太湖不同叶绿素a浓度水体荧光特征分析
2-4湖塘水体叶绿素a测定
湖塘水体叶绿素a测定姓名：学号：班级：组别：指导教师：实验概述【实验目的及要求】（1）初步了解叶绿素a测定的原理和常规测定方法。
（2）通过实验，掌握叶绿素a的测定方法及富营养化水样的前处理方法。
（3）熟练掌握抽滤装置及分光光度计的使用。
【实验原理】浮游植物的主要光合色素是叶绿素(Chlorophyll)，常见的有叶绿素a、b 和c.叶绿素a（chl-a）存在于所有的浮游植物中，大约占有机物干重的1-2%，是估算浮游植物生物量的重要指标，因此浮游植物叶绿素a含量的测定成为浮游植物生物量的重要指标而被广泛应用。
浮游植物叶绿素a的测定方法有许多种，根据所使用的仪器可以分为高效液相色谱法（HPLC法）、荧光光度计法和分光光度计法等。
高效液相色谱法能够很精确地测定各种光合色素的含量，但由于仪器昂贵，分析操作步骤繁琐，一般不能用于野外大量样品的快速分析。
荧光光度计也能够精确地测定叶绿素a的含量，特别是能够测定叶绿素a含量较低的样品，但由于分析过程中容易受其他色素或色素衍生物的干扰，也不利于快速分析各类不同的野外样品。
因此，分光光度计法成为最常用的浮游植物叶绿素a含量的测定方法。
在所有分光光度计法中，根据所用的色素萃取液分为了丙酮法、甲醇法和乙醇等，再根据比色所用的波长，又分为单色法和多色法（例如单色丙酮法和四色丙酮法）等。
主要的细胞破碎法有研磨、低温冻融、超声破碎等。
尽管丙酮现在仍广泛用于实际分析中，但由于丙酮的萃取效率比较差，特别是对蓝藻的叶绿素a的萃取效率比较低，使得甲醇和乙醇成为替代丙酮的色素萃取剂。
不过，甲醇对人体毒害性大，且在酸化过程中容易产生误差，于是，乙醇成为现在广泛应用的叶绿素a的萃取剂。
超声破碎法因快速、提取效率高等特点也被研究者所青睐。
本实验介绍一种以热乙醇为萃取溶剂，结合超声细胞破碎法为基础的叶绿素a含量测定方法。
叶绿素a和少数处于特殊状态的叶绿素a的关系：叶绿体内类囊体薄膜上的色素，可以分为两类：一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，这种叶绿素a不仅能够吸收光能，还能使光能转换成电能。
不同方法估算太湖叶绿素a浓度对比研究
( 1. School of Geography and Ocean Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China; 2. T aihu Lake Laboratory Ecosystem Research Station, State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and L imnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 3. Earth Observation and Digital Earth Science Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China) Abstract: Based on the measured remote sensing reflectance and concurrent chlorophyll a ( Chl a) concentration in Taihu Lake from January 7 to 9 and July 29 to August 1, 2006, this study comparatively analyzed the estimation precision of three - band - model, two - band - model, reflectance peak position method and first derivative method, and further discussed the feasibility of the four methods to estimate Chl a using remote sensing image. The data set of two samplings contained widely variable total suspended matter ( 12 24 -285 20 mg L- 1 ) , Chl a ( 4 83 155 11 g L- 1 ) and chromophoric dissolved organic matte absorption coefficient at 440 nm ( 0 27 - 2 36 m - 1 ) . The former four methods all got high precisions on Chl a concentration estimation in Taihu Lake with determination coefficients ( r2 ) of 0 813, 0 838, 0 872 and 0 819, respectively. The root mean square error ( RMSE) between measured and estimated Chl a concentrations using the four models was 13 04, 12 12, 13 41 and 12 13 g L- 1 , respectively, and the relatively error ( RE) was 35 5% , 34 9% , 24 6% and 41 8% , respectively. Although the reflectance peak position method had the highest estimation precision, it was difficult to be applied on remote sensing image due to lacking spectral channel. The three - band -model and two - band - model had higher estimation precisions than the first order differential method and good application foreground in Chl a retrieval using remote sensing image. The r 2 , RMSE, RE of [ R - 1 ( 665) - R - 1 ( 709) ] R ( 754) in three - band -model and R ( 709) R ( 681) in two - band - model based on simulation MERIS data were 0 788, 13 87 g L- 1 , 37 3% , and - 1 0 815, 12 96 g L , 34 8% , respectively. The results in this study demonstrated MERIS data could be applied to retrieve Chl a concentration in turbid Case waters as T aihu Lake. Key words: Taihu Lake; chlorophyll a; retrieval; remote sensing reflectance
洪泽湖叶绿素a浓度的时空变化特征
洪泽湖叶绿素a浓度的时空变化特征齐凌艳;黄佳聪;高俊峰;黄琪;周毅;田威【摘要】叶绿素a浓度是衡量藻类生物量及评价水体营养状态的重要指标.基于洪泽湖2012年12月至2013年11月的水质监测数据,利用统计手段分析湖区叶绿素a浓度的时空变化规律,并进一步探究叶绿素a浓度与各项水质理化因子的响应关系.从时间维度上看,洪泽湖叶绿素a浓度季节变化规律在不同湖区有所差异,东部湖区叶绿素a浓度随季节变化曲线呈“双峰型”,分别在3月和8月达到峰值.北、西部湖区叶绿素a浓度在春季变化平缓.并在秋季达到峰值.从空间维度上看,3个湖区之间叶绿素a浓度在春、冬两季存在显著差异,其余季节差异不显著.典范对应分析表明洪泽湖不同月份、不同湖区叶绿素a浓度与水质理化因子之间存在不同的响应关系.本研究为探究洪泽湖藻类时空异质性原因、宏观掌控其营养状态以及制定相应水质改善措施提供参考依据.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2016(028)003【总页数】9页(P583-591)【关键词】叶绿素a;洪泽湖;时空变化;典范对应分析【作者】齐凌艳;黄佳聪;高俊峰;黄琪;周毅;田威【作者单位】中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京210008;中国科学院大学,北京100049;中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京210008;中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京210008;中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京210008;中国科学院大学,北京100049;江苏省水文水资源勘测局,南京210029;江苏省水文水资源勘测局,南京210029【正文语种】中文随着经济发展与人类活动加剧，水体富营养化已成为世界性的水环境问题. 近年来，世界各大淡水湖和我国滇池、太湖、巢湖等内陆淡水湖多次发生大规模蓝藻集聚现象，严重破坏水生态系统稳定，威胁当地生活生产用水安全. 叶绿素a(Chl.a)是藻类进行光合作用的重要色素，其在水中的浓度通常用于表征水中藻类总体含量以及评判水体的营养状态[1].国内外已开展大量淡水湖泊Chl.a浓度时空动态变化相关研究. Ghadouani等研究伊利湖的藻类和营养盐分布，表明Chl.a高浓度区主要集中于西部湖湾及北部沿岸地区，且与营养盐分布密切相关[2]. Jindal等对Prashar湖藻类随时间动态变化过程进行连续观测，发现Chl.a浓度曲线呈双峰型特征，分别在5月和9月达到峰值[3]. Wu等针对鄱阳湖藻类时空变化进行分析，得出结论：水下光照强度和透明度是限制藻类生长的关键因子，同时南部湖区Chl.a浓度高于北部湖区主要受水温和营养盐影响[4]. Yang等对巢湖Chl.a浓度和总氮(TN)、总磷(TP)等营养盐浓度进行空间分布和季节性变化特征研究，总结出巢湖藻类生物量存在明显先下降后上升的季节变化特点，同时东、西部湖区存在明显空间差异，西部湖区营养盐及Chl.a浓度高于东部主要受上游汇水影响[5-6]. Wu等通过对太湖短期连续观测表明，Chl.a浓度水平分布模式与风生流关系紧密[7]. 钱昊钟等分析太湖湖心、东南湖区与其他湖区Chl.a浓度差异，得出TP、水温和溶解氧是主要限制性因子[8].朱晶晶等发现滇池Chl.a浓度总体呈周期性波动缓慢上升趋势，4-11月上升达到峰值；空间分布上，滇池Chl.a浓度高值区多出现在靠近城镇的人口密集区域[9-10]. Huang等通过分析滇池水体富营养化与人类活动的响应关系，得出含高浓度营养盐的污水排放对滇池富营养化起到关键性作用[11]. 郭劲松等研究三峡小江回水区Chl.a浓度季节变化特征为夏、秋季高，春、冬季低[1,12]. Zhang等研究三峡水库蓄水后大宁河的藻类季节变化特征，得出水温和TN/TP是藻类暴发的关键因素[13]. 分析水体Chl.a浓度时空变化特征有助于深化对藻类水华发生过程机理的认识，从而为有效开展藻类水华防控治理工作提供科学依据.洪泽湖是苏北地区居民生活、农业用水、发电以及维护当地生境的重要水源地. 同时作为南水北调东线工程重要输水线路和调蓄湖泊，其水质不仅关系到南水北调水质安全，也关系到沿河、沿湖乃至整个淮河流域经济可持续发展[14]. 因此全面认识洪泽湖富营养化水平和藻类时空分布特征十分重要. 但是目前研究较多围绕洪泽湖富营养化水平定性分析和水质理化因子时空特征分析[15-16]，Chl.a浓度时空变化特征研究相对较少. 本文基于洪泽湖全年水质监测数据，采用方差分析和典范对应分析等统计手段研究洪泽湖藻类时空变化特征，进一步探究其藻类时空异质性原因，为宏观掌控洪泽湖营养水平、制定水质改善措施提供科学依据[16].洪泽湖地处淮河中游末端(33°06′～33°40′N，118°10′～118°52′E)，为中国第四大淡水湖泊. 湖区跨洪泽、淮阴、泗阳、泗洪和盱眙五县. 东岸平直，其余岸线曲折多湾. 湖区集水面积为15.6×104 km2，补给系数为99. 常年平均水位12.37 m，长65.0 km，最大宽55.0 km，平均宽为24.26 km，最大水深4.37 m，平均水深1.77 m. 湖区属北亚热带与南温带的过渡气候，多年平均气温16.3℃，7月平均气温最高为28.8℃. 多年平均降水量925.5 mm，年内7-9月降水量约占年降水量的65.5%. 湖水来源除大气降水外，主要依靠地表径流，入湖河流主要有8条(淮河、新汴河、老汴河、新濉河、老濉河、徐洪河、怀洪新河和安东河)，其中淮河流量最大[17]. 洪泽湖为吞吐型湖泊，换水周期约为35 d[18]. 湖流以吞吐流和风生流形式并存，在淮河入湖口水流以扇形扩散.根据湖盆形态，生境差异，水文、水力特征以及出入湖河流特性等因素，本研究将洪泽湖湖区分为3个子区：北部湖区、东部湖区和西部湖区. 北部湖区即成子湖区域，水体流动性差，并且受宿迁市城市尾水的影响，水质总体略差；西部湖区包括溧河洼区域，地势较高且水深较浅，水生植物分布面积相对较广，生长茂盛[19]，水质整体较好；东部湖区包括淮河入湖口、过水通道及蒋坝闸湾，湖区水体流动性好，湖流运动较为剧烈. 根据上述湖区形态特征，本研究在全湖共布设8个水质监测站点. 北部湖区设有颜圩、高湖2个监测点；西部湖区有临淮、洪泽湖区(宿迁南)2个监测点；东部湖区布设洪泽湖区(淮安北)、洪泽湖区(淮安西)、洪泽湖区(淮安东)和洪泽湖区(淮安南)4个监测点(图1).本研究选取2012年12月-2013年11月采集的洪泽湖月水质监测数据样本，运用统计软件IBM SPSS Statictis 19和Canoco for Windows 4.5对数据进行统计分析. 数据是由江苏省水文水资源勘测局提供的常规监测资料. 监测项目包括5项：化学需氧量(COD)、溶解氧(DO)、TP、TN和叶绿素a(Chl.a)浓度. 其中COD浓度用高锰酸盐指数法测定，DO浓度用电化学探头法测定，TP和TN浓度分别用钼酸铵分光光度法和碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，Chl.a浓度用分光光度法测定. 此外，日平均气温(T)数据来自国家气象中心的盱眙站(站点编号：58138). 根据研究区全年气温变化规律和地处四季分明的温带地区，综合参考传统气候统计法，将研究区季节划分为：春季为3-5月，夏季为6-8月，秋季为9-11月，冬季为12至次年2月.洪泽湖Chl.a浓度的季节变化规律在不同湖区有所差异(图2). 北、西部湖区Chl.a浓度在冬末(1月)出现明显的上升趋势，平均浓度达22.73±2.58 μg/L. 进入春季(3-5月)，Chl.a浓度稍有波动(13.45±4.91 μg/L)后，变化趋于平缓(17.95±4.94 μg/L). 春季湖区平均气温达到15.54℃，日光照时长为6.45 h，光照气温条件适宜. 同时春耕施肥等面源污染带来营养盐汇入，营养盐水平较高，水体中TN平均浓度为1.35 mg/L，TP平均浓度为0.045 mg/L. 藻类生理、生化活性恢复，生长速率加快，种群生物量快速增加后趋于稳定. 夏季(6-8月)洪泽湖区平均气温达到26.99℃，光照时长为5.72 h. 虽然光照充足、温度适宜，但大规模藻类生长为浮游动物及其他大型鱼类牧食提供便利，同时营养盐也被快速消耗，遏制藻类数目的进一步增加. 造成不同站点Chl.a浓度先后回落至低浓度(3.38±1.59 μg/L)后才逐步上升. 进入秋季，藻类种间竞争得到缓解，优势种得以快速增殖，使Chl.a浓度在9月左右达到峰值(36.28±45.92 μg/L)，其中颜圩站点浓度高达104.9 μg/L. 随后10-11月Chl.a浓度受气温下降、光照减弱影响，呈波动下降状态. 冬季湖区气温降至2.78℃，藻类代谢基本停止，进入衰亡、休眠期[20]，因此Chl.a浓度逐步下降至最低浓度(1.55±1.98 μg/L).东部湖区Chl.a浓度季节变化曲线呈“双峰型”(图2)，分别在3月和8月达到浓度峰值. 冬末春初(1-3月)洪泽湖的适宜光照和温度以及较高营养盐水平(TN浓度为4.30 mg/L，TP浓度为0.079 mg/L)使得藻类快速从底泥中复苏，进行大量增殖. Chl.a浓度持续上升直至第1个峰值浓度(13.45±4.89 μg/L). 随后Chl.a浓度表现为迅速下降状态，且至峰谷低浓度(1.68±0.67 μg/L). 研究表明在大型浅水湖泊中，水动力对浮游生物的数量、分布影响十分明显. 如果水体滞留时间变长、流速变缓，浮游植物拥有更长时间生长，在适宜的营养条件下数量往往会显著增长[21]. 但由于东区包含过水通道，水体流动性大且流速快. 藻类受水流冲刷，不容易集聚，造成Chl.a浓度曲线的下降. 夏季(6-8月)藻类在充足光照下达到最大光合效率，藻类生物量成倍增加，使得Chl.a浓度再次上升并于8月达到第2个浓度峰值(25.18±13.45 μg/L). 秋季(9-11月)光照减弱且温度持续下降使Chl.a浓度上下波动且总体呈下降趋势. 冬季(12月)伴随着藻类大量休眠死亡、群落解体，Chl.a 浓度下降为最低值(1.15±0.69 μg/L).洪泽湖全年Chl.a浓度均值表现为北部湖区(18.50±21.26 μg/L)>西部湖区(9.8±5.94 μg/L)>东部湖区(7.68±7.96 μg/L). 单因素方差分析(ANOVA，表1)结果显示3个湖区的Chl.a浓度之间在春季存在显著差异(P<0.05)，其余季节差异不显著.春季和冬季东部湖区Chl.a浓度显著低于北、西部湖区(图3)，春季浓度均值为北部湖区(19.95±3.13 μg/L)>西部湖区(12.95±3.85 μg/L)>东部湖区(6.06±6.00μg/L). 冬季浓度均值为北部湖区(14.66±9.39 μg/L)>西部湖区(10.32±8.40 μg/L)>东部湖区(4.02±3.41 μg/L). 3个湖区的温度和光照等气象条件相近，但是营养盐水平有所不同. 东部湖区的TN和TP浓度均高于北、西部湖区(图4)，表明营养盐不是春季和冬季东部湖区Chl.a浓度的限制因子. 东部湖区Chl.a在春、冬季浓度较低很有可能是由于其过水通道特性，流动性较好. 研究表明流速可能对着生藻类生物量具有显著影响，较大流速环境不适合着生藻类的生长[22]. 当流速过大时，水流的冲刷作用使藻类的生长、繁殖环境受到破坏，藻类的增长和聚集受到有效抑制[23-24]. 北、西部湖区相对封闭，湖流运动相对较弱，藻类较容易进行快速繁殖. 同时西、北部湖区周围农耕渔业比东部湖区发达，虽然营养盐浓度低于东区，但是足够为藻类提供生长物质基础，加之适宜的光照温度，藻类生物量可以稳定上升.夏季和秋季3个湖区之间Chl.a浓度无显著差异(图3)，夏季浓度均值表现为东部湖区(13.64±11.84 μg/L)>北部湖区(7.45±6.86 μg/L)>西部湖区(5.93±2.37μg/L). 根据Chl.a浓度季节变化规律可知，东部湖区由于春季藻类生物量下降，种内竞争大大减弱，造成在夏季藻类快速增长，而北、西部湖区在夏季则是由于种内、种间竞争加剧造成生物量下降. 两者比较，东部湖区Chl.a浓度高于其他2个湖区. 秋季洪泽湖Chl.a浓度均值表现为北部湖区(29.75±40.85 μg/L)>西部湖区(10.04±4.72 μg/L)>东部湖区(7.84±3.60 μg/L). 北部湖区Chl.a浓度远高于其他两个湖区，其中颜圩站点在9月和11月分别出现Chl.a浓度极大值(104.9和48μg/L). 北部湖区由于引水条件较好以及水草丰富，水产养殖业迅猛发展，沿岸多为人工开挖鱼塘和围网养蟹池[14,25]，造成该区水污染严重，同时雨水冲刷引发农业和养殖业面源污染，造成水质富营养化水平较高(图4). TN和TP浓度分别达到1.76±1.66和0.14±0.12 mg/L. 丰富的营养盐条件促使藻类大规模生长暴发，造成北部湖区局部Chl.a浓度较高.图3 洪泽湖不同湖区水体Chl.a浓度的季节变化Fig.3 Seasonal variation of Chl.a concentrations of waters in different zones of Lake Hongze图4 洪泽湖不同湖区TN、TP及Chl.a浓度的变化Fig.4 Changes of TN, TP and Chl.a concentrations in different zones of Lake Hongze2.3 Chl.a浓度与水质理化因子的CCA分析典范对应分析(canonical correspondence analysis, CCA)提供了分析浮游植物群落与环境因子之间对应关系的工具[26]. 本研究进行全年月份和湖区站点Chl.a浓度与水质理化因子(化学需氧量、溶解氧、TP、TN、温度)之间的CCA分析，结果表明，两种CCA分析的轴1特征值均大于其余轴. 从浮游植物与环境因子之间的相关系数中，可以看到与轴1和轴2的相关性都较高(表2).表2 洪泽湖Chl.a浓度与理化因子CCA分析的统计信息Tab.2 Summary statistics for the first two axes of CCA performed between Chl.a concentration and water quality factors in Lake Hongze分析对象轴1轴2月份CCA分析站点CCA分析月份CCA分析站点CCA分析特征值0.2770.2550.0930.062浮游植物与环境因子相关性0.9990.9590.9910.818浮游植物与环境因子方差累积百分数69.173.992.191.9洪泽湖12个月的Chl.a浓度都分布在主轴1和主轴2构成的4个象限内，这4个象限基本把研究区4个季节的Chl.a浓度分隔开. 第1象限内分布春初(3月)和秋季中旬(10月)的Chl.a浓度，与TN浓度表现为正相关；第2象限分布冬季(1、2月)和春季(4、5月)的Chl.a浓度，与TN/TP表现出正相关；第3象限分布秋季(9、11月)的Chl.a浓度，与COD表现出负相关；第4象限分布夏季(6、7、8月)的Chl.a浓度与TN、TP浓度表现出不同程度的正相关(图5). 以上结果证明，除秋季外，其余季节Chl.a浓度均受不同程度的营养盐浓度影响. 氮、磷营养盐是藻类生长不可或缺的元素，同时在一定程度上，温度升高能显著促进藻类对营养盐的吸收利用[27]，因此夏季Chl.a浓度表现为与TN浓度呈正相关. 春、冬两季大多数月份Chl.a浓度与TN/TP呈正相关，研究表明TN/TP对藻类的暴发性生长具有重要意义，是水中浮游植物营养结构特点的重要反映[28].图5 洪泽湖水质理化因子与月际Chl.a浓度的CCA分析结果(Chl1～Chl12分别代表1-12月的Chl.a浓度)Fig.5 Results of canonical correspondence analysis between water quality parameters and monthly chlorophyll-a concentration in Lake Hongze洪泽湖3个湖区的站点可以较好地根据象限区分开，东部湖区站点(洪泽湖区(淮安北)、洪泽湖区(淮安西)、洪泽湖区(淮安东)、洪泽湖区(淮安南))位于轴1右侧，与温度、DO分别呈正、负相关关系(图6). 通常情况下温度上升可以促进藻类生长繁殖. 但温度是影响水体DO的关键因素，非夏季月份，温度的升高导致DO浓度降低[29]，因此两者呈负相关. 此外东区是过水通道，湖流运动相对剧烈，一定程度上影响DO浓度，因而东部湖区Chl.a浓度受温度和DO影响. 北部湖区(颜圩)Chl.a浓度主要受营养盐浓度影响，受DO浓度等因子影响较弱，主要是由于北部湖区相对封闭，且周围养殖、农耕业相对发达，外源营养盐的排入对北区Chl.a浓度产生重大影响. 西部湖区同时受TN和DO浓度的影响，西部湖区周边也进行了一定程度开发，人工投饵与施肥等均会对该区营养盐状况产生影响. 同时，淮河从西区老子山附近入湖，湖流运动也会对该区藻类生长造成影响.图6 洪泽湖水质理化因子与各站点Chl.a浓度的CCA分析结果(yw：颜圩；gh：高湖；lh：临淮；sqn：洪泽湖区(宿迁南)；hab：洪泽湖区(淮安北)；hax：洪泽湖区(淮安西)；had：洪泽湖区(淮安东)；han：洪泽湖区(淮安南))Fig.6 Results of canonical correspondence analysis between water quality parameters and chlorophyll-a concentration in each water sampling site of Lake Hongze3 结论与讨论选取洪泽湖2012年12月至2013年11月水质监测数据，通过方差分析和CCA 统计分析归纳总结洪泽湖Chl.a浓度时空变化规律，并进一步探究其原因. 从时间维度上看，洪泽湖Chl.a浓度季节变化规律在不同湖区有所差异. 东部湖区Chl.a 浓度随季节变化曲线呈“双峰型”，北、西部湖区Chl.a浓度在春季保持平缓，夏季有所回落后上升，在秋季达到峰值. 从空间维度上看，3个湖区的Chl.a浓度变化在春、冬季均存在显著差异(P<0.05)，其余季节差异不显著. 全年月份和湖区站点Chl.a浓度与水质理化因子(COD、DO、TP、TN、温度)之间的CCA分析(图6)显示，不同月份和不同湖区Chl.a浓度与水质理化因子之间存在不同的响应关系. 从以上结论可以看出：1)洪泽湖是典型的过水性湖泊，东区包含过水通道，湖流运动较为剧烈，对藻类生长起到一定的抑制作用.2)洪泽湖北区营养盐水平和Chl.a浓度较高，多是由于上游城市汇水以及周围水产养殖、农耕施肥带来的过剩营养盐. 丰富的营养盐为藻类大量繁殖提供物质基础，因而造成北部湖区较为严重的水质污染.3)在洪泽湖藻类防控治理方面，应该充分考虑上游污水的截留减排以及控制周围农业、渔业的投饵施肥量，以降低湖区营养盐浓度，有效控制藻类生物量.致谢：感谢国家气象中心提供建模气象数据.4 参考文献[1] 郭劲松, 陈园, 李哲等. 三峡小江回水区叶绿素a季节变化及其同主要藻类的相互关系. 环境科学, 2011, 32(4): 976-981.[2] Ghadouani A，Smith REH. 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Based on the water quality monitoring data from December 2012 to November 2013, this paper is aimed to analyze the spatial-temporal variation characteristic of chlorophyll-a concentration in Lake Hongze and further to explore the relationship of chlorophyll-a concentration and other water quality factors. Firstly, from the statistical charts of series chlorophyll-a concentration from eight water sampling sites, the seasonal variation curve of eastern zone showed a bimodal in about March and August. However, the seasonal variation curve of chlorophyll-a concentration in the northern zone and western zone were different. The tendency of chlorophyll-a concentration in above two zones kept steady in spring, decreased in middle of summer and then increased to the summit in about September. There were significant differences among three zones in spring and winter, meanwhile, the difference of chlorophyll-a concentration in other two seasons was not significant. In spring and winter, the chlorophyll-a concentration in eastern zone was apparently lower than that of the other two zones, which was mainly due to its high liquidity and the frequent movement of lake currents. Moreover, because of a large amount of nutrients from the surrounding farmland and fish pond injecting into the southern zone, the chlorophyll-a concentration inthis zone was much higher than that of other zones. Finally, the canonical correspondence analysis between chlorophyll-a concentration and aquatic factors, including chemical oxygen demand, dissolved oxygen, total phosphorus, total nitrogen and temperature, was applied in the present research. The results revealed different response relationship existed in different months and locations. Therefore, reducing the polluted inflow from upstream, farm and fish pond was probably effective way to control algae biomass in Lake Hongze.Keywords：Chlorophyll-a; Lake Hongze; spatial-temporal variation; canonical correspondence analysisJ. Lake Sci.(湖泊科学)， 2016， 28(3)： 583-591DOI：10.18307/2016.0314©2016 by Journal of Lake Sciences* 国家重点基础研究发展计划“973”项目(2012CB417006)资助. 2015-03-05收稿；2015-09-01收修改稿. 齐凌艳(1988～)，女，博士研究生；E-mail：***************.** 通信作者；E-mail:*****************.cn.夏季和秋季3个湖区之间Chl.a浓度无显著差异(图3)，夏季浓度均值表现为东部湖区(13.64±11.84 μg/L)>北部湖区(7.45±6.86 μg/L)>西部湖区(5.93±2.37μg/L). 根据Chl.a浓度季节变化规律可知，东部湖区由于春季藻类生物量下降，种内竞争大大减弱，造成在夏季藻类快速增长，而北、西部湖区在夏季则是由于种内、种间竞争加剧造成生物量下降. 两者比较，东部湖区Chl.a浓度高于其他2个湖区. 秋季洪泽湖Chl.a浓度均值表现为北部湖区(29.75±40.85 μg/L)>西部湖区(10.04±4.72 μg/L)>东部湖区(7.84±3.60 μg/L). 北部湖区Chl.a浓度远高于其他两个湖区，其中颜圩站点在9月和11月分别出现Chl.a浓度极大值(104.9和48μg/L). 北部湖区由于引水条件较好以及水草丰富，水产养殖业迅猛发展，沿岸多为人工开挖鱼塘和围网养蟹池[14,25]，造成该区水污染严重，同时雨水冲刷引发农业和养殖业面源污染，造成水质富营养化水平较高(图4). TN和TP浓度分别达到1.76±1.66和0.14±0.12 mg/L. 丰富的营养盐条件促使藻类大规模生长暴发，造成北部湖区局部Chl.a浓度较高.典范对应分析(canonical correspondence analysis, CCA)提供了分析浮游植物群落与环境因子之间对应关系的工具[26]. 本研究进行全年月份和湖区站点Chl.a浓度与水质理化因子(化学需氧量、溶解氧、TP、TN、温度)之间的CCA分析，结果表明，两种CCA分析的轴1特征值均大于其余轴. 从浮游植物与环境因子之间的相关系数中，可以看到与轴1和轴2的相关性都较高(表2).洪泽湖12个月的Chl.a浓度都分布在主轴1和主轴2构成的4个象限内，这4个象限基本把研究区4个季节的Chl.a浓度分隔开. 第1象限内分布春初(3月)和秋季中旬(10月)的Chl.a浓度，与TN浓度表现为正相关；第2象限分布冬季(1、2月)和春季(4、5月)的Chl.a浓度，与TN/TP表现出正相关；第3象限分布秋季(9、11月)的Chl.a浓度，与COD表现出负相关；第4象限分布夏季(6、7、8月)的Chl.a浓度与TN、TP浓度表现出不同程度的正相关(图5). 以上结果证明，除秋季外，其余季节Chl.a浓度均受不同程度的营养盐浓度影响. 氮、磷营养盐是藻类生长不可或缺的元素，同时在一定程度上，温度升高能显著促进藻类对营养盐的吸收利用[27]，因此夏季Chl.a浓度表现为与TN浓度呈正相关. 春、冬两季大多数月份Chl.a浓度与TN/TP呈正相关，研究表明TN/TP对藻类的暴发性生长具有重要意义，是水中浮游植物营养结构特点的重要反映[28].洪泽湖3个湖区的站点可以较好地根据象限区分开，东部湖区站点(洪泽湖区(淮安。
YC湖区叶绿素a时空变化特征及影响因素分析
资源·环境·植保
YC 湖区叶绿素 a 时空变化特征及影响因素分析
谢茂嵘 刘 帅 吕 文 杨文晶 杨 惠 姜 宇 孙瑞瑞 蔡晓钰 杨金艳
（江苏省水文水资源勘测局苏州分局，江苏苏州 215011）
摘要 本研究基于 2021 年 YC 湖区水质逐月监测，分析了湖区生态系统响应参数（叶绿素 a）及氮、磷营养盐的
关键词 叶绿素 a；时空变化特征；生态系统；环境因子；多元逐步回归分析
中图分类号 X524
文献标识码 A
文章编号 1007-7731（2024）09-0077-07
Temporal and spatial characteristics of chlorophyll a and its influencing factors in YC Lake
安徽农学通报 2024 年 09 期 关环境因子的空间分布特征及相关性的研究还处 于 探索阶段。本研究通过对 2021 年 YC 湖区水质 进行监测，分析其各水质因子的年内变化趋势，探 究叶绿素 a 与相关环境因子的时空变化特征以及 其响应关系，为中小型浅水湖泊的治理提供参考。
1 材料与方法
1.1 监测站点布设 湖 体 水 域 总 面 积 为 117.4 km2，分 为 西 湖
和底层的混合水样，保温箱保存带回实验室分析水 质参数。实验室内用 Whatman GF/F、GF/C 玻璃纤
括 高 锰 酸 盐 指 数（CODMn）、TP、TN、Chl-a、氨 氮 （NH3-N）和 SD。
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谢茂嵘等：YC湖区叶绿素a时空变化特征及影响因素分析
1.3 数据分析 采用 Excel 软件处理湖区 21 个监测点位的逐月
水质监测数据，绘制叶绿素 a 与环境因子的时间变
太湖水深变化对氮磷浓度和叶绿素a浓度的影响
针对灌排调控的稻田排水中氮素浓度变化规律的研究成果，本次演示提出以 下建议：首先，应加强对稻田排水中氮素排放的监测与评估，明确不同因素对氮 素排放的影响程度，为灌排调控提供科学依据；其次，应大力发展节水灌溉技术 和排水调控措施，优化稻田水分管理，减少氮素排放；最后，应加强稻田生态环 境的保护与修复，合理利用水资源，提高稻田生产效益和生态环境质量。
为了探讨太湖水深变化对氮磷浓度和叶绿素a浓度的影响，本研究选择了太 湖流域的典型区域进行观测。观测时间跨度为2018年至2022年，每季度进行一次 采样和分析。水深采用水下机器人进行测量，氮磷浓度和叶绿素a浓度则通过水 样分析得出。数据来源主要包括太湖流域管理局、江苏省环境监测中心等。数据 处理方法包括统计分析和图表制作等。
同时，加强公众教育和科普宣传，提高公众环保意识和参与度，推动形成全 社会的环保共识。
展望未来，随着科技的不断进步和社会环保意识的增强，太湖水体磷控制目 标管理将迎来更多的发展机遇。未来的管理应更加注重科学化、精细化、系统化， 推动太湖生态环境的持续改善。通过实施一系列综合性的治理措施，我们有望实 现太湖水体中磷浓度的稳步下降，为太湖的可持续发展和生态文明建设奠定坚实 基础。
太湖水深变化对氮磷浓度和叶绿素a浓度的影响如下：
1、水深变化对氮磷浓度的影响
太湖水深的增加会导致氮磷浓度的降低。这是因为在较深的水域中，由于水 温、光照等条件的改变，藻类等浮游生物的数量减少，从而减少了氮磷等营养物 质的消耗量。此外，风浪引起的水体混合作用也会导致水体中的营养物质分布不 均，影响其浓度。
太湖，作为中国最大的内陆淡水湖之一，其水体质量对周边生态环境及人类 活动具有重要影响。近年来，太湖水体的磷浓度与赋存量呈现长期变化趋势，引 发了人们对未来磷控制目标管理的。
近40年来中国湖泊叶绿素a浓度的时空分异特征分析
近40年来中国湖泊叶绿素a浓度的时空分异特征分析武昭鑫;孔祥生;徐兆鹏;曾健;刘鑫【期刊名称】《海洋与湖沼》【年(卷),期】2024(55)2【摘要】随着经济社会快速发展,中国湖泊表现出不同程度的富营养化,湖泊生态正面临着严峻挑战。
叶绿素a是评价水体营养状态的重要指标,可以反映湖泊中浮游植物生物量情况。
基于Landsat系列数据集,对1986~2022年间中国范围内面积在10 km^(2)以上湖泊叶绿素a浓度分布状况进行研究,并对各区域叶绿素a浓度演变趋势进行分析,结果表明:(1)中国湖泊叶绿素a浓度存在地域性空间分布差异。
叶绿素a浓度分布整体呈现东南高,西北低的态势,大约69%的湖泊处于轻富营养化程度,中富营养化状态约占17%。
以35°N和100°E为分界线,各区域叶绿素a浓度随经纬度呈现出一定的变化规律。
(2)近40年间中国湖泊叶绿素a浓度年均值处于缓慢波动上升趋势,时间序列呈现先降低后升高,再降低的变化状态。
所有湖泊叶绿素a浓度显著上升的数量占比约为30%,显著下降的占比约为24.8%,变化不显著的约占45.2%。
整体变化较为稳定,变异系数处于中等波动水平以下,波动较大的区域位于青藏高原,东北地区和长江中下游的部分地区。
(3)各流域内湖泊叶绿素a浓度时空分异特征表现为:空间分布上,内陆流域和西南流域普遍较低,珠江流域和东南流域较高。
时间变化上,除了西南流域和内陆流域的湖泊叶绿素a浓度呈现下降趋势外,其他流域均为上升趋势。
中国湖泊叶绿素a浓度呈现出明显的地域性差异和时间变化趋势,这主要归因于地区气候、水文条件、土地利用以及人类活动变化等因素。
受温暖湿润气候和较强人类活动的影响,东南部地区的湖泊叶绿素a浓度相对较高。
西北部地区气温偏低,降水较少,湖泊叶绿素a浓度普遍较低。
近40年的时间尺度上,受城市化、工业化快速发展和全球气候变化的共同影响,中国整体湖泊叶绿素a浓度呈缓慢上升趋势。
应用MODIS监测太湖水体叶绿素a浓度季节变化研究
应用M ODIS 监测太湖水体叶绿素a浓度季节变化研究王世新,焦云清,周艺,祝令亚,阎福礼(中国科学院遥感应用研究所,北京10010)摘要:以太湖作为实验区,利用波段比值、差值和组合算法讨论了非成像及成像高光谱数据和叶绿素浓度相关性差异和敏感波段分布,在此基础上将不同时段的M ODIS 影像,不同空间分辨率的波段反射率与叶绿素a 浓度实测值进行相关分析,通过回归拟合建立并验证了不同季节的叶绿素a 浓度遥感监测模型,并应用模型计算出太湖水体叶绿素a 浓度的分布情况,对太湖水质变化进行了评价。
研究结果表明,M ODIS 影像在太湖的水质动态变化监测中是可用的。
关键词:M ODIS 影像;叶绿素a;季节变化;模型;太湖中图分类号:T P79 文献标识码:A 文章编号:1000-3177(2008)95-0047-07收稿日期:2007-04-25修订日期:2007-05-23基金项目:国家自然科学基金(40671141)、国家863项目(2006AA 06Z419)共同资助作者简介:王世新(1965~),男,山东人,研究员,主要进行环境遥感和灾害遥感监测研究。
太湖位于长江三角洲地区。
近年来太湖的富营养化问题,已经严重影响了太湖的环境质量。
作为富营养化的关键指标,用来表征藻类爆发程度的叶绿素a 浓度是量化水质状况的重要参数之一。
因此,快速、准确、高频率地监测水环境质量,预警藻类爆发,迫切需要采用各种高新技术,尤其是遥感技术来检测和监测水体叶绿素浓度的时空变化。
对于叶绿素浓度的定量遥感反演,国内外众多学者开展了大量工作,并建立了不同的光学遥感模型,如Thiem ann S.等利用实测光谱和IRS -1c 卫星数据对M ecklenbur g 湖的叶绿素浓度进行了探测[1];P.A.Brivio 等应用TM 影像对Garda 湖的叶绿素浓度变化进行了评价[2];疏小舟等应用OM IS -II 航空成像光谱对太湖叶绿素a 的浓度分布进行了估算[3]。
基于MERIS遥感图像的太湖叶绿素浓度反演
基于MERIS遥感图像的太湖叶绿素浓度反演王根深;王得玉【摘要】以太湖为试验区,基于MERIS遥感图像数据以及同步实测的太湖水质参数数据,应用归一化叶绿素指数算法(NDCI),对太湖水体叶绿素a浓度进行反演,得到了太湖区域的水体叶绿素a反演结果,并对反演结果进行了验证和分析.结果表明:归一化叶绿素指数反演算法能够精确地反演太湖区域的叶绿素a浓度值,模型的决定系数(R2)为0.8812,反演精度优于传统经验统计模型,可为今后更精确地反演内陆水体的叶绿素a浓度提供参考依据.%A novel index,normalized difference chlorophyll index(NDCI) was introduced in this study to invert the chlorophyll a(Chl.a) con-centration form MERIS remote sensing image and the data of water quality parameters of Taihu Lake,and the inversion results were verified and analyzed.The inversion results showed that normalized Difference chlorophyll Index could accurately reflect the chlorophyll a concentration in the Taihu Lake, the coefficient of decision was 0.8812, which was better than traditional empirical model,and provided a reference for the more ac-curate inversion of chlorophyll a concentration in inland water.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2017(045)030【总页数】4页(P71-74)【关键词】MERIS遥感图像;叶绿素a;归一化叶绿素指数反演算法;太湖【作者】王根深;王得玉【作者单位】南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003;南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003【正文语种】中文【中图分类】X87内陆水体，特别是位于经济发达、人口密集地区的湖泊和河口，一般受到人类活动影响较大，湖泊水污染和水体富营养程度日益加重。
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２０１１年 １月
光 谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖｏ ． １ Ｎ ． ， ｐ ３ — ４ １ ３ ， ｏ １ ｐ １ ６１ ０
Ｓ ｅｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒ ｌ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ Ａｎ ｌ ｓｓ ａｙ ｉ
Ｊ ｎ ａｙ，２ １ ａｕ ｒ ０１
中 图分 类 号 ： ３ ． ０４ ３ ４
太湖叶绿素 ａ 浓度反演 的精度 。
引 言
１ 数据获取与分析方法
叶绿素荧光特性是水体叶绿素浓度 、 初级 生产力和浮游 植物生理状 态 测量 的有效 指 标ｌ ］ １ 。浮 游植 物 在 ４ ０ ７ ０ ０ ～ ０ ｍ 太 阳光的激发下 ， ６ ３ｎｎ附近产 生明显 的峰值 ， 在 ８ ｒ 通常 被称 为太 阳激发 的叶绿素荧光峰 。 ９ ６ ， ｙｅ 和 Ｓ ｔ １６ 年 Ｔ ｌ ｒ ｍｉ Ｊ ｈ 对 自然水体上行辐射 的早 期测量发 现 了这个 荧光峰 的存 在 ， 之后 的几 十年 中，国外 已有众 多学者开展相 关研究 ，表明荧 光峰高度和荧光峰位置与叶绿素 ａ浓度有关ｌ 。国 内对水体 ４ ｊ 叶绿素荧光特征 的研究 起步较 晚 ，赵冬 至等Ｉ 分析 了渤海 ４ 叉 角藻赤潮反射光谱荧光峰的变化 ，又进一 步阐述 了多种赤 潮 和非赤潮 藻类 由于生理状态 的差异 ， 水体荧 光高度 与叶绿 素ａ 浓度的响应关 系不一 致 ； ０ ６年 ， 洪涛等 分析 了由 ２０ 段 于吉林查干湖水体 叶绿素 ａ 量全 年分布范 围较 小 ， 含 水体 光 谱 荧光峰位 置变化不够敏感 。
收 稿 日期 ：２０ —２２ 。 订 日期 ：２ １—３２ ０ ９１ —２ 修 ０ ００—９ ｔｉ Ｊ￣Ｎ Ｎ：国家科技重大专项 （Ｏ ９ ｘ０ ５ ７０ ６２ 和国防科技工业民用专项科研技术研究项 目（ ７ ０ ０ＫＪＡ０ Ａ１ ） Ｊ ！ ２ Ｏ Ｚ ７ ２—０ —） ０ Ｋ０ １０ — １ ２ ￣ｇ ｊ 作 者 简 介 ：李 莉 ，女 ，１８ ９ ３年 生 ，中 国科 学 院遥 感 应 用 研究 所研 究 实 习员 ｅｍａｌ ｉｇｓ １３ Ｃｒ － ｉ ｌ ｉ ６ ．Ｏ ：ｌｉ ＠ ｎ
采用美 国 Ｓ ＶＣ公司生产的 ＧＥ ５ ０型地物光谱测量 仪 ， Ｒ１０ 测
量光谱范 围为 ３ ０ ５ ｍ， 谱分辨 率为 ３ｎ ５ ￣１０ ０ｎ 光 ｍ，采样带 宽 １５ｎ ． ｍ，视场角为 ０ ３。 择晴朗天气 ， ．。 选 待船停稳水 面较
平静时测量 ，光谱测量仪距 离水面 １ｍ 左右 垂直 向下观测 ， 避开太 阳耀斑 以及船体 、测量者和仪器 阴影 的影 响 ， 每个采
太 湖不 同 叶绿 素 ａ浓度 水体 荧 光特 征 分析
李 莉 ，尹 球 ，巩彩兰。 许 华 ， ，陈利雄。
１ ．中国 科 学 院遥 感 应 用 研 究 所 ， 京 １０ ０ 北 ０１１
２ 上海市卫星遥感与测量应用中心， ． 上海 ２１０ ０１０
３ ．中国 科 学 院上 海 技 术 物 理 研 究 所 ，上 海 ２ ０ ８ ００３
摘
要
利用 ２ ０ ０８年太湖蓝藻爆发的 ５ —８月实测 的 ２ ７个站点水体光谱 反射率和水质参数 ，分析 了不 同叶
绿素 ａ 浓度等级下太湖水体光谱的荧 光特 征。 结果表 明， 荧光峰位置和荧光峰高度都与叶绿素浓度呈 显著正 相关 ， 且荧光峰峰值位置和半宽度与叶绿素 ａ 浓度 的拟合度要高于基线荧光峰高度和归一化荧 光峰高度 。 荧 光峰特性用于二类水体中高浓度 叶绿 素探测较传统 的蓝绿光 波段 比值有 很大 的改 进 ，而宽通道卫 星遥感所
行 归一 化处理作 为该 点的光谱反射值 。归一化反射 率计 算公
式 为
重的 ５ —８月份的水体反射光谱数 据 ， 分析太湖不同叶绿素 ａ
浓 度等级下水体光谱 的荧光峰 高度和位置变 化特征 ，以提高
Ｒ （ 一而 盟 ｗ
Ｊ４ ｏ ｏ
一
（） １
ｌ
（） ／４０ （ ） Ｊ ０ＬＲ ｌ
样点至少测量 １ Ｏ次 ， 除受 毛细波 的太 阳直射反 射等 因素 剔 影 响的数值异常 的曲线后取光谱 的平均值 。由于湖 面反 射光 谱测量 过程 中，太 阳光照条件 、 环境 影响 以及 观测角度 的变 化都会对反射率 的值产生影 响，为 了 Ｏ世纪 ８ 代 以来 ， 湖 ０年 太
水体富营养 化 日趋严重 ，频繁暴发蓝藻水 华 ， 非常典型 的 是 二类水 体。太湖水体 叶绿 素 ａ浓度 随季节变化 幅度 很大 ， 夏季特别是 蓝藻水华爆发 时叶绿素 ａ 浓度分 布直接影 响到水 体的光学特性 。本文以太湖为研究 区，通过实 测蓝藻爆发 严
行 比较 ， 对每条平均反射光谱选取 ４ ０ ０ ｍ波谱 范围进 ０ ￣９ ０ｎ
１ １ 数 据获 取 ．
２０ ０８年 ５月至 ８月 ，每月对 太湖 中均匀 分布 的用 ＧＰ Ｓ 定位的 ２ 个 固定经 纬度点 进行水 质采样 ，同步测量 水面反 ７ 射光谱 。其中采集 的水样 由实验 室按照 国家标准 （ Ｂ ８ ８ Ｇ ３ ３－ ２０） ０ ２分析 叶绿素 ａ 浓度 、 透明度等相关 水质参数 。光谱测量
第 １ 期
光谱学与光谱分析
ｌ７ ３
其 中 Ｌ （） 为波 长 处 的水体 辐亮度 ，Ｌ （ ） Ｒ 为相应 波 长处 的标 准参考板辐亮度 。
采用 的叶绿素浓度近红外红光波段 比值法本质上与归一化荧 光峰高度一 致。这 为今后进 一步利用 荧光特征
提高太湖叶绿素 ａ 浓度反演精度提供 了研 究基 础。 关键词 荧光特征 ；叶绿素 ａ 浓度 ；太湖 ； 波段 比值
文献标识码 ： Ａ Ｄ ：１． ９ ４ｊｉ ｎ １０ —５ ３ ２ １ ） １０ ３—５ ＯＩ ０ ３ ６／． ｓ． ０ ００ ９ （０ ０— １６０ ｓ １