水體浮游植物濃度原位分類測(cè)量方法研究與系統(tǒng)研制.pdf

1、水體富營(yíng)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(shí)在線分類測(cè)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(shí)在線分類測(cè)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(cè)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(shí)在線分類測(cè)量。 本文通過對(duì)16種淡水富營(yíng)養(yǎng)化優(yōu)勢(shì)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(cè)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(cè)量測(cè)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(cè)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(cè)量方法。對(duì)實(shí)驗(yàn)室配制的混合浮游植物樣品的測(cè)量結(jié)果證明了上述三種浮游植物分類測(cè)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(cè)量原理，本文進(jìn)一步提出了基于多波長(zhǎng)LED的浮游植物分類測(cè)量方法。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了以多波長(zhǎng)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(duì)浮游植物濃度的實(shí)時(shí)、在線的分類測(cè)量。文章詳細(xì)介紹了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路以及硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)室配制的浮游植物樣品測(cè)

4、量實(shí)驗(yàn)分析了系統(tǒng)的測(cè)量性能。 利用水下原位熒光儀系統(tǒng)對(duì)巢湖西半湖20個(gè)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(cè)量。同時(shí)以分光光度法和HPLC標(biāo)志色素法分別測(cè)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(cè)得各點(diǎn)總?cè)~綠素α濃度與分光光度法測(cè)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(cè)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