调光生态膜促进植物生长的机理探讨

依据量子理论,叶绿素a,b吸收光波是量子化的。调光生态膜采用有机共轭分子分散到二维线性分子中,使有机共轭分子从生色团变为生荧团,能吸收太阳光中的紫外光和绿光而产生叶绿素a,b所需要的蓝光和红光,大大增加叶绿素a,b可吸收的光子数,从而加速了光合作用,促进植物生长。     

脱镁叶绿素对浮游植物吸收特性的影响

根据2007年6月期间对大连湾的调查数据,分析了脱镁叶绿素对浮游植物吸收特性的影响。由实测数据及相关文献推断出脱镁叶绿素蓝光和红光吸收峰分别位于412和670nm波段,并采用多元线性回归对脱镁叶绿素和叶绿素a的比吸收系数进行研究。结果表明,412nm波段脱镁叶绿素的比吸收系数远大于叶绿素a;440nm波段,叶绿素a的比吸收系数略大于脱镁叶绿素;670、675nm波段,叶绿素a的比吸收系数约为脱镁叶绿素的3倍。随脱镁叶绿素占色素总浓度比例的增大,浮游植物吸收曲线上蓝光吸收峰偏离440nm波段,逐渐向412nm波段靠近,并得到蓝光波段吸收峰的高度由脱镁叶绿素浓度决定,而红光波段吸收峰的高度由叶绿素a浓度决定。色素浓度与吸收系数进行乘幂函数拟合分析表明,412、440nm波段吸收系数与脱镁叶绿素浓度拟合相关性高于叶绿素a,而675nm波段相反。     

珠江口藻华水体总吸收系数的变化特性及高光谱反演模式

基于2007年8月海洋光学浮标在珠江口投放期间获得的近16天的实测生物光学数据, 对一次藻华过程中水体总吸收系数和水色光谱的变化特性及其相互关系进行了研究。结果表明, 藻华前后水体中非藻类物质尤其是有色溶解有机物在蓝光波段具有较强的吸收贡献, 而当藻华爆发时, 随着叶绿素a浓度的急剧增大, 浮游植物的吸收贡献明显增强; 各波段之间总吸收系数呈现出较好的线性相关关系, 吸收光谱蓝绿波段比值的变化对遥感反射率的光谱分布有重要的贡献; 据此建立了对水体总吸收系数反演的经验关系模型, 表现出较高的反演精度, 计算值与实测值之间相对偏差的均方根在可见光波段可控制在24%以内。     

海洋透光率仪的设计及其在初级生产力研究中的应用*

海洋浮游植物光合作用固碳在全球碳循环中扮演着极为重要的角色, 获取不同光衰减对应的海水深度, 对于采集水样用于海洋初级生产力的研究具有重要意义。本研究于国际上首次开发了无缆便携式海洋透光率仪, 特殊的光学结构设计和光谱滤光技术使得光谱响应在波段400~700nm范围内超过了同类海洋传感器, 特定光衰减下对应的深度误差小于0.5m。将本设备应用于南海中尺度涡旋初级生产力的研究中, 在采样率和自动化方面验证了仪器的便携性; 通过对涡旋中初级生产力的空间分布规律进行分析, 检验了仪器数据结果的可靠性。海洋透光率仪在价格、准确性、可靠度和操作的便携性上具有不可比拟的优势, 将在未来海洋生态环境的研究中发挥重要作用。     

黄东海海区浮游植物色素吸收系数与叶绿素a浓度关系研究

浮游植物色素吸收与叶绿素a浓度关系研究是水色遥感生物-光学算法开发的重要组成部分,我们利用HD200304航次和HD200309航次的测量数据,开发了色素吸收系数的波段关系模型(αφ(λ)-αφ(675))和色素吸收系数与叶绿素a浓度关系(αφ(λ)-αφ(675))模型,并在模型开发的基础上,利用叶绿素a浓度反演典型波段的色素吸收系数,效果良好。     

中肋骨条藻和东海原甲藻的散射特性

浮游藻类是海水中的重要组成成分,对其固有光学特性的研究有助于深入了解水体光学的辐射传输。在过去的30年中,大量的研究都集中在藻类吸收特性上,缺少对其散射特性的认识。本文利用分光光度计设计了在实验室中测量含颗粒水体散射和后向散射特性的方法,并利用标准球形颗粒对该方法的可行性进行验证,结果表明,在400~700 nm范围内,散射测量结果与理论值的一致性较好,最大误差小于3%,而后向散射测量结果在蓝紫光处的一致性较好,在近红外波段处有一定误差。运用这两种测量方法对东中国海常见的赤潮藻种中肋骨条藻Skeletonema costatum和东海原甲藻Prorocentrum donghaiense进行测量,结果显示:中肋骨条藻与东海原甲藻的散射系数幅值相近但谱形差异较大,前者随波长增加散射强度递减,后者则相反;在色素吸收较强的波段,两者散射强度均出现与其它波长位置变化趋势相反的情况,这主要是受细胞物质物理性质的影响。两者的后向散射差异较小,但可以看出其谱形受色素吸收的影响很大,在幅值上,东海原甲藻略高于中肋骨条藻,在550 nm处分别为0.001 74,0.001 43 m²/mg(以藻类叶绿素a浓度归一化),后向散射概率分别为1.104%和0.723%。     

赤潮水体红光波段反射光谱的模拟及形成机理

赤潮水体红光波段反射光谱中"荧光峰"的红移现象一直备受研究者的广泛关注。本文基于前向辐射传输模型,通过2011年7月9日在大连湾海域实测的赤潮水体吸收系数和后向散射系数模拟了弹性散射作用下的反射光谱,发现在未考虑叶绿素荧光的情况下,红光波段仍存在显著的反射峰,且随叶绿素浓度的增加,反射峰出现红移现象;加入叶绿素荧光后,模拟光谱红光波段反射峰的位置与高度出现不同程度的改变,与实测光谱的更接近;对比模拟光谱与实测光谱可确定,红光波段的反射峰由吸收、后向散射以及叶绿素荧光共同控制,而文献中通常提到的"荧光峰"红移实由浮游藻类红光波段的强吸收作用导致,与叶绿素荧光无关,因此反射峰红移的说法更为合理。     

用改进的乳白玻璃法测定藻类植物的活体吸收光谱

植物体通过叶绿素及胡萝卜素、藻色素等辅助色素吸收光能,进行光合作用。这些不同种类的色素,其物理化学性质各异(具有不同的吸收光谱等)。由于这些色素在光合作用中的重要作用,所以研究这些色素具有重要意义。尤其是对色素吸收光谱的研究更为重要。为了探明叶绿素及辅助色素在光合作用中的作     

叶绿素与海洋初级生产力

光合作用是植物在叶绿素的作用下,吸收阳光的能量,把二氧化碳和水同化为碳水化合物的过程。光合作用的强弱与叶绿素含量的多少密切相关。因此,有人就试图用叶绿素a的含量估算植物的光合作用强度,从而估算群落或生态系的初级生产力。这个问题在高等植物和小球藻中已经得到了比较满意的解决。Ryther和Yentsch(1957)开始用海水中的叶绿素     

强壮前沟藻Amphidinium carterae Hulburt生消过程中水体总吸收特性研究

基于2011年7月藻类培养实验期间的实测数据研究了强壮前沟藻Amphidinium carterae Hulburt生消过程中水体的总吸收特性。结果表明,强壮前沟藻本次培养周期共21天,前15天为生长期,之后进入消亡期;整个生消过程中水体吸收光谱变化明显,未见440nm 波段浮游藻类蓝光吸收峰,但675nm 波段红光吸收峰突出,消亡期总吸收系数的日变化明显大于生长期,总吸收系数与叶绿素浓度的时间序列变化趋势一致;总吸收系数的波段关系良好,但不同生长时期相同波段的拟合曲线存在显著差别,消亡期的拟合曲线普遍高于生长期,且整体看来随波长增加,两曲线逐渐接近,到667、678nm 波段时几乎重合;特征波段(440、675nm)的总吸收系数与叶绿素浓度存在较好的乘幂函数关系,拟合曲线与藻种的生长阶段有关,决定系数均在0.98以上。     

掺Ga对ZnO电子态密度和光学性质的影响

采用密度泛函理论下的第一性原理平面波赝势方法,研究了掺Ga对纤锌矿ZnO电子态密度和光学性质的影响.从晶体配位场理论分析了掺Ga前后ZnO的成键情况及态密度的变化.计算得到掺Ga后电子浓度为2.42×10²¹ cm^-3,ZnO的载流子浓度提高了10⁴倍.比较分析掺Ga前后ZnO的介电函数、复折射率、吸收光谱和反射光谱可得,ZnO光吸收边向高能端移动,光学带隙增大.在可见光区,ZnO光吸收系数与反射率减小,光透过率显著提高,使ZnO:Ga成为     

Characterization of the solar light field within the ocean mesopelagic zone based on radiative transfer simulations

The solar light field within the ocean from the sea surface to the bottom of the mesopelagic zone was simulated with a radiative transfer model that accounts for the presence of inelastic radiative processes associated with Raman scattering by water molecules, fluorescence of colored dissolved organic matter (CDOM), and fluorescence of chlorophyll-a contained in phytoplankton. The simulation results provide a comprehensive characterization of the ambient light field and apparent optical properties (AOPs) across the entire visible spectral range within the depth range 200–1000 m of the entire mesopelagic zone for varying chlorophyll-a concentration and seawater optical properties in the mixed surface layer of the ocean. With increasing depth in the mesopelagic zone, the solar irradiance is reduced by ~9–10 orders of magnitude and exhibits a major spectral maximum in the blue, typically centered around a light wavelength of 475 nm. In the green and red spectral regions, the light levels are significantly lower but still important owing to local generation of photons via inelastic processes, mostly Raman scattering and to a lesser extent CDOM fluorescence. The Raman scattering produces a distinct secondary maximum in irradiance spectra centered around 565 nm. Comparisons of our results with light produced by the radioactive decay of the unstable potassium isotope contained in sea salt (⁴⁰K) indicates that the solar irradiance dominates over the ⁴⁰K-produced irradiance within the majority of the mesopelagic zone for most scenarios considered in our simulations. The angular distribution of radiance indicates the dominance of downward propagation of light in the blue and approach to uniform distribution in the red throughout the mesopelagic zone. Below the approximate depth range 400–500 m, the shape of the angular distribution is nearly invariant with increasing depth in the green and red and varies weakly in the blue. The AOPs at any light wavelength also assume nearly constant values within the deeper portion of the mesopelagic zone. These results indicate that the mesopelagic light field reaches a nearly-asymptotic regime at depths exceeding ~400–500 m.     

海冰中侧向传播光衰减系数的解析验证

The attenuation of lateral propagating light(LPL) in sea ice was measured using an artificial light source in the Canadian Arctic during the 2007/2008 winter. The apparent attenuation coefficient μ(λ) for lateral propagating light was obtained from the measured logarithmic relative variation rate. In this study an analytical solution based on the strict optical theories is developed to validate the measured result. There is a good consistency between theoretical solution and measured data, by which a quite simple but very rigorous relationship among the light source, measurement geometry, and measured irradiance is established. The attenuation coefficients acquired by measurement and theory are the diffusion attenuation as an apparent optical property of ice, independent of the light source and shining condition. The attenuation ability of sea ice should be caused by the microstructure of sea ice, such as crystal size, ice density, brine volume, air inclusion, etc. It also includes the leak from both interfaces by directional scattering. It is verified that the measuring approach is operational and accurate to measure the attenuation of the LPL. The solution from this study did not tell the connection among the extinction and the inclusions of sea ice theoretically because of insufficient understanding.     

光纤传感腐蚀监测研究

通过化学、物理的方法用金属敏感膜取代光纤的原始包层监测海洋环境中金属结构物的腐蚀状况。通过腐蚀前后光功率的变化表征腐蚀的发生和发展。     

LED光色对欧洲舌齿鲈幼鱼抗氧化能力和消化能力的影响

作者利用循环水养殖实验系统,研究了红、绿、白、黄、蓝5种光色对欧洲舌齿鲈(Dicentrarchus labrax)幼鱼抗氧化能力和消化能力的影响。结果表明,红光组的欧洲舌齿鲈幼鱼超氧化物歧化酶(SOD)活力显著高于其他光色组(P0.05),而绿、白、黄和蓝光色组的SOD活力没有显著性差异;红光组的还原型谷胱甘肽(GSH)含量显著高于其他光色组(P0.05),绿、白光组与黄、蓝光组的GSH含量之间有显著性差异(P0.05);红光组过氧化氢酶(CAT)活力显著高于其他光色组(P0.05),白光组的CAT活力显著低于其他光色组(P0.05)。黄光组的胃蛋白酶活力显著高于红、绿、白光组(P0.05),绿光组的胃蛋白酶活力显著低于其他光色组(P0.05);红、绿、蓝光组的淀粉酶活力要显著高于白、黄光组(P0.05),红、绿、蓝光组的淀粉酶活力没有显著性差异,黄、白光组的淀粉酶活力没有显著性差异;白光组纤维素酶活力显著高于其他光色组(P0.05),绿光组的纤维素酶活力显著高于红、蓝光组(P0.05),黄光组的纤维素酶活力和绿、红、蓝光组没有显著性差异。因此,欧洲舌齿鲈在红光下养殖,其体内的抗氧化能力强,能有效应对氧化应激,而在黄光或红光下养殖其消化能力更强。     

光照、体长对强壮箭虫摄食强度和日粮的影响

在不同光照强度、光周期、光质下对强壮箭虫的摄食强度和日粮进行了研究.结果表明:光照强度、光周期和光质对强壮箭虫的摄食率均有极显著的影响.其中,光照强度与强壮箭虫摄食率的关系式为:Y=-5×10-7X2+0.0026X+1.0043.光强在2800lx时蒙古裸腹溞的摄食强度最高,为4.4 ind·d-1.光周期L∶D为12∶12时强壮箭虫对蒙古裸腹溞的摄食强度最高,在蓝光下强壮箭虫对蒙古裸腹溞的摄食强度和日粮均高于绿光组和黄光组.实验范围内,强壮箭虫的摄食强度与体长成正比,而日粮与体长成反比.     

The optical efficiency of flocs in shelf seas and estuaries

A correct understanding of the way in which light interacts with suspended particles is essential for quantitative interpretation of satellite visible band imagery of turbid shelf seas and estuaries. In this paper we describe new optical observations at 90 stations in the tidally energetic waters along the south and west coasts of Britain. The cross sectional area of the particles in suspension has been measured with a LISST laser diffraction instrument. Light scattering and absorption coefficients have been determined by applying Kirk’s method to radiometric measurements at 6 wavelengths. Results show that the scattering coefficient increases linearly with particle cross sectional area A per unit volume of water with a slope (scattering efficiency) of 1.96 (standard error 0.08) at 665 nm. Particle absorption coefficients a_P also increase with particle cross sectional area but at the most turbid stations, particle absorption per unit area (a_P/A) is observed to increase with the mean size of the particles in suspension. The particles are mostly mineral flocs which become more opaque as they grow larger and the photon path length through them increases. The implication of these results for remote sensing is that reflectance in the red part of the spectrum, which mainly depends on light scattering, is proportional to the cross sectional area of particles in suspension. Reflectance measurements in the green and blue parts of the spectrum, where particle absorption becomes more important, depend on the diameter of the particles as well as their cross sectional area. We show that simultaneous measurements of reflectance in the red and green parts of the spectrum can be used to derive both the area and size of the particles in suspension.     

基于浮标观测的东海赤潮高发区秋、冬季漫射衰减系数的反演

浮标测量的光学数据时间序列长、分辨率高, 能可靠地测量快速变化的漫射衰减系数(K_d)。东海赤潮高发区水体中的浮游植物生物量及悬浮泥沙含量存在较大的变化, 光学性质复杂。文章利用2013年9月至2014年1月的海洋光学浮标数据, 获得了该海域水体的表观光学特性, 基于K_d(490)与遥感反射比[R_rs(λ)]的相关关系建立了K_d(490)的经验算法, 并与已有7种反演算法进行了比较。结果表明, 该海域的K_d(λ)及R_rs(λ)具有显著的Ⅱ类水体光谱特征, 其中, K_d(490)的范围为0.01~4.31m^-1, 水体的浑浊程度变化大。K_d(490)与R_rs比值的相关性较好, 据此建立了以R_rs(650)/R_rs(510)、R_rs(555)/R_rs(510)作为自变量的K_d(490)双比值经验算法。将新建算法反演获得的K_d(490)与实测K_d(490)相比, 均方根误差、平均相对误差百分比和线性回归的决定系数分别为0.27m^-1、27.08%和0.77, 优于其他7种算法。算法精度的提高源于新建算法选择的R_rs能充分反映水体信息, 并适应水体组分的变化, 可为东海赤潮高发区K_d(490)的反演提供较好的选择, 并为海洋光学浮标在水体环境监测中的应用提供示例。     

光质对海带配子体生长发育影响的研究

以孢子水采苗的海带(Laminaria japonica)配子体为材料,研究了蓝光、绿光、红光对配子体生长,发育的影响.结果表明:蓝光对生长、发育的促进作用最大,绿光其次,红光对生长有促进作用,对发育的促进作用不大;在一定的光强范围内,配子体的生长速度都随着光强的提高而加快,当蓝光超过8001x、绿光超过16001x、...