我国蓝藻水华遥感监测研究进展

近年来,蓝藻水华频繁暴发,成为备受关注的环境问题。遥感技术具有快速、大范围、动态的特点,在蓝藻水华监测中广泛应用。在总结我国蓝藻水华遥感监测研究成果的基础上,对现有研究中的数据源、研究方向进行了分析,对未来发展方向提出展望。     

蓝藻群体形成的影响因素研究进展

水体富营养化问题是我国乃至全世界严重的水环境问题,由此而产生的蓝藻水华引起了人们的密切关注。掌握蓝藻水华发生机理是控制蓝藻水华的关键因素之一。综述了生物因子以及非生物因子对蓝藻群体形成的影响,以进一步揭示蓝藻水华形成的机理,在蓝藻水华防治方面具有一定的现实意义。     

巢湖蓝藻水华分布特征和气象条件分析

[目的]研究巢湖蓝藻水华与气象条件之间的关系.[方法]利用卫星遥感监测信息和气象资料,统计分析2009 ～ 2013年巢湖蓝藻水华分布特征与其暴发期间主要气象要素特征.[结果]巢湖蓝藻水华5 ～11月均有分布,9、10月是巢湖蓝藻水华的主要暴发期,5、11月明显偏少;蓝藻水华主要分布在西半湖.适宜的气温、少雨、光照充足和风速偏小有利于蓝藻颗粒的上浮和积聚;适宜的温度条件下,蓝藻生长繁殖迅速.[结论]气温是巢湖蓝藻水华暴发的基本气象条件,不是水华暴发面积的关键气象条件,5d积温165.0℃·d可作为蓝藻暴发的上限;降水对水华有抑制作用;充足的日照是水华形成的必要条件;低风速(＜3.8 m/s)利于水华形成.     

基于Otsu算法的太湖蓝藻水华与水生植被遥感同步监测方法

蓝藻水华与水生植被在光学遥感影像上容易混淆,传统方法将太湖划分为藻型湖区和草型湖区进行分区监测,近年来太湖梅梁湖等蓝藻水华易发区域出现了大量的水生植物,分区的方法已无法满足蓝藻水华和水生植被遥感监测要求。基于光谱特征分析,采用蓝藻水华与水生植被指数(cyanobacteria and macrophytes index,简称CMI)判别蓝藻水华与水生植被水域,采用浮游藻类指数(floating algae index,简称FAI)识别蓝藻水华、浮叶/挺水植被与沉水植被,构建同步监测决策树,基于Otsu算法自动获取阈值,将中分辨率成像光增仪(MODIS)卫星影像分成湖水、蓝藻水华、沉水植被和浮叶/挺水植被几种类型。结果表明,分类结果较好,符合太湖不同地物类型实际分布情况;与相关研究HJ卫星影像东部湖区水生植被监测结果进行交叉检验,水生植被的空间分布基本一致,一致性检验结果显示,2种分类结果一致的像元比例为70.11%。实现蓝藻水华及水生植物的同步遥感监测,有助于精确评估蓝藻水华的实际强度和水生植被区范围,为富营养化湖泊的水环境管理和决策提供重要的科技支撑。     

蓝藻水华发生过程中细菌群落结构的动态变化

为探究养殖水体蓝藻水华从暴发到降解的整个过程中水体细菌群落的变化特征,于2015年5—7月在珠江水产研究所养殖基地进行为期8周的室内模拟试验,模拟养殖水体蓝藻水华从暴发到降解的整个过程,并采用高通量测序技术分析蓝藻水华发生过程中水体细菌群落的组成。结果表明,养殖水体细菌群落组成在蓝藻水华从暴发到降解的整个过程中发生了显著变化。拟杆菌门(Bacteroidetes)在水体中的比例随蓝藻水华的暴发而上升,随蓝藻水华的降解而下降;放线菌门(Actinobacteria)在水体中的比例随蓝藻水华的暴发及降解呈现一直下降的趋势;蓝藻水华衰败末期水体中的溶解氧几乎耗尽,隶属于厚壁菌门(Firmicutes)的厌氧菌嗜阳菌属(Heliophilum)在水体中的比例升高;试验期间养殖水体的细菌多样性,随蓝藻水华的暴发而降低,又随蓝藻水华的降解而升高。     

基于MODIS的2000～2013年巢湖蓝藻水华暴发时空分布特征

[目的]研究2000 ～2013年巢湖蓝藻水华暴发时空分布特征,为巢湖流域水环境的综合治理提供决策支持.[方法]利用2000～2013年长时间序列MODIS遥感影像数据计算归一化植被指数,着重分析巢湖蓝藻水华时空分布特征.[结果]巢湖蓝藻水华总体暴发频率较高,以小面积水华为主,大面积水华暴发具有偶然性.2010年起,蓝藻水华暴发频次和程度有增加趋势,其中2010年水华暴发程度最严重.2000 ～2013年巢湖蓝藻水华发生区域呈扩大趋势,发生时间呈延长趋势.4月就开始出现且伴有大面积水华暴发,7、8、10月是蓝藻暴发主要月份,9月份次之,11月明显减少;蓝藻水华先在西北湖区产生,逐渐向东部和中部蔓延,在高峰期覆盖至整个湖心区域,其中湖区南部、东南和东北沿岸是最后新增的水华区域.[结论]2000 ～2013年巢湖蓝藻水华总体暴发频率较高,发生时间呈延长趋势,发生面积呈扩大趋势.     

气象因子对巢湖水源地蓝藻水华暴发的影响

近年来,巢湖蓝藻水华频频暴发,位于巢湖东部的水源地亦出现严重的蓝藻水华,影响渔业以及周边人们生产生活用水安全等。巢湖是典型的富营养化浅水湖泊,营养盐浓度水平适宜蓝藻生长繁殖。在当前水质条件下,研究气象因子及其变化对蓝藻水华生消和迁移的影响具有重要意义。以巢湖2016年9月的实测数据为基础,构建三维水动力-水质模型,设置不同的气温、辐射、风速、风向的组合情景,对蓝藻水华进行模拟,并重点关注巢湖水源地。结果显示,入秋后,巢湖气温仍有利于蓝藻的生长。这种温暖晴好天气下,如持续小风且风向不利(西南风),中部出现的蓝藻水华,能够在3 d左右到达巢湖水源地。因此,在营养盐充足且温度较为适宜的季节,风速和风向是巢湖蓝藻水华预警的重要因子。     

湖泊蓝藻水华发生机理研究进展

蓝藻水华是富营养化湖泊常见的生态灾害,通过产生毒素、死亡分解时使水体缺氧和破坏正常的食物网威胁到饮用水安全、公众健康和景观,会造成严重的经济损失和社会问题,揭示其发生机理是进行防治的基础.综述了蓝藻水华发生机理的主要假说和证据,主要分为环境因子(营养盐、氮磷比、温度、微量元素、浮游动物牧食、水文和气象条件等)和生理生态特性(伪空泡、胶质鞘、CO2浓缩机制、适应低光强、贮藏营养物质、防晒、产毒素和固氮等)两个方面;评述了主要新理论,展望了今后的研究.到目前为止的研究表明寻找一两个关键因子并不能阐明蓝藻水华的发生机理.现存的理论或假说尽管已经在蓝藻水华的防治实践中产生重要作用,但仍然未能清楚地阐释其发生的客观规律.认为蓝藻水华是在各种环境因子(外因)的耦合驱动下,水华蓝藻由于其独特的生理生态特性(内因),产生巨大的生物量而在浮游植物群落中占绝对优势,在合适的水文气象条件下集聚于水表而形成.因此水华机理的研究应同时关注水华蓝藻的生理生态学规律和蓝藻水华发生的各种环境条件.不同环境因子协同影响水华蓝藻的不同生理生态特性的表达,从而影响水华的发生过程,将可能是以后研究的重点.蓝藻水华机理的研究在微观方面正趋向于应用分子生物学手段分析蓝藻生理过程,宏观方面则将广泛应用遥感遥测技术观测全湖蓝藻的变化规律.今后加强对水华蓝藻生理生态特性的基因表达与调控和环境多因子耦合作用于蓝藻水华过程的研究将有重要意义.蓝藻水华的机理研究包括现象、过程和原因3个层次的问题,通过大量的现象和过程的研究,不断揭示其发生过程中水华蓝藻的群落演替、种群发展、细胞活性和分子机理等变化规律,才能找到其发生的真正原因,为其防治提供理论依据和更好的治理措施.在蓝藻水华防治方面,控制营养盐和生态修复可能将是今后很长时间内最根本最有效和最具操作性的方法.     

饮用水源蓝藻水华的生物防治研究进展

综述了蓝藻水华生物防治的各种方法,提出了太湖饮用水源防治蓝藻水华的设想。     

溶藻细菌及其作用物质研究进展

随着全球气候变化和水体富营养化程度加剧，蓝藻水华已经成为一个世界性的环境问题。它不但对水生生态系统有许多负面影响，还会严重威胁人类的公共卫生安全。目前，蓝藻水华的治理技术主要包括物理法、化学法和生物法等。近年来，溶藻细菌作为一种新型蓝藻水华生物防治方法，由于其环境友好、作用特异受到广泛关注。目前，已经发现了很多溶藻菌，并开展了溶藻物质鉴定和溶藻作用机制研究。本文根据近十年来发表的文献，对溶藻细菌种类、溶藻物质作用机理的研究现状进行了归纳、总结，并对未来进一步研究和应用溶藻菌控制蓝藻水华的进行了展望。     

蓝藻爆发机理研究进展

湖泊富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题.研究蓝藻水华的形成机制,具有重要的生态和环境意义.对近20年来国内外对蓝藻的研究状况做一个总结,提出自己的一些看法.     

南江水库蓝藻水华应急处置前后浮游植物群落结构及环境因子变化

为了解实验室研发的应急处置对南江水库蓝藻水华的治理效果和在治理过程中的水质变动情况,我们分别对南江水库在修复前、中和后的水质和浮游植物群落结构的变化开展了研究。结果表明：修复后TN、TP浓度显著下降,优势种从修复前的唯一优势种水华束丝藻（Aphanizomenon flos-aquae）变化为修复后的鞘丝藻（Lyngbya）、水华束丝藻（Aphanizomenon flos-aquae）、巨颤藻（Oscillatoria princeps）、隐球藻（Aphanocapsa）以及尖针杆藻（Synedra acus）;浮游植物生物密度从修复前（39.2±0.52）×107 cells/L下降为修复后的（5.5±0.13）×107 cells/L;生物量从修复前（24.64±3.25）mg/L下降为修复后的（7.97±1.56）mg/L。Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数在修复前期显著低于修复中期（P<0.05）。冗余分析（RDA）表明水温（WT）、总磷（TP）是影响浮游植物的主要环境因子,其中总磷（TP）是蓝藻水华暴发的关键性因子。上述结果均表明该项应急处置能够大量削减水体中的氮、磷营养盐,降低叶绿素含量,在短期内对蓝藻水华的控制效果显著。     

红枫湖水质现状及水华防控措施

水华治理是一项重大水环境问题。水华的研究对生态和环境保护具有重要的意义。分析了红枫湖水华的水质现状,研究红枫湖水华的影响及危害,探讨红枫湖水华的防控措施,为水华的进一步防控提供依据。     

罗非鱼治理蓝藻水华研究

[目的]为有效控制蓝藻水华污染提供方法支持。[方法]通过现场设置围隔研究利用罗非鱼控制蓝藻水华污染的效果。[结果]投放罗非鱼后水体中蓝藻颗粒浓度在5d后下降到4．0×10^5／ml,而空白对照组（CK）蓝藻颗粒浓度基本维持在1×10^6／ml。与CK相比,投放罗非鱼组水体中亚硝酸氮下降迅速,4d后降低到0．02mg/L。罗非鱼对水体中硝酸氮和磷酸根的去除作用更为显著,分别在2d后和4d后降低到基苓检测不出。对于水体中氨氮的浓度,罗非鱼的影响则不明显。[结论]高密度投放罗非鱼能显著减少水体中的蓝藻,迅速降低水体中硝酸氮、亚硝酸氮和磷的含量。     

控根容器中春提前番茄需水规律研究

在控根容器春提前番茄栽培条件下,研究了苗期、初花期和结果期不同土壤水分条件下番茄的耗水量、产量、水分生产效率、产量与水分之间的函数关系以及水分调控对产量形成过程和形态生理指标的影响.结果表明:苗期、初花期和结果期的土壤水分分别保持在60%～95%、70%～90%和85%～90%时可实现高产、高效;番茄总产量与总耗水量之间呈二次抛物线关系,最佳灌水量为3 560.98m3/hm2;苗期水分过低不利于番茄果实的提早成熟,初花期水分亏缺使获得阶段产量最大值的时间延后,结果期水分亏缺使后期产量明显降低;在结果期,土壤水分亏缺影响更多的是表现在产量方面,形态指标差异不明显;土壤水分亏缺给植株带来较高光合速率和较高蒸腾速率,不利于有机物质形成.