE处理.接着,利用CUDA加速的SURF算法提取特征点和描述符,利用KD树算法初步匹配前后帧的特征点.然后,采用KNN分类算法消除误匹配,对筛选后的匹配点进行帧间运动估计,通过变换矩阵生成底图并拼接前后帧.最后,融合特征点坐标与帧间运动信息.重复上述过程,生成连续的拼接图像.实验验证采用“蛟龙号”在某航次获取的视频图像进行拼接处理,结果表明该方法具有较好的拼接效果,验证了其技术的可行性.

不同底质条件下近海底爆炸冲击波载荷特性研究

近海底爆炸冲击波会对海底光缆、海底管道等设施造成严重的破坏,不同底质条件的冲击阻抗会影响冲击波的时空演化规律,因此,研究不同底质条件下近海底爆炸冲击波载荷具有重要的意义。基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立近海底爆炸模型,探究海底底质对近海底爆炸冲击波载荷的影响,结果显示:测点角度在20°~50°范围内时,海底底质材料会显著影响冲击波峰值压力,近海底反射的影响随爆距比的增加而增强,当测点角度超出该范围时,该现象逐渐消失;海底底质影响范围不随底质的变化而变化,但是在不同底质条件下,受影响区域的反射系数截然不同,当海底底质较软时,海底底质影响区域内的冲击波反射系数在0.81~1.05之间,当海底底质为刚壁时,海底底质影响区域内的冲击波反射系数在0.98~1.33之间;水深不会导致冲击波峰值压力发生显著变化。

基于海底底质及地形特征的地形辅助导航适配区选择方法

随着多波束测深技术的不断发展,地形辅助导航广泛应用于海上舰船。本文针对传统特征参数没有包含深度以及海底底质因素而导致水下地形导航适配区判定不准确的问题,提出基于海底底质及区域地形特征的地形辅助导航适配区选择方法。本方法基于多波束探测数据,对区域地形数据进行统计分析,通过层次分析法对地形特征参数以及海底底质等适配性评价指标进行综合分析,得出权重向量并构建适配区选择准则函数,对匹配区域进行适配性判断。利用ICCP算法进行地形匹配蒙特卡洛仿真实验,实验结果表明,适配性选择函数克服了传统特征参数对匹配区域分析不全面的问题,可有效选择适配区,适配区内匹配误差小于5 m。