用三维荧光光谱-平行因子分析法研究长江口南部有色溶解有机物荧光的季节变化

The southern Changjiang River Estuary has attracted considerable attention from marine scientists because it is a highly biologically active area and is biogeochemically significant.Moreover,land-ocean interactions strongly impact the estuary,and harmful algal blooms(HABs) frequently occur in the area.In October 2010 and May 2011,water samples of chromophoric dissolved organic matter(CDOM) were collected from the southern Changjiang River Estuary.Parallel factor analysis(PARAFAC) was used to assess the samples' CDOM composition using excitation-emission matrix(EEM) spectroscopy.Four components were identified:three were humic-like(C1,C2 and C3) and one was protein-like(C4).Analysis based on spatial and seasonal distributions,as well as relationships with salinity,Chl a and apparent oxygen utilization(AOU),revealed that terrestrial inputs had the most significant effect on the three humic-like Components C1,C2 and C3 in autumn.In spring,microbial processes and phytoplankton blooms were also important factors that impacted the three components.The protein-like Component C4 had autochthonous and allochthonous origins and likely represented a biologically labile component.CDOM in the southern Changjiang River Estuary was mostly affected by terrestrial inputs.Microbial processes and phytoplankton blooms were also important sources of CDOM,especially in spring.The fluorescence intensities of the four components were significantly higher in spring than in autumn.On average,C1,C2,C3,C4 and the total fluorescence intensity(TFI) in the surface,middle and bottom layers increased by123%–242%,105%–195%,167%–665%,483%–567% and 184%–245% in spring than in autumn,respectively.This finding corresponded with a Chl a concentration that was 16–20 times higher in spring than in autumn and an AOU that was two to four times lower in spring than in autumn.The humification index(HIX) was lower in spring that in autumn,and the fluorescence index(FI) was higher in spring than in autumn.This result indicated that the CDOM was labile and the biological activity was intense in spring.     

渤海有色溶解有机物的三维荧光光谱特征

本文采用三维荧光光谱(FEEMs)技术, 结合FEEMs特定光谱区荧光区域积分(FRI)法, 测定了2010年9月中旬渤海23个站位不同层次的有色溶解有机物(CDOM)样品, 以探讨渤海CDOM组分的水平和垂直分布特征以及控制因素。FEEMs的总累计积分和各荧光团的荧光区域积分比例可作为表征海域CDOM分布特征的一个良好指标, 且优于常规的单点荧光法。结果表明, 渤海CDOM中含有类腐殖质荧光团A、B、C, 类色氨酸荧光团M, 以及类酪氨酸荧光团N。从沿海至外海, CDOM总累计积分值不断减小。其中紫外区类腐殖质A的荧光区域积分比例无显著变化; 可见区陆源类腐殖质B的荧光区域积分比例也不断减小, 表明陆源输入为沿海区域CDOM的主要来源; 而可见区海源类腐殖质C、类蛋白质荧光团M、N的荧光区域积分比例和叶绿素浓度不断升高, 显示了生物活动的贡献。从层次来看, 沿海CDOM的总累计积分为: 表层>底层>中层; 而外海CDOM的总累计积分呈相反趋势。其中, 紫外区类腐殖质A的荧光区域积分比例在整个海域最小, 垂直分布无明显变化; 可见区陆源类腐殖质B的荧光区域积分比例与沿海CDOM总累计积分相一致; 可见区海源类腐殖质C、类蛋白质M和N的荧光区域积分比例与外海CDOM总累计积分相一致, 这反映了CDOM的垂直分布是由光化学反应、生物作用和沉积物再悬浮共同控制的特性。     

珠江口磨刀门溶解有机物CDOM 三维荧光光谱特征

采用三维荧光对珠江口磨刀门夏秋季有色溶解有机物(CDOM)时空变化进行研究,分析其组成及荧光强度。结果表明, CDOM 三维荧光峰谱包括 UV 类腐殖质 A、陆源 Vis 类腐殖质 C 和海源 Vis类腐殖质M,以及类蛋白质T。在入海过程中,其组成未发生变化,但其荧光强度随盐度增加逐渐减小,反映了CDOM主要来源是陆源,并且主要受海水物理稀释控制,是一种典型的保守混合行为。在定点站位涨落潮周期中, CDOM的荧光强度不仅受到海水稀释的作用,表层水体CDOM受到紫外线的光降解作用,同时中层水体CDOM受到浮游植物的影响,反映了盐度、紫外线强度、生物活动对CDOM具有的共同影响。     

莱州湾荧光溶解有机物的时空分布

利用三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)技术结合多元统计方法研究了莱州湾海域春季(2020年5月)和秋季(2020年10月)荧光溶解有机物(FDOM)的来源及时空分布特征。结果显示莱州湾海域FDOM由2类共4个荧光组分组成:C1、C4为类蛋白质组分,分别为色氨酸和酪氨酸; C2、C3为类腐殖质组分。并对各组分的来源及分布特征分析:春季FDOM分布主要受到陆源输入的影响,其中表层C1、C2、C3也受微生物活动影响。秋季表层C1、C2、C3分布受到陆源输入和浮游植物生产共同影响,秋季表层C4主要受生物现场生产影响,秋季底层C1、C2、C3主要受陆源输入影响,C4受陆源输入和浮游植物生产共同影响。各荧光组分在表层的季节性差异主要是由于春季部分FDOM经陆源输入后受偏南风作用,在莱州湾西部及南部海域扩散。FDOM在底层的季节性差异主要由于受到沉积物再悬浮的影响。HIX高值分布表明莱州湾西部和南部FDOM受陆源输入影响显著,BIX高值分布表明莱州湾远海FDOM受生物活动影响程度较高。总体上,陆源输入影响莱州湾FDOM分布的主要因素。     

海水有色可溶性有机物质荧光光谱的质量浓度响应

用自制的海水有色可溶性有机物(CDOM)干粉配制不同质量浓度的水溶液,研究其对三维荧光光谱(EEMS)和同步荧光光谱(SFS)的影响。结果表明:当CDOM质量浓度ρ≥62.5 mg/L时,其EEMS均为单一峰,随着质量浓度降低,激发和发射波长向短波长方向移动,这种波长移动变化与质量浓度的变化呈良好的线性相关关系;当ρ≤52.5 mg/L时,其三维荧光光谱显示3个峰。质量浓度在此范围内变化时,EEMS谱形基本不变。不同质量浓度CDOM水溶液的SFS显示,当质量浓度ρ≥150 mg/L时,随着质量浓度降低,激发和发射波长也向短波长方向移动,其谱形也发生变化;当ρ<150 mg/L时,激发和发射波长不发生漂移,谱形不变,荧光强度随质量浓度降低而降低。一定范围内CDOM质量浓度的变化会影响EEMS和SFS的谱形,从而影响EEMS和SFS法定性判定水体CDOM质量浓度的准确性。用EEMS和SFS法定性不同水体中的CDOM要考虑质量浓度的影响。     

海洋浮游植物三维荧光光谱的逐层分类方法研究

提出活体海洋浮游植物三维荧光光谱逐层分类法,将浮游植物区分为不同的"光谱类别"。选取中国近海常见的26种分属于甲藻、硅藻、黄藻、金藻、隐藻、绿藻、蓝藻的浮游植物,在室温20℃和3个光照条件下培养,在第3,6,9,12,15天测其三维荧光光谱。采用主成份分析结合非负最小二乘回归法(NNLSR),以浮游植物叶绿素a的发射峰680nm所对应的激发光谱作为第一特征谱以区分门类,以EX730谱作为硅藻的逐层分类的第二特征谱,SY350谱作为甲藻的第二特征谱,将实验所用9种硅藻和8种甲藻各划分为3个光谱类别;分析405个浮游植物混合物,门类识别正确率大于94%,光谱类别的识别正确率为75%,该方法可用于海洋浮游植物种群结构变化的快速宏观监测。     

高原湖泊溶解有机质的三维荧光光谱特性初步研究

提要近年来,荧光光谱技术被广泛应用于研究天然水体中溶解有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)的物理化学特性。为了理解高原湖泊中DOM的组成、荧光光谱特性及其在湖泊水体中的垂直分布情况,作者利用荧光发射光谱、三维荧光光谱研究云贵高原湖泊红枫湖和百花湖中的DOM。结果显示,高原湖泊DOM主要表现为类富里酸荧光,包括可见区和紫外区两种类型的荧光峰,各种天然水体中都有报道的类蛋白荧光在红枫湖DOM中并不明显,而在百花湖DOM中则有较强的类蛋白荧光。溶解有机质所含三种类型荧光峰(PeakA:紫外区类富里酸荧光峰;PeakB:可见区类富里酸荧光峰;PeakC:类蛋白荧光峰)的荧光强度与溶解有机碳之间没有明显的线性相关关系,可能与高原湖泊水体pH值、DOM在湖泊不同深度由于受到光降解、微生物降解等作用存在差异等因素有关。与有机质结构和成熟度有关的荧光峰比值r(A,C)在1.40—2.09范围内,红枫湖南湖、百花湖DOM样品的r(A,C)值随着水体深度有下降的趋势,而红枫湖北湖DOM的r(A,C)值则随着水体深度有较大起伏,揭示了高原湖泊水体中DOM的结构以及分布情况存在差异。另外,r(A,C)值与pH之间具有良好的正相关关系,其相关系数红枫湖南湖DOM为0.95,百花湖两个采样点DOM分别为0.67、0.75,而红枫湖北湖DOM则显示出一定的负相关性(R2=0.45)。     

三维荧光光谱技术在油气勘探中的应用

荧光光谱分析法对芳烃化合物具有独特的检测能力。而芳烃化合物是土壤、原油、烃源岩、油田水有机组分中的重要组成部分。通过对不同类型样品的三维荧光光谱图的分析,可以进行油油对比、油源对比、油气运聚方向分析、含油气系统划分、成藏研究、成熟度评价等石油地质研究工作,展现了三维荧光光谱技术在油气勘探中具有良好的应用前景.     

小波分析在活体浮游植物荧光光谱识别技术中的应用

选取db3小波函数,对分属7个门32个属的43种我国近海常见的优势藻种和赤潮藻种的3-D荧光光谱进行分解,提取小波分解后得到的第2,3层尺度分量作为荧光特征谱。再通过系统聚类的方法分别得到门类和属类层次上的标准谱。在此基础上,利用非负最小二乘法解析的多元线性回归方法建立了浮游植物荧光识别测定的技术。结果表明,利用db3小波函数分解并提取荧光光谱特征,从而在门类水平建立起来的标准谱库,对于单种藻样品的识别正确率平均为96.33%,对混合样品的识别正确率平均为84.27%。在属类水平上建立起来的标准谱库,对于单种藻样品的识别正确率平均为92.53%,对混合样品的识别正确率平均为69.60%。     

秋季胶州湾有色溶解有机物荧光特性研究及其来源分析

利用三维荧光光谱(EEMs)-平行因子分析(PARAFAC)技术研究了秋季胶州湾有色溶解有机物(CDOM)的荧光成分组成、分布特征及来源。PARAFAC模型解析出胶州湾CDOM由2类5个荧光组分组成,即类腐殖质成分C1(355nm/430nm)、C2(320nm/390nm)、C3(380nm/465nm)、C4(420(330)nm/505nm)及类蛋白质成分C5(280/325nm)。类腐殖质成分C1、C2、C3和C4的平面分布模式基本一致,呈现由近岸海域向湾中心海域逐渐减小的趋势,而类蛋白质成分C5则是由湾东北部近岸海域向西南部海域呈逐渐减小的趋势。分析表明,秋季胶州湾CDOM类腐殖质成分C1、C2、C3和C4的主要来源为陆源输入,而类蛋白质成分C5主要受城市排污的影响。系统聚类分析表明,以团岛南端和红岛西侧连线为界,所有采样站位被分为两类,分界线西部区域站位CDOM各荧光成分相对含量分别为C1:31.8%~35.5%,C2:30.3%~33.7%,C3:17.1%~20.2%,C4:4.5%~5.2%,C5:9.6%~12.5%;分界线东部区域站位CDOM各荧光成分相对含量分别为C1:30.6%~34.6%,C2:28.8%~32.7%,C3:17.0%~19.1%,C4:3.3%~4.8%,C5:12.1%~18.2%。西部区域CDOM具有较高的C4含量和较低的C5含量,大沽河等河流的陆源输入特征明显,而东部区域CDOM则具有较高的C5含量和较低的C4含量,反映该区域受城市排污影响显著。另外,秋季胶州湾CDOM的HIX范围为1.8~3.2之间,较小的腐殖化因子值反映了秋季胶州湾CDOM的腐殖化程度高较低,在环境中存在时间较短。     

大气粉尘气溶胶中铁氧化物的光谱分析

首次利用浸反射光谱装置（DRS）对中国大气粉法气溶胶中铁氧化物进行了研究，结果表明，在可见光范围，粉尘样品反射光谱的一阶导数曲线，在435nm和560nm对样品中的针铁矿和赤铁矿有识别指示意义，样品中铁的含量与赤铁矿和针铁矿的一阶导数峰值相关性良好，同时发现，红、登、黄3种颜色的反射率随样品中铁含量的增加而增加，而紫、绿、蓝3种颜色的反射率随样品中铁含量的增加而减少，这表明铁氧化在粉尘气溶胶对可见光的散射和吸收效应中扮演着重要的角色。     

三维数值模式用于海底摩擦系数的研究

本文讨论了在风暴潮和潮汐作用下海底摩擦力与平均流速的关系公式,即;利用湍流能量损耗理论得到了一个新的求拖曳系数C_b的公式;并且通过一个三维模式,在理想的矩形海区中计算了各种条件下的C_b分布。     

海藻叶面附着细菌群落生理特性与荧光原位杂交分析

实验对青岛沿海10月的石莼以及5月的石莼和裙带菜的叶面附着细菌群落进行了Biolog碳源利用实验,结果表明不同海藻表面的细菌群落碳源利用有较大的差异,且同一种海藻不同的采集时间其细菌群落也有较大的差异.荧光原位杂交方法表明采用EUB-fluo探针比SYBR-Green染色的效果要好; γ-Proteobacteria在不同海藻表面占据了较高的比例;裙带表面观察到了一些特异性链珠状细菌;石莼表面的细菌形态展示了较高的多样性.从海藻表面分离的优势菌落中分离到1株细菌,16SrDNA测序表明该序列与已知的Pseudoalteromonas16S rDNA序列的相似性为99.9%.本研究为海洋无环境公害防污材料的研究提供了一些新的思路.     

三维激光扫描技术在海岸线测绘中的应用

利用三维激光扫描技术对不易施测的海岸带进行激光扫描,可解决传统海岸线测绘中常出现的岸线难以分辨或者难以到达的问题,从而提高海岸线测绘的精确度和完整度。本文通过三维激光扫描技术采集激光点云数据构建高精度的数字高程模型来提取海岸线,并对数据结果进行精度分析比对,可获得符合要求的高精度海岸线和海岸带的三维模型,作业效率与测量精度也得到提高。该项技术完全可以应用于海岸线测绘,具有广阔的前景。     

辽东湾鲅鱼圈赤潮与环境因子分析

赤潮的发生是一个复杂的生态变化过程,赤潮藻的快速增殖不仅需要丰富的营养物质基础,适宜的物理环境条件亦是不可或缺的,是诸如水文、气象、物理、化学和生物因子综合作用的结果。辽东湾为我国北方海域赤潮最频繁海域。本文就1998年～2003年5月间发生在辽东湾的赤潮过程,从天气形势、水文气象环境动力因子的角度对赤潮的暴发进行分析研究与统计,得出了赤潮暴发的相似天气形势及水文气象环境动力因子的变化规律,试图探索其预报的可能性。并就2001年北海分局在鲅鱼圈监测到的赤潮水文、气象、物理、化学等环境因子数据,运用正交分析、聚类分析多元统计分析方法,分析了赤潮发生过程中环境因子的变化规律,试图寻找影响赤潮的主导因子与重要因子。     

渤海鱼类群落生物量指标时空格局的因子分析

渤海鱼类群落个体数指标时空格局的因子分析(朱鑫华,1996;朱鑫华等,1996)表明,在个体数量占优势的群落内,同一月份总鱼种数与第一主成分代表鱼种数成正相关。然而,由于鱼类群落内不同种间个体大小差异悬殊,加上同一鱼种的不同生活史阶段个体重量生长速率变化,导致群落个体数量特征分析多强调了小型种间的相互作用关系,而忽视了大型种,尤其是产卵群体的补充作用(Laevastu and Larkins,1981; Margalef,1979)。本文以生物量指标为目标变量,运用多元统计分析中的因子分析法,解析渤海鱼类群落指标一鱼种生物量生态密度(BED)时空分布格局,主要探讨群落结构时空格局易变性和稳定性,并以相隔10年的季度月资料比较分析,研究生态系统内群落演替动态过程间的相互关系(Ulanowicz and Platt,1985)。     

甲壳寡糖的研究与应用

甲壳质 ,又名甲壳素、几丁质 ,主要存在于虾、蟹、蛹及昆虫等动物外壳以及菌类、藻类植物的细胞壁中［１］。甲壳质及其衍生物具有良好的吸湿性、成膜性、气透性、降解性、生物相溶性、无毒副作用以及不污染环境的优良性质 ,广泛应用于环保、水处理、食品、化工、医药、纺织、造纸、烟草、农业、化妆品、印染、生物医学、酶制剂、保健品、金属回收及提取等许多行业中。甲壳质作为一种纯天然可再生的自然资源 ,开发及应用具有极其深远的意义。但是 ,甲壳质的高度不溶性质极大地限制了它的应用 ,必须对甲壳质进行化学深加工 ,进行结构修饰 ,或…     

埕岛油田海底管道安装应力计算方法的研究及应用

海底管道的施工质量直接关系到海底管道能否长久地安全运行。对施工期间各种环境荷载、施工荷载作用下的海底管道在力和变形进行计算,分析和监控、是确保底管道施工质量的不可缺少的重要手段。本文通过计算实例对浮拖法敷设海底管道安装计算分析的方法作了研究,并对胜利海洋石油开发公司与天津大学合作研究开发的涨底管道安装分析软件在胜利岛油田海底管道工程建设中的应用作了介绍。     

黄渤海夏季生物发光强度分布特征及其影响因素分析

机械刺激所致生物发光无论对于海洋生态学的研究还是对于水下目标探测均具有重要意义。本研究利用现场测量数据,首次定量化揭示了夏季黄渤海机械刺激所致生物发光强度的三维空间分布特征,并在此基础上,进一步结合同步测量的环境参数及浮游植物种群数据分析了其影响因素。主要结论包括：（1）夏季黄渤海机械刺激所致生物发光强度较强,其平均值约为4×10¹⁰photons/（s·L）,最大值约为2×10¹²photons/（s·L）,高值区主要出现在长江口附近海域;（2）夏季黄渤海机械刺激所致生物发光的物种以甲藻类浮游植物为主,在甲藻中,夜光藻对机械刺激所致生物发光强度的分布起着主要决定作用;（3）夏季黄渤海机械刺激所致生物发光的空间分布对温度、盐度及以叶绿素浓度为代表的总生物量的整体依赖性较低。