目錄:北京易科泰生態(tài)技術有限公司>>水生態(tài)與藻類>>藻類培養(yǎng)與葉綠素熒光測量>> 水體富營養(yǎng)化在線觀測預報系統(tǒng)
水體富營養(yǎng)化(eutrophication)是指由于人類活動的影響,導致大量外源氮、磷等營養(yǎng)物質進入湖泊、河口、海灣等緩流水體,引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖,水體溶解氧量下降,水質惡化,魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。當總磷濃度超過0.1mg/l(如果磷是限制因素)或總氮濃度超過0.3mg/l(如果氮是限制因素)時,藻類會過量繁殖。經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)提出富營養(yǎng)湖的幾項指標量為:平均總磷濃度大于0.035mg/l;平均葉綠素濃度大于0.008mg/l;平均透明度小于3m。目前一般采用的指標是:水體中氮含量超過0.2-0.3ppm,生化需氧量大于10ppm,磷含量大于0.01-0.02ppm,pH值7-9的淡水中細菌總數(shù)每毫升超過10萬個,表征藻類數(shù)量的葉綠素-a含量大于10μmg/L。
水體富營養(yǎng)化在線觀測預報系統(tǒng)由藻類在線觀測模塊、氮磷在線觀測模塊、水體呼吸在線觀測模塊及污染源熒光示蹤儀組成,可在線監(jiān)測藻類濃度動態(tài)變化及生態(tài)生理狀況、總氮總磷及營養(yǎng)鹽動態(tài)變化、溶解氧動態(tài)變化及BOD等,并通過移動式熒光示蹤測量儀觀測分析藻類的空間分布狀況、熒光示蹤測量分析污染源分布和時空變化等,全面監(jiān)測和解析富營養(yǎng)化的時空動態(tài)變化及來源,即時作出預測預報及相應防治對策。
藻類在線觀測模塊采用葉綠素熒光技術(Technique of chlorophyll fluorescence)原理和葉綠素延遲熒光技術(Delayed fluorescence technique)原理。前者通過脈沖調制熒光方法(Pulse amplitude modulated (PAM)fluorescence methods),利用調制測量光、持續(xù)光化學光及飽和光閃激發(fā)葉綠素熒光,測量分析Ft、QY及OJIP等快速熒光參數(shù),以研究藻類及高等植物的光合生理生態(tài)和脅迫生理,如不同除藻劑及不同劑量的QY和OJIP變化,以便找出除藻劑zui低有效劑量及高效無污染除藻劑技術,其中Ft、OJIP固定面積(Fix-area,指OJIP曲線下面的面積)與藻類葉綠素濃度呈相關關系,經(jīng)校準可以測量藻類密度(藻類葉綠素濃度);延遲熒光是比快速熒光弱但持續(xù)時間更長的葉綠素熒光,浮游植物延遲熒光與活體藻類濃度相關,不同顏色藻類可以激發(fā)出不同的延遲熒光,依次可以區(qū)分不同藻類的濃度,達到定性、定量監(jiān)測藻類的目的。水體富營養(yǎng)化在線觀測預報系統(tǒng)使用*的實驗室濕化學分光光度法進行樣品分析,水體呼吸采用“間歇式”測量原理,集合了“開放式”(實時測量)和“封閉式”(測量簡單但精度差)的優(yōu)點,同時又克服了開放式測量時間解析度差、封閉式不能連續(xù)長時間測量等缺點,利用光纖熒光氧氣測量技術,在線測量觀測溶解氧及水體呼吸并可求出BOD等。
主要功能特點如下:
1. 可在線分類定量監(jiān)測藍藻和綠藻等其它藻類的動態(tài)變化
2. 在線監(jiān)測光譜性藻類的葉綠素熒光參數(shù)Ft、QY及OJIP-fix area,從而可全面分析藻類的光合生理狀況、脅迫狀況、生長狀況及濃度狀況
3. 在線分析總氮、總磷,并進一步監(jiān)測分析各組分包括磷酸鹽、氨氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮的動態(tài)變化
4. 在線監(jiān)測分析水體溶解氧變化、水體呼吸及BOD狀況
5. 各監(jiān)測模塊自由組合,又可獨立運行
6. 利用熒光示蹤技術,可追蹤污染源的空間分布狀況,可用于地表水污染狀況分布圖繪制、污染狀況監(jiān)測研究、污染源追蹤等
性能指標
1. 高靈敏度在線監(jiān)測廣譜藻類葉綠素熒光特性包括Ft、QY和OJIP-Fix area等,檢測極限達30ng Chl/l,可檢測出10 cells/ml的綠藻或100 cell/ml的藍藻。藍色(455nm)和紅色(630nm)雙色測量光,可選配其它波長測量光
2. 延遲熒光技術分類定量監(jiān)測藍藻、綠藻(包括綠藻、裸藻等)、硅藻(包括硅藻、金藻、黃藻等)和隱藻類4種藻類,可通過USB接口下載數(shù)據(jù)或通過網(wǎng)絡遠程數(shù)據(jù)下載和數(shù)據(jù)診斷
3. 在線測量監(jiān)測總磷、磷 酸鹽、總氮、氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的動態(tài)變化,超量程自動稀釋;標準檢測范圍:
a) 總磷:0-3ppm-200ppm-P
b) 總氮:0-5 ppm - 1000 ppm – N
c) 氨氮:0-0.2 ppm - 200 ppm - N-NH3
d) 硝 酸鹽+亞硝 酸鹽:0-5 ppm - 1000 ppm - N-NO3
e) 亞硝 酸鹽:0-0.05 ppm - 20 ppm - N-NO2
f) 磷酸鹽:0-0.2 ppm - 200 ppm - P-PO4
4. 營養(yǎng)鹽測量方式為循環(huán)順序測量,測量間隔程序可調
5. 具備試劑冷藏配置,試劑更換3-6周(取決于測量參數(shù)及方法等因素)
6. 內置時鐘和顯示屏,在線顯示和存儲數(shù)據(jù)包括日期、時間及測量值等
7. Mini型熒光光纖氧傳感器, Mini光纖氧探頭外徑2.8mm,內徑2.0mm,被覆有光隔離材料以避免生物自發(fā)光造成的干擾,因而可以測量藻類等(有葉綠素熒光)具有內部自發(fā)光的生物耗氧;零氧耗、高穩(wěn)定性,響應時間快于6秒(氣相測量);可測量液相和氣相氧濃度,測量范圍0-50%空氣氧、0 - 22.5 mg/L,測量極限0.15 %空氣氧、15 ppb溶解氧;氧濃度在線溫度補償,不受電磁信號干擾
8. 污染源熒光示蹤儀為帶參考光束的90度濾波式熒光儀,光源、檢測器內置用戶自定義設置的光學濾波器,多廣譜測量,適于葉綠素熒光和其它示蹤熒光如熒光素(光源465nm,檢測器530nm)、若丹明(光源530nm,檢測器580nm)等;測量單位:ppt,ppb,μg/l,μmol等,或者任意單位,靈敏度Chla 0.025μg/l
9. 防水級別:IP65
國內外應用狀況
藻類熒光技術應用于水體藻類監(jiān)測包括水華監(jiān)測預報及藻類生理生態(tài)和防治研究,近些年來在上得到越來越廣泛的重視和應用,成為評估水體生態(tài)系統(tǒng)的重要技術手段和研究領域,對水生態(tài)評估和研究具有劃時代意義。Dijkman等(1999)利用雙調制熒光儀可以檢測到100pM(皮摩爾濃度)葉綠素濃度的藻類。Vera Istvanovics 等(2005)利用延遲熒光技術對匈牙利Balaton湖浮游植物進行了持續(xù)在線監(jiān)測,結果表明延遲熒光數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)顯微鏡計數(shù)法及實驗室葉綠素濃度測量法具有*的吻合性,可以精確監(jiān)測不同藻類的濃度,檢測極限約為1μg Chl/l。Gabriel等(2006)以Ft作為藻類葉綠素濃度指標、QY(Fv/Fm)作為藻類光合效率指標,研究了哥倫比亞安第斯高山帶湖泊藻類動態(tài),結果顯示6月份深水層藻類葉綠素濃度高但光合效率低,而10月份水體循環(huán)期,藻類葉綠素濃度低但光合效率高,藻類光合效率并不依賴于生物量,而是與營養(yǎng)可獲得性及光輻射情況有關。2007年,*屆“葉綠素熒光技術與水科學”(Aquafluo 2007: chlorophyll fluorescence in aquatic sciences)會議在捷克召開;2010年,《Chlorophyll Fluorescence in Aquatic Sciences: Methods and Applications》(David J.Suggett等,2010)一書正式出版,該書全面介紹了熒光技術包括延遲熒光技術在水體藻類監(jiān)測、研究、水體生產(chǎn)力評估等方面方法、技術和應用等。
我國營養(yǎng)鹽測量監(jiān)測多采取采樣實驗室分析的方法(劉信安等,2005;李哲等,2009;),與實驗室分析相比,原地(in-situ)在線監(jiān)測具有即時(real-time)持續(xù)監(jiān)測動態(tài)變化等*的優(yōu)點,而且可以與藻類在線監(jiān)測等數(shù)據(jù)耦合分析,因此成為研究的熱點。歐盟于2007年啟動了WARMER 項目(Water Risk Management in EuRope),其目標為在海濱地帶及大江大湖區(qū)建立一個水質即時(real-time)監(jiān)測系統(tǒng),作為本項目的內容,Gunatilaka等(2009)利用原位監(jiān)測技術,對威尼斯瀉湖磷酸鹽、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮進行了監(jiān)測,監(jiān)測結果比起抽樣實驗室分析法(如每周或每月抽樣)更精確系統(tǒng)地反映了營養(yǎng)鹽的日變化、月變化等動態(tài)。
參考文獻:
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9. 劉信安、湛敏、馬艷娥,三峽庫區(qū)流域藻類生長與營養(yǎng)鹽吸收關系。環(huán)境科學,26(4):95-99,2005