易梅森,段洪濤,張玉超,馬榮華 (.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 20008；2.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,陜西 西安 7027)

浮游植物降解過(guò)程中的水體光學(xué)吸收特性變化研究

易梅森1,2,段洪濤1*,張玉超1,馬榮華1(1.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210008；2.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,陜西 西安 710127)

通過(guò)配制 3組不同濃度浮游植物,在室內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間(37d)降解實(shí)驗(yàn),分析水體光學(xué)吸收特性變化規(guī)律.結(jié)果表明:降解速度前 3d最快,25d后逐漸趨于穩(wěn)定;浮游植物色素吸收系數(shù)( aph)隨時(shí)間變化不斷減小趨勢(shì)明顯,在分解過(guò)程中不同波段aph(440)、aph(624)、aph(675)與葉綠素濃度(Cchl)顯著相關(guān)(R2＞0.5984,P＜0.05),懸浮顆粒物吸收系數(shù)ap(440)、ap(675)和總懸浮顆粒物濃度僅呈弱相關(guān)性(R2＜0.4613); 有色可溶性有機(jī)物CDOM構(gòu)成比較復(fù)雜且相對(duì)不穩(wěn)定,非藻類(lèi)顆粒物吸收系數(shù)ad(440)和光譜斜率Sd隨時(shí)間變化均呈現(xiàn)不規(guī)律性.另外,與太湖同期野外采樣點(diǎn)相比,室內(nèi)降解實(shí)驗(yàn)的總顆粒物和浮游藻類(lèi)色素吸收光譜更相似,Sd和Sg更大.通過(guò)研究浮游植物死亡分解過(guò)程中水體吸收特性的變化規(guī)律,有助于構(gòu)建高精度的黑水團(tuán)遙感監(jiān)測(cè)模型,及時(shí)掌握黑水團(tuán)信息.

浮游植物；黑水團(tuán)；降解；吸收特性

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,水體富營(yíng)養(yǎng)化引起的浮游植物水華頻繁發(fā)生,已成為世界性環(huán)境問(wèn)題[1].藻類(lèi)水華死亡分解過(guò)程中不僅分泌毒素,更大量消耗溶解氧[2],對(duì)水體產(chǎn)生嚴(yán)重危害[3].

我國(guó)大型富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊的藻類(lèi)水華治理還需要相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間[4],在這種前提下,浮游藻類(lèi)的遙感監(jiān)測(cè)和預(yù)警具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義,便于及時(shí)采取防治措施,減輕危害.固有光學(xué)特性作為遙感反演模型的先驗(yàn)知識(shí),是水色遙感研究的基礎(chǔ)[5].黑水團(tuán)是藻類(lèi)死亡分解過(guò)程中厭氧條件下形成的,要監(jiān)測(cè)黑水團(tuán),必須了解藻類(lèi)消亡過(guò)程中的水體固有光學(xué)特性,特別是藻類(lèi)分解過(guò)程中的吸收特性.吸收特性不隨入射光場(chǎng)分布和強(qiáng)度的變化而變化,很多國(guó)內(nèi)外學(xué)者都研究過(guò)各種水體的吸收特性或建立適合各自水體的遙感反演模型.藻類(lèi)分解影響有色可溶性有機(jī)物(CDOM)分布,并可能影響沿海水域的熱力分布,能潛在刺激哈德遜灣沿海水域的的生物量增長(zhǎng)

[6].很寬濃度范圍的湖泊 CDOM(ag(420)在0.68～11.13m-1)能夠通過(guò)高級(jí)陸地成像儀的算法來(lái)映射[7].藻類(lèi)降解是其污染環(huán)境的主要表現(xiàn)階段,具有重要的研究?jī)r(jià)值.藍(lán)藻厭氧分解會(huì)釋放大量有機(jī)污染物和營(yíng)養(yǎng)鹽,且污染強(qiáng)度隨藍(lán)藻密度增高而變大[8].另外,細(xì)菌是湖泊中活性磷增加的驅(qū)動(dòng)因素,藻類(lèi)降解是其重要來(lái)源[9].然而,對(duì)浮游植物降解過(guò)程中的水體吸收特性變化的研究還比較少,尤其是不同濃度條件下降解的對(duì)比研究.

本研究通過(guò)采集太湖中的浮游藻類(lèi)進(jìn)行室內(nèi)降解實(shí)驗(yàn),分析整個(gè)過(guò)程中不同濃度藻液的各種吸收系數(shù)和物質(zhì)變化的規(guī)律,并與同期太湖水體的吸收特性進(jìn)行比較,探討浮游藻類(lèi)降解對(duì)水體的影響,從而為遙感監(jiān)測(cè)藻類(lèi)水華乃至黑水團(tuán)現(xiàn)象奠定基礎(chǔ),具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[5].

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)布設(shè)

室內(nèi)實(shí)驗(yàn):2013年4月 3日于太湖梅梁灣,使用25號(hào)浮游植物生物網(wǎng)采集足夠多的浮游植物樣品,用去離子水沖洗3遍,以消除藻樣中營(yíng)養(yǎng)鹽等的影響,盡量保證實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有生長(zhǎng)而只有降解.再將藻液用去離子水配成1倍濃度、3倍濃度和4倍濃度的藻類(lèi)水樣,放入3個(gè)10L的棕色玻璃瓶,分別命名為樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ.將3個(gè)玻璃瓶置于室內(nèi),并用鋁箔紙將其包嚴(yán)(不封瓶口),使藻樣在室溫、黑暗的環(huán)境下培養(yǎng).4月3日為初始樣,分別于4月6日、4月9日、4月12日、4月15日、4月21日、4月27日、5月3日和5月9日進(jìn)行采樣;初期每3d一次,后期每6d一次,共計(jì)9次,合計(jì)37d.

野外實(shí)驗(yàn):2013年3月25日～3月31日在太湖進(jìn)行野外實(shí)驗(yàn),共采集水樣 30個(gè),用于與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比.

1.2 水質(zhì)參數(shù)的測(cè)定與計(jì)算

1.2.1 吸收系數(shù)的測(cè)定 顆粒物吸收采用定量濾膜方法進(jìn)行測(cè)定.總懸浮顆粒物吸收系數(shù)(ap)的測(cè)定,通過(guò)直徑47mm 的GF/F膜(孔徑0.7um)對(duì)水樣進(jìn)行過(guò)濾,在島津UV-2600紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量濾膜上顆粒物的吸光度,然后使用Cleveland等[10]提出的公式進(jìn)行放大因子校正,并計(jì)算得出 ap(λ).非色素顆粒物吸收系數(shù)(ad)的測(cè)定,采用Tassan等[11]提出的次氯酸鈉法將濾膜漂白15min左右,去除藻樣中的色素,然后按照測(cè)定ap的的方法,計(jì)算得出ad(λ).浮游藻類(lèi)色素的吸收系數(shù)(aph),只需將總懸浮顆粒物吸收系數(shù)與非色素顆粒物吸收系數(shù)線(xiàn)性相減,即 aph(λ)=ap(λ)-ad(λ).有色可溶性有機(jī)物(CDOM)吸收系數(shù)(ag)的測(cè)定,通過(guò)孔徑22μm的minipore膜對(duì)水樣進(jìn)行過(guò)濾,在 UV-2600上測(cè)量濾液的吸光度,然后根據(jù)Bricaud等[12]提出的方法對(duì)散射效應(yīng)進(jìn)行校正,并計(jì)算得到 ag(λ).另外,非色素顆粒物和 CDOM光譜斜率Sd、Sg的測(cè)定,采用最小二乘法對(duì)400～700nm波段在 Matlab中進(jìn)行非線(xiàn)性擬合, 計(jì)算得到.

1.2.2 物質(zhì)濃度的測(cè)定 葉綠素a濃度的測(cè)定,依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)GF/C膜(孔徑1.2um)對(duì)水樣過(guò)濾,然后使用反復(fù)凍融法進(jìn)行細(xì)胞破碎,用90%丙酮溶液提取葉綠素,依次測(cè)定 750,664,647,630nm 波長(zhǎng)處的吸光度,最后計(jì)算得出葉綠素 a的濃度.總懸浮顆粒物、有機(jī)和無(wú)機(jī)顆粒物濃度的測(cè)定,采用烘干稱(chēng)重法.溶解性有機(jī)碳(DOC)的測(cè)定,用燒過(guò)的GF/F膜對(duì)水樣進(jìn)行過(guò)濾,在1020型TOC儀對(duì)濾清液進(jìn)行測(cè)量.

2 結(jié)果與討論

2.1 浮游植物色素吸收系數(shù)(aph)

2.1.1 aph變化特征 樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所有9次采樣的浮游藻類(lèi)色素吸收光譜曲線(xiàn),顯示樣品Ⅰ＜Ⅱ＜Ⅲ(圖 1);但曲線(xiàn)的整體走勢(shì)基本一致,在440,675nm處由于葉綠素a的吸收而有一個(gè)明顯的峰值,在624nm處由于藻藍(lán)素的吸收而有一個(gè)小峰值,在480nm處附近由于胡蘿卜素的吸收而呈現(xiàn)肩狀,在550nm處由于各種色素的弱吸收而出現(xiàn)一個(gè)谷底值.這與在野外水體環(huán)境下監(jiān)測(cè)到的浮游植物色素曲線(xiàn)基本一致[13].440,675,624nm分別是浮游藻類(lèi)葉綠素和藻藍(lán)素的特征波長(zhǎng),各樣點(diǎn)不同特征波長(zhǎng)的 aph范圍和平均值如表1所示.

圖1 浮游藻類(lèi)色素吸收光譜曲線(xiàn)Fig.1 Absorption spectral curve of phytoplankton(a)樣品Ⅰ;(b)樣品Ⅱ;(c)樣品Ⅲ

表1 aph(440)、aph(624)、aph(675)的范圍和平均值Table 1 The scope and mean of aph(440)、aph(624)、aph(675)

樣品Ⅰ和Ⅱ的 aph隨時(shí)間變化而不斷減小的趨勢(shì)十分明顯(圖 2),這是由于藻類(lèi)色素的不斷降解造成的.樣品Ⅲ的 aph隨時(shí)間變化的整體趨勢(shì)減小,但是在第 4,13d有一個(gè)異常增高,可能是因?yàn)樵孱?lèi)依靠分解的養(yǎng)分而有部分的生長(zhǎng)[9].樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的 aph均在 25d后逐漸平緩,主要是由于浮游植物降解過(guò)程基本結(jié)束.野外樣點(diǎn)的aph平均值與樣品Ⅰ的第1d值很接近(表 1),因此樣品Ⅰ也可以看做是同等濃度野外浮游植物在室內(nèi)條件下的降解實(shí)驗(yàn).浮游藻類(lèi)色素比吸收系數(shù)均值為樣品Ⅱ＜Ⅲ＜Ⅰ,范圍則是Ⅱ＜Ⅰ＜Ⅲ,可見(jiàn)比吸收系數(shù)并不完全受藻液濃度影響.野外樣點(diǎn)的 a*ph(440)和 a*ph(675)范圍為 0.033～0.249,0.015～0.108,這與 Le 等[14]、Bricaud 等[15]的研究結(jié)果一致,野外樣點(diǎn)的比吸收系數(shù)均值則都比室內(nèi)實(shí)驗(yàn)小.

2.1.2 aph與物質(zhì)變化的關(guān)系 浮游藻類(lèi)色素吸收系數(shù)很大程度上依賴(lài)于葉綠素 a濃度(Cchl)[25-26].圖 3中,都呈現(xiàn)比較好的相關(guān)關(guān)系.樣品Ⅰ、Ⅱ的aph與Cchl的擬合度非常好,樣品Ⅲ的aph(440)、aph(624)、aph(675)均與 Cchl擬合度稍差.與同期太湖野外觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)律類(lèi)似,aph(675)均值與 Cchl也存在顯著相關(guān)(R2=0.77).另外,室內(nèi)aph(624)與 Cchl的顯著相關(guān)也體現(xiàn)了藍(lán)藻在浮游植物群落中的相對(duì)穩(wěn)定性和優(yōu)勢(shì)地位.

圖2 各樣品的aph(440)、aph(624)、aph(675)Fig.2 The variations among aph(440)、aph(624)and aph(675)

圖3 浮游藻類(lèi)色素吸收系數(shù)與葉綠素a濃度的關(guān)系Fig.3 Correlations between aph and concentration of chla

樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以及野外樣點(diǎn)的aph與有機(jī) 懸浮顆粒物濃度均不存在顯著相關(guān)性(R2＜0.4691),說(shuō)明降解過(guò)程中不僅生成浮游藻類(lèi)色素顆粒物,還有非色素有機(jī)顆粒物,從而對(duì)其產(chǎn)生影響.

2.2 非色素顆粒物吸收系數(shù)(ad)

2.2.1 ad變化特征 圖4分別為樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所有9次采樣的非色素顆粒物吸收光譜曲線(xiàn),很明顯,樣品Ⅰ＜Ⅱ＜Ⅲ.這是由于原始藻類(lèi)濃度越高,非色素顆粒物的來(lái)源也越多.ad曲線(xiàn)在 400～700nm不斷減小,于 700nm 后逐漸趨近于零,呈指數(shù)衰減形式;且波長(zhǎng)越短,吸收系數(shù)變化趨勢(shì)越大.

圖4 非色素顆粒物吸收光譜曲線(xiàn)Fig.4 Absorption spectral curve of non-algal particles(a)樣品Ⅰ;(b)樣品Ⅱ;(c)樣品Ⅲ

樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的ad(440)范圍分別為0.04～0.35,0.06～0.74,0.19～1.75m-1,均值分別為(0.16±0.11),(0.36±0.20),(0.52±0.50)m-1.樣品Ⅱ、Ⅲ的ad(440)最大值都在第 1d,樣品Ⅰ則出現(xiàn)在第37d(圖5).3組樣品的ad(440)均在前7d快速下降,于第7d達(dá)到最小值.第7～37d,ad(440)的變化呈現(xiàn)不規(guī)律性,主要是由于水華藍(lán)藻死亡分解過(guò)程中,不斷生成膠體與顆粒物,水樣中無(wú)機(jī)顆粒物存在降解釋放和聚集沉淀的動(dòng)態(tài)平衡,當(dāng)釋放速度＞沉淀速度,則 ad(440)增加,當(dāng)平衡向另一方向移動(dòng),則 ad(440)減少[16].另外,太湖野外樣點(diǎn) ad(440)范圍為 0.49～6.34m-1,均值為(2.69±1.64)m-1,遠(yuǎn)高于樣品Ⅲ.太湖水體外源較多,以無(wú)機(jī)顆粒物占主導(dǎo)[17];而室內(nèi)模擬水體由于藻液配置時(shí)反復(fù)洗滌,無(wú)機(jī)顆粒物主要靠藻類(lèi)分解產(chǎn)生,因此遠(yuǎn)低于太湖野外水體.

圖5 各樣品的ad(440)、SdFig.5 The ad(440) and Sd among samples

Sd體現(xiàn)了 ad隨波長(zhǎng)衰減的程度,其隨時(shí)間變化的不規(guī)律性也表明無(wú)機(jī)顆粒物動(dòng)態(tài)平衡的復(fù)雜性.樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的Sd均值分別為(0.020±0.008),(0.018±0.003),(0.019±0.004)nm-1,表明非色素顆粒物的降解速度并不受藻液濃度影響,太湖野外樣點(diǎn)的情況也證實(shí)了這一點(diǎn)(R2=0.0151).樣品Ⅰ、Ⅱ的 Sd在第 7d達(dá)到最高值,樣品Ⅲ則在第4d達(dá)到最高值.30個(gè)野外采樣點(diǎn)的 Sd均值為(0.014±0.001)nm-1,比室內(nèi)降解實(shí)驗(yàn)的Sd值均低.

2.2.2 ad與物質(zhì)變化的關(guān)系 非色素顆粒物包括無(wú)機(jī)顆粒物和非色素有機(jī)顆粒物,將ad(440)與無(wú)機(jī)懸浮顆粒物濃度(CSPIM)進(jìn)行相關(guān)性分析(圖6).樣品Ⅰ的ad(440)與CSPIM呈顯著相關(guān),樣品Ⅱ、Ⅲ的ad(440)與CSPIM不存在顯著相關(guān),而ad(440)對(duì)應(yīng)的是無(wú)機(jī)顆粒物和非色素有機(jī)顆粒物,CSPIM對(duì)應(yīng)的是無(wú)機(jī)顆粒物,這說(shuō)明原始低濃度藻液如樣品Ⅰ降解時(shí),非色素顆粒物以無(wú)機(jī)顆粒物為主,原始高濃度藻液如樣品Ⅱ、Ⅲ分解時(shí)伴有大量非色素有機(jī)顆粒物.野外樣點(diǎn)的浮游藻類(lèi)濃度與樣品Ⅰ第 1d相近,其 ad(440)與 CSPIM呈顯著相關(guān)(R2=0.57,P＜0.01).

圖6 非色素吸收系數(shù)與無(wú)機(jī)懸浮物濃度的關(guān)系Fig.6 Correlations between ad and concentration of inorganic suspended matter(a)樣品Ⅰ;(b)樣品Ⅱ;(c)樣品Ⅲ

2.3 總顆粒物吸收系數(shù)(ap)

2.3.1 ap特征變化 總顆粒物由浮游植物色素和非色素顆粒物共同組成.圖 7為樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 9次采樣的總顆粒物吸收光譜曲線(xiàn),相應(yīng)的吸收系數(shù)樣品Ⅰ＜Ⅱ＜Ⅲ,主要是由于高濃度藻液降解產(chǎn)生的顆粒物更多.曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)與浮游藻類(lèi)色素吸收光譜曲線(xiàn)相似,從間接表明樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的顆粒物構(gòu)成都比較均一[18-19],來(lái)源一致;但是相對(duì)于太湖野外采樣點(diǎn)(圖8),兩者ap有較大不同,主要差別在于440nm.太湖野外樣點(diǎn)ad(440)占ap(440)的 69%,無(wú)機(jī)顆粒物主導(dǎo);而室內(nèi)樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的 ad(440)只占ap(440)的24%、11%、10%,由浮游植物色素主導(dǎo).而浮游植物色素與非色素顆粒物曲線(xiàn)有較大的不同,最終導(dǎo)致室內(nèi) ap曲線(xiàn)與太湖野外水體的差異.

圖7 總顆粒物吸收光譜曲線(xiàn)Fig.7 Absorption spectral curve of total suspended particles(a)樣品Ⅰ;(b)樣品Ⅱ;(c)樣品Ⅲ

圖8 30個(gè)野外樣點(diǎn)的總顆粒物吸收光譜曲線(xiàn)Fig.8 Spectral curve of the 30field points’ ap

圖9 各樣品的ap(440)和ap(675)Fig.9 The ap(440)and ap(675)of each sample

樣品Ⅰ和Ⅱ的 ap隨時(shí)間推移而變小的趨勢(shì)比較明顯(圖9).在第 1d最高,25d后逐漸趨于平緩.樣品Ⅲ的 ap受高濃度的影響,規(guī)律不明顯,第4,13d異常增高.野外樣點(diǎn)的 ap(440)和 ap(675)范圍分別為 1.57～8.38 ,0.27～1.70m-1(表 2),平均值分別為(3.90±1.96),(0.69±0.37) m-1,界于樣品Ⅰ和Ⅱ之間.

表2 ap(440)、ap(675)的范圍和平均值Table 2 The variations and mean of ap(440)、ap(675)

2.3.2 ap與物質(zhì)變化的關(guān)系 樣品Ⅲ的ap(440)、ap(675)與總懸浮顆粒物濃度呈顯著相關(guān)(圖 10),樣品Ⅰ、Ⅱ的 ap(440)、ap(675)與總懸浮顆粒物濃度不存在顯著相關(guān).30個(gè)野外采樣點(diǎn)的ap(440)、ap(675)和總懸浮顆粒物濃度也僅呈弱相關(guān)性.這主要有兩點(diǎn)原因:一是由于測(cè)定 ap的GF/F膜孔徑比測(cè)定懸浮物的GF/C膜孔徑小,過(guò)濾后二者對(duì)應(yīng)的物質(zhì)有所不同;二是由于每個(gè)濾膜上無(wú)機(jī)物和有機(jī)物比例并不相同,也導(dǎo)致ap和總懸浮顆粒物濃度無(wú)法線(xiàn)性相關(guān).

圖10 總顆粒物吸收系數(shù)與總懸浮物濃度的關(guān)系(樣品Ⅲ)Fig.10 Correlations between ap and concentration of total suspended particulates(SampleⅢ)

2.4 CDOM吸收系數(shù)(ag)

2.4.1 ag變化特征 圖 11分別為樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 9次采樣的 CDOM 吸收光譜曲線(xiàn),與非色素顆粒物的光譜特征相似.曲線(xiàn)在 400～700nm不斷減小,至 700nm處逐漸趨近于零.樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的 ag均在第 1d最低,而后隨時(shí)間變化不規(guī)律,也體現(xiàn)了藍(lán)藻降解過(guò)程中生成CDOM的復(fù)雜性.

圖11 CDOM吸收光譜曲線(xiàn)Fig.11 Absorption spectral curve of CDOM(a)樣品Ⅰ;(b)樣品Ⅱ;(c)樣品Ⅲ

通常用 355,375,440nm波長(zhǎng)處的吸收系數(shù)來(lái)表現(xiàn)CDOM的濃度[20-21].藍(lán)藻降解是CDOM的重要來(lái)源[22],隨著降解進(jìn)行,樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的ag(440)均在前7d不斷增大.ag(440)在第7～37d高低交錯(cuò)變化,這是由于CDOM的相對(duì)不穩(wěn)定性造成[23].各樣品的ag(440)范圍分別為0.06～0.40, 0.06～0.49,0.07～0.73m-1,均值分別為(0.29±0.10),(0.29±0.12),(0.39±0.19)m-1.樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的 Sg均值分別為(0.015±0.006),(0.017±0.005),(0.016±0.004)nm-1.可見(jiàn),CDOM的含量和Sg并不完全由藻液濃度決定.太湖野外樣點(diǎn) ag(440)均值為(0.65±0.18)m-1,比室內(nèi)樣品都高;Sg為(0.013±0.002)nm-1,比室內(nèi)樣品均低.這是由于太湖中 CDOM 的來(lái)源復(fù)雜,除了水體中浮游植物本身降解外,還有外源徑流的補(bǔ)充[24].

圖12 各樣品的ag(440)、SgFig.12 The ag(440)and Sg of each sample

2.4.2 ag與物質(zhì)變化的關(guān)系 樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的 ag(440)與可溶性有機(jī)碳濃度(CDOC)以及 Cchl均不存在顯著相關(guān)性,可能是由于CDOM構(gòu)成的復(fù)雜性所影響[27].Sg與 ag(440)均呈顯著相關(guān)(圖13),也是由于藍(lán)藻降解是本試驗(yàn) CDOM 的唯一來(lái)源,說(shuō)明水樣中中腐植酸與灰黃酸關(guān)系穩(wěn)定[28-29].30個(gè)野外采樣點(diǎn)的 Sg均值為(0.013±0.002)nm-1,與樣品Ⅰ相近.

圖13 CDOM特征參數(shù)ag(440)與Sg的關(guān)系Fig.13 Correlations between ag(440) and Sg(a)樣品Ⅰ;(b)樣品Ⅱ;(c)樣品Ⅲ

3 結(jié)論

3.1 浮游藻類(lèi)降解速度前3d最快,25d后逐漸趨于穩(wěn)定.

3.2 由于藻類(lèi)色素的不斷降解,aph隨時(shí)間變化而不斷減小趨勢(shì)十分明顯;另外在分解階段 aph與葉綠素 a濃度高度相關(guān),而與有機(jī)懸浮物濃度不存在顯著相關(guān)性,說(shuō)明藻類(lèi)分解過(guò)程中產(chǎn)生了大量的非色素有機(jī)顆粒物.

3.3 樣品Ⅰ中非色素顆粒物吸收 ad(440)與CSPIM呈顯著相關(guān),而樣品Ⅱ、Ⅲ的ad(440)與CSPIM不存在顯著相關(guān),說(shuō)明低濃度藻液降解時(shí),非色素顆粒物以無(wú)機(jī)顆粒物為主,高濃度藻液分解時(shí)伴有大量非色素有機(jī)顆粒物.

3.4 ag(440)隨時(shí)間變化不規(guī)律,且與 CDOC、Cchl均不存在顯著相關(guān)性,體現(xiàn)了CDOM構(gòu)成的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性.

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致謝：本實(shí)驗(yàn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)由中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊—流域數(shù)據(jù)集成與模擬中心提供.

Variability of absorption of inherent optical properties (IOPs) in the presence of phytoplankton degradation.

YI Mei-sen1,2, DUAN Hong-tao1*, ZHANG Yu-chao1, MA Rong-hua1
(1.State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China；2.College of Urban and Environmental Science, Northwest University, Xi’an 710127, China). China Environmental Science, 2014,34(5)：1258～1267

We examine the long term (37days) changes in the optical dynamics of phytoplankton concentrations during senescence and degradation. The results show that: 1) The degradation rate is fastest in the first three days and optical properties reach a steady state after 25days; 2) A significant production of inorganic particulates are formed during the degradation process at higher concentrations of algal biomass; 3) The temporal dynamics between optical properties of phytoplankton (aph(440)、aph(624)、aph(675)) and chlorophyll concentrations (Cchl) were significantly correlated(R2＞0.5984,P＜0.05) while those of particulates (ap(440)、ap(675)) and total suspended particles concentrations were only weakly correlated(R2＜0.4613); The structure of CDOM is complex and relatively unstable while ad(440) and Sdchanged not regularly with time. The optical properties of the particulate fraction and phytoplankton measured in the degradation experiment was more similar than those measured in black water masses in Taihu Lake. Optical properties of dissolved components (Sdand Sg) were greater. These optical properties of the particulate and dissolved fractions provide needed information for algorithm development for remote sensing monitoring and modeling of these important phenomena.

phytoplankton；black water masses；degradation；absorption characteristics

X524

A

1000-6923(2014)05-1258-10

2013-08-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41171271,41171273,41101316);國(guó)家污染控制與管理重大專(zhuān)項(xiàng)(2012ZX07103-005)

? 責(zé)任作者, 副研究員, htduan@niglas.ac.cn

易梅森(1985-),男,湖北黃岡人,西北大學(xué)碩士研究生,研究方向?yàn)樗w光學(xué)特性研究.