东张水库蓝藻水华BP人工神经网络模型演算研究

本文以福建省福清市东张水库为例,采集2016—2017年间包含水华期间在内的共295组的水质(水温、pH、电导率、浊度、溶解氧)和气象(气温、风速)数据,以80%的数据进行模型演算,20%的数据进行模型验证,以叶绿素a浓度作为输出参数,应用BP人工神经网络模型进行演算。通过输入不同的参数组合,将结果与实际测定的叶绿素a值比较,挑选出最优的参数组合。结果表明,当以水温、溶解氧、电导率和气温作为组合变量输入时,输出的结果最优,输出数据的预测值与实测值拟合度R2为0. 83,均方根误差(RMSE)为0. 08μg/L,均方根-实测值标准偏差比(RSR)为0. 43,且模型稳定性较好。表明该参数组合作为输入参数建立的BP人工神经网络预警模型,有望未来用于预测东张水库富营养化的发生。     

三十六脚湖叶绿素a浓度人工神经网络模型演算研究

本文分析了平潭三十六脚湖2016年1月至2017年5月气象和水质历史数据,以环境因子作为输入参数,叶绿素a浓度作为输出参数,构建了BP人工神经网络模型。从历史样本数据中随机抽取80%的数据进行模型演算,剩下20%的数据作为测试数据进行检验。结果表明:以气温、电导率、水温3个指标为输入因子时,模型输出的叶绿素a浓度和监测数据的拟合度达到R~2=0.97,RMSE=0.05μg/L、RSR=0.17,误差较小。2019年3月13日至4月26日对三十六脚湖进行5次采样,将实测的叶绿素a浓度值与模型演算值进行对比分析,发现其标准偏差比RSR为0.24,实测值与演算值的偏离程度较小,精度达到期望值。该模型有望用于平潭三十六脚湖湖区叶绿素a浓度预测和水华预警,为水体富营养化防控提供参考。     

营养元素对海州湾藻类生长的影响

为了探讨营养元素对浮游植物尤其是赤潮藻类生长的影响,在海州湾近海海域采用5个圆柱形小网箱,分别一次性添加不同浓度的KH2PO4和NaNO3,诱发藻类生长的围隔实验。通过对藻类鉴定、水温、盐度、pH值和溶解氧、藻类密度、叶绿素a和营养盐（P和N）浓度的测定。结果显示：海州湾赤潮高发区浮游藻类12属19种,以弯角藻属（Eucampia）的短角弯角藻（Eucampia zoodiacus Ehrenberg）为优势种,约占整个藻类组成的80%。各实验组pH值和DO值,均有不同提高。随着KH2PO4和NaNO3浓度的增加,各实验组藻类密度和叶绿素a含量呈升高趋势,而P和N浓度逐渐降低。营养元素P和N是影响海洲湾近海岸藻类大规模增值的关键因子之一。     

海水贝、鱼、芦苇生态养殖系统中叶绿素a的变化

采用海水贝、鱼、芦苇生态养殖模式,维护系统生态平衡。通过检测系统内叶绿素a含量的变化,以监测系统中各池贝类规格、数量与叶绿素a的变化关系。结果表明,系统运行过程中,叶绿素a含量从上游向下游逐渐降低;成贝对叶绿素a的日消耗量为0.3μg/L·kg-1以上,种苗的日消耗量为0.2μg/L·kg-1左右;系统消耗叶绿素a的总量大于单细胞藻类自繁产生的叶绿素a量,鱼类与贝类养殖面积匹配不平衡。     

小球藻和亚心扁藻的超低温保存

实验采用两步法冷冻技术低温保存小球藻和亚心扁藻,通过冻存后再培养的生长情况的研究,检验两步法冷冻技术低温保存藻种的可行性。实验利用两种不同的抗冻剂对各藻类分别进行预处理、冷冻保存、解冻、再培养,测定相应波段的吸光光度值,以计算叶绿素a的含量,反映各藻类的生长情况。实验结果显示,各藻类经冻存后均有成活,但不同藻在经过不同抗冻剂处理后的生长速度有所不同。     

典型湖泊边缘区丰水期营养状态及其影响因子研究—以蚌湖为例

为探讨影响典型湖泊边缘区藻类生长的主要水质因子,于2011年7月测定了蚌湖的叶绿素a含量,并对其分布特征及相关性进行分析。结果表明,叶绿素a(Chl.a)浓度的变化范围为0.55～1.56mg/m3,表现出一定的空间差异性,以入湖口处和湖尾区最大。总氮(TN)为0.699～2.596mg/L,以湖尾区最高;总磷(TP)浓度整体较低,最大值仅为0.0318mg/L;N/P浓度比均大于30,表明蚌湖为磷限制性湖泊。根据修正的卡尔森营养状态指数,丰水期蚌湖均处于贫-中营养水平,其中湖尾区条件最适宜藻类繁殖。由相关性分析结果可知,TN、TP、pH、COD和NO-3-N为藻类生长的主要影响因子;其中,Chl.a含量与COD呈显著正相关,一定浓度范围内的COD增长会促进藻类生长繁殖;不同于国内大多数淡水湖泊,Chl.a含量与pH值呈显著负相关,主要原因是蚌湖水体碱度较高,大部分区域pH值超过了藻类生长的最适范围。     

藻类在线分析仪在海洋环境监测中的应用研究

利用藻类在线分析仪测定了3种不同微藻(盐藻、角毛藻、金藻)的荧光值,同时采用经典方法同步测定叶绿素a浓度和细胞密度。分析结果显示,荧光值与叶绿素a浓度、细胞密度具有显著的正相关关系。因此,利用藻类在线分析仪能够反映海水中微生物量的变化,也能够反映海水中叶绿素a浓度的变化。藻类在线分析仪的应用,能够及时掌握海水中生态环境的变化,为海域自然灾害的预警提供有力的科学依据。     

富藻养殖水体中金鱼藻和篦齿眼子菜的抑藻效果研究

夏季高温时,养殖水体水华现象频繁发生,给养殖业带来巨大的损失。常见水生植物释放的活性物质在低浓度下可以起到抑藻作用,对藻类调控具有重要意义。本研究采用实验室静态模拟方法,取养殖池塘暴发蓝藻水华的水体,与沉水植物金鱼藻(Ceratophyllum demersum)及篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)进行共培养,研究这2种沉水植物对养殖水华水体营养水平、藻类生长、藻类结构及浮游藻类生物多样性的影响。结果显示,金鱼藻和篦齿眼子菜可显著降低水华水体氮、磷等营养水平(P<0.05);金鱼藻和篦齿眼子菜可有效抑制水华蓝藻(Cyanobacteria)生长,尤其对颤藻和微囊藻(Microcystis sp.)效果显著(P<0.05),且篦齿眼子菜对水华蓝藻抑制效果更为显著。实验结束时,篦齿眼子菜培养组藻密度下降93.6%,生物量下降98.9%,叶绿素a含量下降60.5%;金鱼藻培养组藻密度下降72.5%,生物量下降86.8%,叶绿素a含量下降54.3%;金鱼藻和篦齿眼子菜的存在可促进养殖水体浮游藻类生物多样性增加,且金鱼藻提高浮游藻类生物多样性效果更显著。金鱼藻培养组浮游藻类生物多样性升高98.4%,篦齿眼子菜培养组浮游藻类生物多样性升高50.3%。本研究结果可为未来生态养殖提供理论依据和参考。     

红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)生长性状的遗传参数估计

通过人工受精的方法获得红鳍东方鲀8个半同胞家系(16个全同胞家系),共测量了790尾红鳍东方鲀8个半同胞家系(16个全同胞家系)135日龄和200日龄的体质量和体长。将135日龄生长性状作为协变量构建3个动物模型,模型(1)包含加性遗传效应、母本遗传效应和全同胞效应;模型(2)包含加性遗传效应和母本遗传效应;模型(3)包含加性遗传效应和全同胞效应。利用DMU软件,采用平均信息约束极大似然法估计各模型中性状的方差组分,用似然比检验法进行不同模型的差异检验。选择最优模型估计红鳍东方鲀200日龄生长性状的遗传参数。结果表明,母本遗传效应对200日龄红鳍东方鲀生长性状无显著影响,确定模型(3)为最优模型。200日龄红鳍东方鲀,体质量和体长的遗传力分别为0.16和0.14,全同胞效应比率分别为0.12和0.13。研究表明,红鳍东方鲀生长性状具备一定的选择潜力,应用家系选育方法能够获得较好的遗传进展。     

库克群岛海域海洋环境因子对沙氏刺鲅兼捕率的影响

为了减少沙氏刺鲅(Acanthocybium solandri)的兼捕率,文章利用2012年9月~2012年11月在南太平洋库克群岛海域延绳钓渔业调查数据(包括钓钩深度数据,温度、盐度和叶绿素a质量浓度垂直剖面数据,作业参数和渔获统计数据),采用逐步回归的方法建立钓钩预测深度计算模型,利用统计和聚类分析的方法分析沙氏刺鲅的兼捕率与水层和温度的关系,并根据沙氏刺鲅兼捕率最高的水层推断得出其兼捕率最高的盐度和叶绿素a质量浓度范围。结果表明,库克群岛附近海域沙氏刺鲅兼捕率最高的水层和温度分别为40.0~80.0 m和26.0~28.0℃,推断得出沙氏刺鲅兼捕率最高的盐度段为36.30~36.90,叶绿素a质量浓度为0.070~0.243μg·L~(-1)。建议把钓钩深度设置到80 m以深、水温低于26℃、盐度高于36.90、叶绿素a质量浓度高于0.243μg·L~(-1)以减少延绳钓渔业中沙氏刺鲅的兼捕率。     

汉江中下游硅藻水华研究进展与展望

汉江流域是多个引调水工程水源地,在国家水资源配置战略中具有重要地位,其水质安全问题一直备受关注。汉江中下游自1992年首次爆发水华以来,水华事件已累计发生10余次,给沿岸居民生产生活带来严重影响。本文系统调研了汉江水华相关研究进展,归纳分析了汉江中下游水华优势藻种及其生物学特性,统计分析了汉江中下游历次水华的发生特征,从营养盐、水文水动力、气象等条件方面归纳了现有研究成果中对于汉江中下游水华爆发成因的解释,总结了汉江中下游水华预测相关模型及水华可调控环境因子的阈值。当前汉江中下游水华防控面临新的挑战,未来仍需在环境因子对硅藻水华生消的影响机理、水华预测模型与方法、水华预警和抑制水华生态调度技术等方面继续开展深入研究。     

基于经验模态分解和最小二乘支持向量机的溶氧预测

养殖池塘中溶氧(DO)与鱼、蟹等水产品的生长有着十分密切的关系。为了提高DO的预测精度和有效性,提出了一种基于经验模态分解(EMD)和自适应扰动粒子群优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的组合预测模型。首先将DO时间序列通过EMD分解成若干分量,接着对各个分量进行相空间重构,在相空间中用LSSVM对各分量进行建模预测,并使用自适应扰动粒子群算法对LSSVM的超参数进行优化,采用单点迭代法进行多步预测。结果显示:该模型与单一LSSVM预测模型相比,具有良好的预测效果。预测未来4 h DO值时,各项性能指标误差均方根(RMSE)、平均相对误差均值(MAPE)和平均绝对误差(MAE)三项指标分别降低了13.4%、11.3%和1.8%;预测未来24 h DO值时,三项指标分别降低了12.9%、12.1%和2.7%。研究表明:该组合模型可有效提取DO序列特性,具有较高的预测精度和泛化性能。     

基于SWAT模型的旬河流域气候变化水文响应研究

径流量是体现流域水量特征的重要指标。旬河作为汉江上游的主要支流,其径流量变化直接关系到丹江口水库(南水北调中线工程水源地)的储水量。以历史时期(1995-2015年)旬河流域实测径流量数据为基础,选择驱动SWAT水文模型,定量探究旬河流域径流量对气候变化的响应。结果表明,校准期和验证期决定系数(R~2)分别为0.85和0.87,Nash-Sutteliffe效率系数(NSE)分别为0.85和0.84,SWAT水文模型对旬河流域径流量模拟结果良好。采用英国Hadley气候中心预测的未来气候模式RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5,对2036-2055年的气象数据进行4种未来气候情景模拟,发现在历史气候情景下,三季度降水量对全年径流量贡献度最大,且四季度的径流量对三季度的降水量存在一定滞后效应;在RCP8.5情景下,雨季将提前且持续周期延长。研究结果可为政策部门在水资源宏观调控、极端气候预防和防洪减灾等方面提供参考。     

漓江鱼类物种多样性及其演变态势研究

根据漓江30多年来三次较大规模水生生物自然资源调查的鱼类信息数据,按照内陆水域渔业自然资源调查的方法,利用数学统计法和多样性指数法分析历史与现状数据,在物种多样性层面上分析研究漓江鱼类多样性的特点及鱼类三十多年来多样性的变化趋势,并在多样性的层面上分析漓江鱼类日益枯竭的原因,为漓江水生态系统保护与修复提供科学依据。研究显示,漓江鱼类的物种多样性指数处于较高水平,但由于各种有害致危因素的叠加影响,漓江水生态系统呈现出亚健康状态,水生生物结构严重失调,鱼类自然资源日趋衰竭的态势严重,鱼类物种多样性下降趋势显著,保护与修复工作刻不容缓。     

三峡水库澎溪河库湾枝角类的种类组成与时空分布

为了解澎溪河枝角类的种类组成、时空分布特点以及三峡水库蓄水对库湾回水末端区域枝角类的影响,为防治三峡水库富营养化和水华发生提供基础资料,于2013年3月(春季)、6月(夏季)、9月(秋季)、12月(冬季)对澎溪河库湾6个断面(河口、双江、黄石、高阳、养鹿和渠口)的枝角类进行了调查。结果显示,4次采样共采集到枝角类7属、7种,透明溞(Daphnia hyalina)、简弧象鼻溞(Bosmina coregoni)、短尾秀体溞(Diaphanosoma brachyurum)为全年优势种,优势度值分别为0.330、0.128、0.034;受上游2个断面(养鹿和渠口)3月份枝角类的影响,澎溪河库湾春、夏、秋、冬枝角类密度(65.9、17.4、4.0、0.6个/L)呈递减趋势,生物量(20.6436、0.6772、0.1072、0.1469 mg/L)基本呈递减趋势;从下游至上游,澎溪河库湾河口、双江、黄石、高阳、养鹿、渠口采样断面枝角类密度(0.5、1.4、11.4、18.8、50.3、49.6个/L)和生物量(0.0348、0.0528、0.6230、1.1538、15.1529、15.3450 mg/L)呈递增趋势。     

澜沧江西藏段鱼类优先保护等级评价

由于澜沧江西藏段鱼类生存现状不清且历史资料缺乏不利于其渔业资源的保护与管理,因此,尽快开展澜沧江西藏段土著鱼类的保护等级评价尤为重要。本研究以2017-2019年澜沧江西藏段现场调查所获取的鱼类资源、生态习性、栖息地现状等数据为基础,结合文献资料,系统评价了澜沧江西藏段7种主要土著鱼类的优先保护等级。通过对珍稀性、物种价值和人为干扰3个一级评价指标,以及种型情况、分布范围、资源现状、生态价值、栖息地质量5个二级评价指标进行评价打分,基于各一级指标的权重汇总得到了各评价对象的优先保护综合评价值。结果显示:德钦纹胸[鱼兆](Glyptothorax deqinensis)的分值最高,为0.77,其次为细尾[鱼兆](Pareuchiloglanis gracilicaudata)和无斑褶[鱼兆](Pseudecheneis immaculatus),得分均为0.74,随后依次是裸腹叶须鱼(Ptychobarbus kaznakovi)0.60、前腹裸裂尻鱼(Schizopygopsis anteroventris)0.48、澜沧裂腹鱼(Schizothorax lantsangensis)0.37、光唇裂腹鱼(Schizothorax lissolabiatus)0.35。基于综合评价值,将德钦纹胸[鱼兆]、细尾[鱼兆]和无斑褶[鱼兆]列为一级优先保护鱼类,裸腹叶须鱼列为二级优先保护鱼类,前腹裸裂尻鱼列为三级优先保护鱼类,澜沧江裂腹鱼和光唇裂腹鱼列为四级优先保护鱼类。     

三峡水库支流拟多甲藻（Peridiniopsis sp.）

2009年和2010年对三峡水库支流童庄河回水区和长江干流水体理化和浮游植物进行了同步连续跟踪监测。结果表明,2010年童庄河回水区和长江干流氮磷含量较2009年有所升高,同一年份童庄河回水区和长江干流氮磷含量各有高低,但差别不大。2-3月,童庄河回水区拟多甲藻细胞密度呈逐步增加并达到高峰的变化,其优势地位可从2009年第十三位、2010年第九位逐步成为第一优势种类,并在2010年2月26日出现小范围水华。拟多甲藻水华最先出现在回水区尾端,随着时间推移,逐步向中下游发展,并形成大面积水华,在维持一段时间后消退。童庄河回水区拟多甲藻密度上游最高,从上游至下游,密度呈下降趋势。同期长江干流出现拟多甲藻的次数较少、密度较低,通常在回水区最低密度30.91%以下。分析认为,2-3月回水区更适合拟多甲藻生长,能否形成水华主要受水文因子影响。     

沅江与西江水系大眼华鳊的形态差异

为了探讨沅江和西江水系大眼华鳊（）的形态差异及分化程度,对两个水系5个种群的147个样本进行了测量,共获得9个可量性状和21个框架性状,通过多元分析方法进行了比较。Friedman非参数检验的结果显示,5个种群间的体侧各部分面积存在显著性差异（<0.01）。聚类分析将5个种群分为三支,其中西江两个种群为一支,沅江干流和沅江锦江种群为一支,沅江清水江种群单独为一支。主成分分析共提取出6个主成分,对总方差的累计贡献率为81.93%,贡献率大的性状集中在尾柄部、头部和躯干前部。判别分析筛选出头部和尾柄部的10个性状,分别建立了5个种群的判别函数,判别成功率在92%~100%。3种多元分析方法从框架形态差异上将沅江和西江水系大眼华鳊的种群有效区分开来,为5个种群的形态差异及资源评价提供了基础资料。     

基于SWAT模型的平原河湖水网区小流域径流过程模拟

模拟湖北省松滋市小南海流域径流过程,为未来运用SWAT模型诊断小南海流域面源污染问题提供技术支撑。小南海流域地处洞庭湖生态经济区最上游,是洞庭湖上游重要的生态涵养地。流域处于山地丘陵地区与平原河湖地区的交界地段,上游地区为山地丘陵区,下游地区为平原河湖区,水系结构和产流汇流过程较为复杂。该流域内无水文站点,水文资料缺失。选择了洞庭湖流域、鄱阳湖流域与梁子湖流域3个相似流域运用SWAT模型时所采用的水文参数,运用参数移植法确定了小南海流域的水文参数;对比基于DEM直接定义水系、使用Burn In功能对河网进行修正和Pre-defined streams预定义水系3种水系定义方法,选择最适合的Pre-defined streams方法按照现状进行水文模拟。模型划分了25个子流域,验证结果表明确定系数R~2与Nash-Sutcliffe效率系数E_(ns)均大于0.85,表明使用水系预定义法及参数移植法的SWAT模型模拟小南海流域径流过程是可行的。     

光照强度对香溪河水华类型影响的模拟实验

探究光照强度对小球藻生长的影响,为香溪河水华预测提供理论依据。小球藻藻种为香溪河河水中平板分裂后逐步纯化所得。培养箱为40 L的方形塑料箱,四周用遮光布严实包裹。培养液30 L。培养液为用放置24 h后的自来水稀释25倍后的BG-11标准培养基,磷浓度0.285 mg/L,氮浓度9.48 mg/L,p H值7.3~7.8。恒温加热棒控制水温24℃。以平行布置的8根日光灯管作为光源,开关不同数量的日光灯管设定光强梯度,光照梯度为0、800、1 500、2 400、3 200、4 500、6 000 lx。采用电磁式真空泵曝气,曝气比率设置为10%。设置2组平行实验,每个培养箱中加入处理后的藻液10 m L。实验过程为期12d,每天上午8∶00取样,监测指标为光密度、叶绿素a、溶解性总磷、溶解性总氮。结果表明,光照强度在800~1 500 lx时易发生长周期的绿藻水华,绿藻水华转变为蓝藻水华的可能性低;3 200~4 500 lx时易发生短周期的绿藻水华;6 000 lx时发生蓝藻水华的风险很大。香溪河在光照强度小于3 200 lx时不必做蓝藻水华防御措施;光照强度大于4 500 lx时,需提前做适当的蓝藻水华防御措施。