太湖典型草、藻型湖区紫外辐射的衰减及影响因素分析

2004年4月通过野外原位观测和实验室测定相结合的方法对东太湖和梅梁湾典型草、藻型湖区紫外辐射光谱衰减及影响因素进行了研究。结果表明,320nm(UV-B)、380nm(UV-A)的衰减系数在6.33~19.59m-1、3.41~13.64m-1间变化,对应的1%表面光强穿透深度分别为0.24~0.73m、0.35~1.35m,到达湖面的99%UV-B辐射在0.5m左右表层水就衰减完毕,东太湖和梅梁湾紫外辐射衰减系数存在明显的湖区差异;溶解性有机碳(DOC)的浓度在6.60~17.17mg/L间变化,其均值为(9.99±2.48)mg/L;375nm波长处CDOM吸收系数为1.78~6.25m-1,均值为(3.70±1.10)m-1;在短波部分CDOM吸收与DOC浓度存在显著性相关,相关性大致随波长降低而增加,320nm处的线性关系式:ad320=0.885DOC 2.182;紫外辐射衰减主要受制于水体中的CDOM浓度,衰减系数与DOC浓度、CDOM吸收系数存在显著性相关,340nm处的关系式分别为:Kd340=0.82 1.05DOC、Kd340=1.98 1.49ad340。在太湖紫外辐射衰减还要受悬浮物和叶绿素a浓度的影响,衰减系数与DOC、叶绿素a和悬浮物浓度多元回归的结果明显要高于单独与DOC浓度或CDOM吸收系数的回归结果。     

模拟水流条件下初级生产力及光动力学参数

为探讨水动力作用及其他物理因子改变对湖泊初级生产力的影响 ,1999年 5月 8日～ 6月 2 4日在中国科学院太湖湖泊生态系统研究站大型生态实验槽内进行模拟水动力实验 ,分 3种水流状态 2种光强测定初级生产力及其他相关参数。分析了初级生产力、光合速率的垂直分布 ,光合速率随光强的变化 ,并借助光动力学模型拟合得到光动力学参数。结果表明 ,在静止状态下 ,当水表面光强大于 5 0 0μmol/ (m2 · s)时 ,0～ 0 .4 m处存在光抑制现象 ,最大初级生产力出现在 0 .4～ 0 .6 m,此后由于动力作用使水体悬浮物增加 ,改变了水下光照条件 ,致使最大初级生产力呈向上移动的趋势 ,出现在 0～ 0 .2 m间 ;光合速率在静止状态下随深度递减缓慢 ,而到大水流状态则递减极为迅速 ,大水流状态下的平均光合速率明显低于静止状态和小水流状态 ;基于 2种类型的光动力学模型进行非线性拟合得到的 P- I曲线相关性很好 ,2种模型模拟的结果比较接近 ,基本上能够反映太湖光合速率随光强变化的实际情况 ;在太湖这种大型浅水湖泊 ,水动力的作用使得水体中悬浮物增加 ,造成光强的迅速衰减 ,这可能会大大降低湖泊的初级生产过程     

不同风浪条件下太湖梅梁湾光合有效辐射的衰减

基于2003年7月12～17日在太湖梅梁湾进行的连续6d原位水下光场观测资料,分析了不同风浪条件下光合有效辐射(PAR)的衰减和真光层深度,探讨了影响水下光合有效辐射的主导因子.结果表明,整个观测期间向下PAR衰减系数为2.63～4.71·m^-1(均值为3.63±0.47·m^-1),对应的真光层深度为0.98～1.75m(均值为1.29±0.18m),显示1.5m以下深度浮游植物、沉水植物基本上无法获取足够的太阳光能进行光合作用.从小风浪到中风浪、大风浪向下PAR衰减系数分别是2.63、3.72和4.37·m^-1,衰减系数分别增加了41%、66%.透明度、PAR衰减系数、真光层深度与悬浮物浓度存在显著性线性相关,并且与悬浮物中无机颗粒物相关性最好,而与叶绿素a、脱镁叶绿素及溶解性有机碳相关性很低.多元逐步线性回归表明,叶绿素a和溶解性有机碳最先被剔除方程,说明在梅梁湾由于风浪扰动引起悬浮物浓度的改变是影响水下光场的主导因素.     

太湖梅梁湾水体中悬浮质及光谱的分布特征

在研究太湖梅梁湾水体中的悬浮质及水体中光谱分布时发现:总悬浮质中无机悬浮质含量与总悬浮质之间呈现明显的正比线形关系(R²=0.9724),而有机悬浮质与总悬浮质之间的正比线形关系较弱(R²=0.2921);在20cm处以下,总悬浮质中的藻类含量随着水深度的增加呈现下降的趋势,表面略低;有机悬浮质与叶绿素a的含量之间的线形关系较弱(R²=0.1344);光谱的分布特征是:在水体的表面,绿光最强,蓝光较强,而红光最弱;在150cm以下,红光最强,绿光较强,蓝光最弱。     

太湖梅梁湾水体悬浮颗粒物和CDOM的吸收特性

通过测定滤膜上悬浮颗粒物和过滤液中CDOM吸光度的方法计算得到太湖梅梁湾总颗粒物和CDOM的光谱吸收系数,并计算了各吸收组份的贡献份额以及吸收与PAR衰减的比值。总颗粒物的吸收系数从400 nm到600 nm大致呈下降趋势,到675nm附近由于叶绿素a的特征吸收会出现明显峰值,峰值高低随叶绿素a浓度的变化而变化,ap(440)在3.58~9.86 m-1间变化。非藻类颗粒物和CDOM的吸收随波长增加大致按指数规律下降,ad(440)和ag(440)的变化范围分别为2.23~7.07m-1和1.06~1.70 m-1。非藻类颗粒物在400~700 nm波段的指数函数斜率Sd的平均值为(10.91±0.62)μm-1;CDOM在280~500 nm波段指数函数斜率Sg的平均值为(15.52±0.49)μm-1。浮游藻类的光谱吸收表现为在440、675 nm附近存在两个明显的峰值,分别为(2.55±1.14)、(1.34±0.69)m-1。ap(440)与TSS、OSSI、SS均存在显著性正相关,而ad(440)则只与TSSI、SS有显著性相关,aph(440)只与OSS、Chla有显著性相关。CDOM吸收系数与DOC浓度没有显著正相关,但与Chla存在显著幂函数关系,浮游藻类降解产物是水体中CDOM的重要来源之一。水体中物质吸收主要以颗粒物为主,对总吸收的贡献率在70%以上,而颗粒物中又以非藻类颗粒物占主导,一般超过40%,总吸收对漫射衰减的贡献也在40%以上。     

太湖梅梁湾沿岸带水体生物学与光学特性

基于 1998～ 1999年周年 4季原位水下光场观测资料及中国科学院太湖湖泊生态系统研究站 1992～ 2 0 0 1年悬浮物、叶绿素 a、透明度长期历史观测资料分析了太湖梅梁湾沿岸带第 2号站点水体的生物学与光学特性 ,探讨了水下光合有效辐射(PAR)总量的日变化、垂直分布 ;光衰减系数的季节变化及光谱分布 ;影响光衰减系数的主要水色因子。结果表明 ,无论是 PAR还是光谱衰减系数其值都很高 ,其中 PAR衰减系数在 1.4 0～ 5 .30 / m间变化 ,均值为 2 .4 3± 0 .5 5 / m,秋季最大、夏季最小 ,真光层深度在 0 .87～ 3.2 9m间变化 ,均值为 1.98± 0 .4 1m;水下光谱在蓝光波段衰减最强烈 ,其次是红光、绿光 ,随着深度增加光谱成分出现绿移和红移现象 ,绿红光占得比例越来越大 ;光谱衰减系数随着波长的增加大致呈下降趋势 ,但在 6 70 nm附近有个峰值 ;基于线性相关分析发现在混浊的沿岸带水体中影响光衰减主要因子为水体中的悬浮物和有色可溶性有机物 ,叶绿素 a对 PAR衰减系数的贡献率只占到 1.5 9%～ 14 .2 1%。     

基于VGPM模型和MODIS数据估算梅梁湾浮游植物初级生产力

基于MODIS影像数据反演的2009年2月份至12月份太湖梅梁湾水域表面叶绿素a、悬浮物浓度以及水温数据,结合初级生产力垂向归纳模型(Vertically Generalized Production Model:VGPM)估算获得梅梁湾2009年逐月平均日初级生产力时空分布。结果表明,梅梁湾2009年年平均日初级生产力及逐月平均日初级生产力空间分布差异显著,呈现从湾内向湾口逐渐递减的趋势。时间序列分析显示,梅梁湾初级生产力季节差异显著,夏季>秋季>春季>冬季,全年初级生产力主要集中在夏季,占47.4%。通过分析VGPM模型中几个输入参数对初级生产力的影响,发现悬浮物浓度与标准化初级生产力存在显著负冥函数关系,反映沉积物再悬浮引起的悬浮物浓度增加能降低水体初级生产力。温度对初级生产力也有一定的调控与制约,与初级生产力呈现正相关趋势,在低于21℃的温度范围内与最大光合作用速率呈现正相关。     

太湖梅梁湾水体中紫外线状况及藻体内MAAs的检测

在对太湖梅梁湾水体中的紫外线状况以及藻体内MAAs的研究时发现：在一年的1～3月,紫外线与有效光合辐射的比值较低,而在7月较高,其余月份相对稳定;可溶性有机碳(Doc)的含量有明显的季节性变化;有色可溶性有机碳(CDOC)对紫外线的衰减作用较为明显;通过紫外分光光度计扫描和高效液相色谱方法对藻类研究时发现,藻体内有含量较高的MAAs类物质,主要为shinorine和porphyra-334。     

太湖梅梁湾浮游植物叶绿素a和初级生产力

1998年5月～1999年8月对太湖梅梁湾4站点进行了每季1次、为期1年的初级生产力及相关因子研究,分析了梅梁湾叶绿素a含量和初级生产力的时空分布特征．结果表明,梅梁湾的叶绿素a含量、初级生产力均存在明显的季节变化和空间差异,春、夏季浮游植物叶绿索a含量和初级生产力要比秋、冬季高,空间上位于污染严重的直湖港口6#点叶绿索a含量和初级生产力要高,并大致呈现从湾内向湾口递减的趋势;在春、夏、秋季光照较强时,初级生产力最大指值出现在水下20～50cm处。到冬季垂直差异不明显;10～30℃之间初级生产力基本上随温度的上升而呈指数增加趋势．浮游植物生物现存量与初级生产力存在显著的正相关．营养盐与初级生产力相关性变化很大．光照显著地影响初级生产力的日变化。春、夏季强光作用下表面光抑制现象比较明显．     

天目湖水环境与渔业生产及旅游发展的关系

根据2001年6月-2002年5月在天目湖进行的每月一次的全湖周年观测以及相关的历史资料,全面分析了天目湖水环境的演变趋势,发现天目湖水质下降极为明显,并且随着渔业生产和游客的逐年增加,呈现出加速恶化的趋势,水质恶化主要表现为蓝藻、绿藻迅速繁殖,感官质量下降.分析原因,主要是由于上游围湖养鱼、湖内放养及附近宾馆饭店排放出大量氮磷营养盐所致.针对当前天目湖水环境现状,提出了保护水源、改善水质的对策措施:(1)严格控制污染源;(2)退渔还湖,恢复水生植被;(3)调整养殖结构;(4)恢复植被,控制面源氮磷入湖量;(5)加强流域管理,确定水源保护地;(6)实施生态旅游.