水體浮游植物濃度原位分類測量方法研究與系統(tǒng)研制.pdf

1、水體富營養(yǎng)化導(dǎo)致浮游植物過度增殖，形成“水華”和“赤潮”，嚴(yán)重危害人類健康和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展。浮游植物濃度實(shí)時在線分類測量是“水華”和“赤潮”預(yù)警的基礎(chǔ)。然而，目前尚缺少可用于浮游植物濃度實(shí)時在線分類測量的方法和設(shè)備。因此，本文研究了基于活體熒光光譜的浮游植物分類測量方法，在此基礎(chǔ)上研發(fā)了浮游植物水下原位熒光儀，實(shí)現(xiàn)了浮游植物濃度的實(shí)時在線分類測量。 本文通過對16種淡水富營養(yǎng)化優(yōu)勢浮游植物的活體三維熒光光譜和激發(fā)熒光光譜特征

2、的研究，將淡水浮游植物分成三種光譜組：藍(lán)色組、綠色組和褐色組。由于淡水浮游植物中絕大多數(shù)生成藻毒素的種類都屬于藍(lán)色組，因此該光譜分類方法實(shí)現(xiàn)了有毒浮游植物和無毒浮游植物的區(qū)分。 在浮游植物光譜分類的基礎(chǔ)上，本文提出了三種基于活體熒光光譜的浮游植物分類測量方法，分別是基于三維熒光光譜和PARAFAC模型的浮游植物分類測量測量方法，基于激發(fā)熒光光譜和多元線性回歸算法的浮游植物分類測量方法和基于特征激發(fā)熒光波段和多元線性回歸算法的浮

3、游植物分類測量方法。對實(shí)驗室配制的混合浮游植物樣品的測量結(jié)果證明了上述三種浮游植物分類測量方法的可行性。 根據(jù)特征激發(fā)熒光波段浮游植物分類測量原理，本文進(jìn)一步提出了基于多波長LED的浮游植物分類測量方法。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了以多波長LED陣列為激發(fā)光源的浮游植物水下原位熒光儀系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對浮游植物濃度的實(shí)時、在線的分類測量。文章詳細(xì)介紹了整個系統(tǒng)的設(shè)計思路以及硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計方案。同時，通過實(shí)驗室配制的浮游植物樣品測

4、量實(shí)驗分析了系統(tǒng)的測量性能。 利用水下原位熒光儀系統(tǒng)對巢湖西半湖20個點(diǎn)的總?cè)~綠素α濃度和三種光譜組葉綠素α濃度進(jìn)行了測量。同時以分光光度法和HPLC標(biāo)志色素法分別測量了上述各點(diǎn)水樣的總?cè)~綠素α濃度和三種光譜組葉綠素α濃度。結(jié)果表明，原位熒光儀測得各點(diǎn)總?cè)~綠素α濃度與分光光度法測量結(jié)果具有良好的線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.93861。原位熒光儀和HPLC標(biāo)志色素法測得的藍(lán)色組、綠色組和褐色組葉綠素α濃度值線性相關(guān)系數(shù)分別為0.7