“哨兵-2”卫星影像及C2RCC算法在太湖冬春季水色分析中的应用

利用太湖2019—2022年冬春季“哨兵-2”卫星10 m分辨率的MSI影像和SNAP软件C2RCC(Case 2 Regional CoastColour)模块,以适合浑浊、富营养程度较高、光学复杂的“二类水体”的C2X-nets为模式,开展太湖叶绿素a、总悬浮物浓度、透明度等水色参数反演。结果表明:冬春季太湖各湖区叶绿素a浓度处于较低水平,但4月中旬起有明显抬升;太湖西部沿岸区、南部沿岸区和湖心区总悬浮物浓度较高,表明这些湖区易受风浪影响,造成沉积物再悬浮;太湖东部沿岸区、北部湖湾及东太湖遥感反演的水体清澈度较高,可能与这些湖区冬春季沉水植物菹草的分布有关,菹草生长对水质有较好的净化效果。总体来看,基于C2X-nets模式的C2RCC反演算法从较高分辨率卫星遥感影像中提取的水色信息,能有效反映太湖冬春季水色指标的空间分布特征,可为湖体生态状况及动态变化的长期监测评估提供有价值的参考。

太湖贡湖湾2-甲基异莰醇(2-MIB)时空变化特征及影响因子

湖泊水体丝状蓝藻的大量出现会产生嗅味代谢物,引发由2-甲基异莰醇(2-MIB)主导的嗅味问题,威胁饮用水安全。太湖贡湖湾是苏州市、无锡市的重要饮用水源地,近年由2-MIB引起的水体嗅味问题时有出现,但相关研究鲜有报道。为掌握贡湖湾2-MIB时空变化特征及影响因子,研究分别于2022年3—12月和高温期间(7月29日—8月29日)开展逐月及高频调查。逐月调查结果显示,贡湖湾2-MIB浓度变化季节性差异显著,夏季浓度最高,可达124.3 ng/L。贡湖湾各点2-MIB的空间分布无明显差异。高频调查结果发现,高温期间贡湖湾入湖口附近水域2-MIB浓度变化剧烈,最高值可达1385 ng/L,超其嗅阈值(10 ng/L)近140倍。本文研究借助人工镜检及功能基因高通量测序技术,首次揭示拟浮丝藻是高温时段贡湖湾2-MIB的主要来源。主成分分析及相关性分析结果表明,水温、月均太阳辐射、总磷和叶绿素a是影响贡湖湾2-MIB逐月变化的关键环境因子。高温时段贡湖湾拟浮丝藻的时空变化主要受水温、日均太阳辐射、风力、硝态氮和溶解性总磷及微囊藻多个环境因子共同影响。

基于Sentinel-2与随机森林算法的太湖水生植被分布监测

基于2018—2021年太湖地区哨兵2号(Sentinel-2)卫星遥感影像和随机森林算法,结合植被敏感指数,开展太湖水生植被分布监测,综合分析了水生植被的时空变化特征,初步揭示了太湖水生植被的动态变化。结果表明,太湖水生植被分布面积有逐年上升的趋势,且年间变化具有明显的单峰型特征,表现为春季沉寂,夏季快速增长,秋季达到暴发期,冬季面积开始减退;太湖水生植被主要分布于东太湖、东部沿岸和贡湖,类型以沉水植被为主,其中浮叶植被主要分布于东太湖,挺水植被主要分布于东太湖沿岸的浅水区域;沉水植被主要分布于东部沿岸和贡湖;水生植被主要分布的东太湖水域,其水质总体优于太湖其他水域。

太湖沉积物反硝化功能基因丰度及其与N_2O通量的关系

温室气体N_2O的生成和排放与反硝化功能微生物关系密切,探讨沉积物反硝化微生物功能基因丰度及其与N_2O通量的关系有助于更好地理解沉积物N_2O生成与排放的微生物学机制。以太湖为研究对象,采用定量qPCR(Quantitative PCR)技术测定了太湖沉积物反硝化功能基因(nirK、nirS、norB和nosZ)丰度,阐明了太湖沉积物反消化功能基因丰度的季节变化规律,并分析了反硝化功能基因丰度与沉积物N_2O通量及其他环境因子的关系。结果表明:太湖沉积物反硝化功能基因丰度呈现夏秋季高冬春季低,具有明显的季节变化特征,norB基因丰度最高,均值为9.03×10~9 copies·g^(-1),其次为nir S基因(1.14×10~9copies·g^(-1)),nirK和nosZ基因丰度均值分别为3.04×10~8copies·g^(-1)和1.09×10~8copies·g^(-1)。沉积物TN和NO_2^-是影响反硝化功能基因丰度的重要环境因子。夏秋季沉积物N2O通量为-0.12-0.04nmol·g^(-1)·h^(-1),均值为-0.05nmol·g^(-1)·h^(-1),与反硝化功能基因(nir K、nir S和nir B)丰度呈显著正相关(P<0.05),表明反硝化过程消耗了N_2O。冬春季沉积物N_2O通量为-0.05-0.48 nmol·g^(-1)·h^(-1),均值为0.27 nmol·g^(-1)·h^(-1),与反硝化功能基因丰度不具显著相关性,表明反硝化作用可能不是N_2O产生的主要过程。

东太湖原水2-MIB污染应急处理技术

某水厂以东太湖为水源,夏季致嗅物质二甲基异崁醇(2-MIB)风险频发。研究取水口及附近水域2-MIB的变化规律并探讨了2-MIB的来源;同时,结合水厂实际案例,分析2-MIB在不同应急处理工艺下的去除效果。结果表明:东太湖原水中2-MIB与蓝藻和底泥的释放有关;应急投加粉末活性炭对夏季原水中2-MIB具有较好的去除效果;当原水遭受复合污染时(即CODMn、藻类和嗅味浓度水平均较高),粉末活性炭两步投加方式较单点投加对原水中2-MIB的去除效果有明显的促进作用(去除率提高12.8%)。

“太湖2号”青虾苗种产量与水体浮游生物的响应关系

[目的]探讨青虾繁苗期间其苗种产量与水体浮游生物之间的响应关系,以期为青虾育苗期间的调水培育适口饵料奠定理论基础。[方法]根据往年塘口记录,在南京市高淳区“太湖2号”青虾养殖基地选取高产和低产塘各2口,检测水体中浮游动植物指标,对青虾苗种产量和浮游生物进行相关性分析,并构建响应关系方程。[结果]青虾苗种产量与浮游植物的生物多样性呈显著正相关,与浮游植物总生物量负相关;苗种产量与轮虫、桡足类的物种数呈显著正相关。[结论]在实际生产中,应通过施用复合肥和氨基酸等适度调水,并适量种植水草,以控制在蚤状幼体阶段提高浮游生物的多样性和总数量。

罗氏沼虾“南太湖2号”引进后幼体培育对比试验

2016年2月,对3种不同亲本来源的罗氏沼虾(Macrobrachit Lm rosenbergii)进行从幼体阶段至变态苗阶段的培育试验,观察变态时间,计算育苗成活率。试验结果表明,"南太湖2号"♂×自繁群体♀获得幼体的变态时间最早,持续时间最短,成活率最高;其次为"南太湖2号"♂×"南太湖2号"♀获得幼体,自繁群体♂×自繁群体♀获得幼体的成活率最低,引进良种并与本地群体杂交的方式可有效提高生产效益,有助于良种覆盖率的提升。

大龙虎泡野生日本沼虾遗传多样性分析

为了深入了解本地日本沼虾的遗传特性,为育种选育提供理论支撑,利用微卫星分子标记技术,对大龙虎泡日本沼虾进行遗传多样性比较分析。结果显示,12个微卫星位点均属于高多态性位点(PIC>0.5);太湖2号养殖群体的等位基因数为4~11,有效等位基因为3.6864~7.4805,观测杂合度为0.3182~0.8333,期望杂合度为0.7449~0.8848;各位点的多态性为0.6919~0.8517,属于高遗传多样性的群体。大龙虎泡野生群体等位基因数为1~2,有效等位基因为1.0000~2.0000,观测杂合度为0.0000~1.0000,期望杂合度为0.0000~0.5172,各位点的多态性为0.0000~0.3750,属于遗传多样性较低的群体。2个群体均有7个位点显著偏离Hardy-Weinberg平衡,大龙虎泡野生群体另出现3个位点无法进行Hardy-Weinberg平衡检验。太湖2号养殖群体的7个位点表现出来的是杂合子缺失,大龙虎泡野生群体的7个表现的是杂合子过剩。分子方差分析显示,有36.15%(P<0.01)的遗传变异来源于群体间,而63.85%(P<0.01)的变异来源于群体内。与太湖2号养殖群体的遗传相似度为0.2769,遗传距离为1.2843,这2个群体遗传相似度低,遗传距离远,存在很大的遗传差异。2个群体的遗传分化指数F_(ST)为0.36153(P<0.01),遗传分化程度明显。种群遗传结构分析结果显示,最佳K值为3,说明这2个种群有3个可能的祖先。大龙虎泡野生群体遗传多样性水平较低,提示对大龙虎泡野生群体种质资源的保护刻不容缓。

藻型湖区氧化亚氮排放特征及其影响因素

湖泊等内陆水体是大气N_(2)O潜在的重要排放源,也是全球N_(2)O收支估算的重要组成部分。目前全球湖泊普遍面临富营养化和蓝藻暴发等问题,明晰藻型湖泊N_(2)O排放强度及其环境影响因子对准确估算湖泊N_(2)O排放和预测其未来变化至关重要。本研究选择太湖藻型湖区为研究对象,同时选取人为活动影响较小的湖心区作为对比区域,基于2011年8月至2013年8月为期2年的逐月连续观测,探讨藻型湖区N_(2)O排放特征及其影响因素。结果表明,藻型湖区呈现极强的N_(2)O排放,其排放通量为(4.88±3.05) mmol/(m^(2)·d),是参考区域(湖心:(2.10±4.31) mmol/(m^(2)·d))的2倍多。此外,在藻型湖区中不同点位N_(2)O排放差异显著,受河流外源输入影响,近岸区是N_(2)O的热点排放区,其年均排放通量高达10.93 mmol/(m^(2)·d)。连续观测表明N_(2)O排放具有显著的季节变化模式,但在不同区域调控N_(2)O排放时间变化的因子有所不同。其中,近岸区N_(2)O排放主要受氮负荷影响,其他区域N_(2)O排放变化受水温和氮负荷等多因子影响。氮素富集是藻型湖区N_(2)O高排放的直接原因,水体氮负荷可以作为N_(2)O排放热点的重要指示因子。但藻型湖泊N_(2)O排放极其显著的时空变异等在未来研究中应得到更多关注。

多源卫星测高数据监测太湖水位变化及影响分析

基于Envisat与Cryosat-2卫星测高数据利用波形重跟踪算法提取2003年1月—2019年4月太湖水位信息,并对测高数据进行粗差剔除、卫星间系统误差消除,结合MODIS光学遥感影像提取太湖边界信息,得到长时间序列太湖水位数据。结合气象观测数据和城市人口变迁数据,讨论太湖水位变化规律及其对气候变化以及人类活动影响的响应。结果表明:2003-2009年期间太湖水位呈上升趋势(0.036 m/a),2009-2019年期间太湖水位呈下降趋势(-0.0144 m/a);地表温度及降水均对太湖水位变化有周期性影响,其中降水的影响更为显著;此外,随着太湖周边城市化进程加快,以2009年为节点,2009年后周边城市人口增长速度加快,城市用水需求加大,导致太湖水位呈下降趋势,表明人类活动对太湖水位变化有整体性影响。

太湖水源水主要异味物质变化规律及来源初探

采用顶空固相微萃取-气相色谱/质谱联用测定技术,以太湖某饮用水源地水体中甲基异莰醇-2和土臭素为主要研究对象,通过环境因子相关性分析,对异味物质的变化规律和来源作初步分析。研究结果表明,该水源地2013年的主要异味物质为甲基异莰醇-2,超标时段主要集中在夏秋高温季节(5—9月);水体中的硅藻可能是异味物质的重要产生者,底泥中的藻类和微生物次生代谢活动可能是水体产生异味的主要原因。

太湖背角无齿蚌组织中8-羟基脱氧鸟苷的含量及在水体污染评价中的初步应用

对2003—2008年间采集自太湖不同水域的9个背角无齿蚌(Anodonta woodiana)样品组织中的DNA损伤产物—8-羟基脱氧鸟苷(8-hydroxy-2-deoxyguanosine,8-OHdG)的水平进行了分析,同时研究了蚌体组织中重金属Cd2+和有机污染物PCBs的蓄积残留量,以探明水体污染和DNA损伤的相关性。研究结果显示,9个样本中的8-OHdG的含量在1.021～8.886ng·g-1之间,尤其以无锡三山岛和宜兴大浦这2个水域的样本最为突出,差异显著,表明上述水域已受到较严重的污染。PCBs在9个样本中有7个检出,但含量无明显差异(P>0.05),表明PCBs并非引起背角无齿蚌体内DNA损伤的主要污染因素。而背角无齿蚌组织中的Cd2+残留量与8-OHdG水平间存在显著的剂量—效应关系,呈正相关。这一结果与实验室内的模拟试验相吻合,提示重金属Cd2+是引起水体中背角无齿蚌DNA受损的主要污染因素。研究显示,背角无齿蚌机体组织中的8-OHdG具有稳定性强、测定方法简单快速、在一定的范围内具有显著的剂量—效应关系、实验室与野外分析相吻合等特点,因此可作为分子生物标志物来评价生物体受水环境持久性污染物污染而导致的DNA损伤效应。

混养鲫鱼对罗氏沼虾种虾培育效果的影响

在3口面积各为0.3 hm^2、深度2.0 m的长方形池塘(1#、2#、3#)中放入体长0.7～0.8 cm的罗氏沼虾"南太湖2号"无特定病原种虾,密度为3.0×10~5尾/hm^2;养殖30 d时,2#、3#池塘分别混养质量3～4 g/尾的鲫鱼450、900尾,1#池塘不混养作对照组。经过近110 d的培育,1#、2#、3#池塘"南太湖2号"种虾的平均体质量分别达18.36、18.95、22.6 g,收获量分别达931.5、898.4、842.95 kg,饵料系数分别为1.36、1.53和1.71。试验结果表明,罗氏沼虾"南太湖2号"种虾培育池塘混养合理密度的鲫鱼,虽然影响种虾养殖产量,饲料系数增大,但培育出的种虾个体较大,饱满度较高,作为亲本可以为后期育苗工作的顺利开展打下良好基础。

基于Hydrolight的太湖水体区域化固有光学模型参数率定与验证

神经网络作为相对理想的可以业务化运行的水色遥感建模方法,在训练过程中需要巨量的数据集;而实测数据无法满足要求,需要利用水体辐射传输软件Hydrolight模拟数据集.利用数值统计方法对太湖7期野外实测数据进行分析,确定利用Hydrolight模拟太湖遥感反射率时,需要输入的藻类颗粒物、非藻类颗粒物和有色可溶性有机物的比吸收系数、比散射系数等参数;利用这些参数模拟遥感反射比,并与实测光谱数据进行比较,发现二者相关性普遍在0.95以上,证明确定的太湖区域化参数符合模拟需要,具有较强的实用价值.

苏州太湖主要异味物质空间分布规律及防治对策研究

对2015年太湖苏州辖区15个监测点位水质中四种异味物质土臭素、2-甲基异莰醇、β-环柠檬醛和β-紫罗兰酮含量进行测定,分析四种异味物质的空间分布特征及其发生规律。结果表明:异味物质含量随季节变化明显,呈现夏季最高,秋季次之,春季最低的规律;空间分布上整体表现为沿岸地区高于湖心区,东部沿岸地区高于西部区域,这可能与这些区域受人为干扰的影响有关,养殖污染、水草枯败带来的底泥沉积以及风浪扰动带来的污染物释放是太湖水体出现异味的主要原因。最后提出了相应的异味物质防治对策。

东太湖水体中嗅味物质分布及网围养殖对其影响

东太湖是太湖流域重要的水源地,苏州市吴江区取水口位于其中,水体中出现异嗅味。为了解东太湖水体中嗅味物质的空间分布及甄别围网养殖可能对其的影响,在东太湖的不同区域设置监测点位,利用GC-MS对水体中的嗅味物质进行监测。结果表明:1)水体中嗅味物质2-甲基异莰醇(MIB)和土嗅素(Geosmin)的浓度分布具有显著的空间异质性,其浓度随距养殖区域距离的增加而递减;2)水体中嗅味物质2-MIB和Geosmin的浓度与温度显著正相关,当温度为最高时,其最大浓度分别达到1121.99 ng/L和34.29 ng/L;3)水温和硝酸盐氮浓度对2-MIB浓度有极显著影响(P <0.01),水温越高,硝酸盐氮浓度越高,2-MIB浓度越高,总磷浓度和硝酸盐氮浓度对土嗅素浓度有显著影响(P <0.05)。网围养殖可能是水体中嗅味物质的一个重要来源,在东太湖及其它水源地治理中应引起高度重视。

太湖氧化亚氮(N_(2)O)排放特征及潜在驱动因素

氧化亚氮(N_(2)O)是《京都议定书》规定的6种温室气体之一,其百年增温趋势是CO_(2)的298倍,大气N_(2)O浓度在持续快速增长中.浅水湖泊是大气N_(2)O的重要来源,为探讨富营养湖泊太湖N_(2)O排放的时空变化及潜在驱动因素,于2月(冬)和8月(夏)不同季节下在太湖进行野外观测,采用扩散系数-顶空瓶法观测表层水体N_(2)O浓度[c(N_(2)O)]和排放通量[F(N_(2)O)],并讨论分析N_(2)O排放的潜在驱动因素.由于溶解性有机物(DOM)光谱是溶解性有机碳(DOC)及溶解性有机氮(DON)来源组成的有效示踪指标,其迁移转化过程亦会释放大量无机氮,改变水体氧化还原电位,因而也能影响N_(2)O排放.结果表明,太湖表层水体N_(2)O的浓度和排放通量表现出的时间变化及空间变化强烈受到季节(水温)差异和营养水平的共同影响,其表层水体c(N_(2)O)均值为(19.7±2.7) nmol·L^(-1),F(N_(2)O)均值为(41.1±1.8)μmol·(m~2·d)^(-1),两者均表现为夏季高于冬季(t-test,P<0.01);DOM和DOC等有机质的输入累积能够提高水体N_(2)O的产生和排放潜力,其中N_(2)O排放通量与水体类腐殖质组分C1显著正相关,表征陆源输入的荧光峰积分比值I_(C)∶I_(T)及芳香性指标S_(275-295)都表明西北入湖河口区积累了大量陆源类腐殖酸,其转化降解对N_(2)O的产生及排放有较大的贡献.结果显示水温、 DOM组成来源和营养水平等均是影响太湖水体N_(2)O排放的重要因素.长期连续观测能更好地全面评估各种因素对水体N_(2)O产生及排放的影响并科学合理地制定减排方案.

Cryosat-2测高数据的太湖水位监测与变化分析

针对传统的通过水位站监测湖泊水位变化受自然条件和时空等因素的影响以及卫星测高技术的发展,该文提出了利用Cryosat-2测高数据对内陆湖泊水位变化进行研究。以太湖为例分析2011年1月—2014年12月的水位变化,并应用水位实测数据对Level-2 GDR数据所采用的3种波形重跟踪算法提取的湖面高进行精度评价以及季节性变化的对比。结果表明,4年来太湖平均水位变化为0.283 m,测高结果与实测数据变化基本一致,最高值均出现在2011年9月,利用卫星测高数据监测湖泊水位变化可信度较高;对于GDR产品中的3种重跟踪算法,Refined OCOG算法更适合水位变化的提取,有最高的相关系数(0.543)、较低的均方根误差(1.282 m)和最低平均绝对误差(0.260 m);太湖的秋季水位最高,夏季其次,冬季再次,春季最低,且春夏两季水位变化提取的均方根误差最低可达到0.215 m和0.067 m。

一种多水体类型地区的坑塘水面精准提取方法

针对坑塘水体难以与其他众多水体类型区分的问题,以Sentinel-2影像为数据源,提出了一套适用于多水体类型地区从水体到坑塘水面的精确提取规则:选择最优水体指数对研究区水体进行提取;通过形状指数、面积、湖泊水库数据等规则对非坑塘水面进行剔除。结果显示,根据本文所构建的坑塘提取规则在2019—2022年的总体提取精度分别达到了88.39%、86.44%、84.89%、85.75%,提取效果较好。证明了该规则在多水体类型地区坑塘提取中的适用性。

望虞河引清调水改善太湖水环境定量分析

以望虞河引清调水实践为背景,利用引水调水现状及实测数据,建立适合太湖的二维水量水质数学模型,并模拟计算调水前后湖体各项水质因子浓度的空间变化规律。结果显示:水利调度影响下太湖湖体中高锰酸盐指数、氨氮、和总氮的浓度大体上有所减小,改善率分别为6.0%、16.0%和9.2%,总磷稍有反弹,其指标恶化了4.4%,太湖湖体水质总体改善面积37%,主要集中在贡湖、梅梁湖及东部湖区这些引排水水流流经的区域,表明"引江济太"调水工程对改善太湖局部湖区水质、保障太湖供水安全具有重要意义,可为其他类似水域的水污染治理提供科学参考和依据。