检索历史 清除

摘要浮游植物初级生产力是浮游植物通过光合作用吸收CO2合成有机物的能力，是水生生态系统物质和能量的基础。浮游植物初级生产力的测量常采取采样、培养和实验室分析的模式，测量周期长，成本高，实现浮游植物初级生产力的快速准确测量对水体承载能力评估、水体质量评价、海洋气候变迁研究等有着重要的科学意义与应用价值。<br>　　叶绿素荧光动力学法可实现浮游植物初级生产力的快速测量，然而仪器状态、环境条件以及模型参数设定将影响测量结果准确性。本文以不同门类藻种为测量对象，研究了基于荧光动力学法的浮游植物初级生产力准确测量校正方法，设计了浮游植物初级生产力快速原位监测仪辅助功能模块，并开展了外场测量应用验证。取得主要研究成果如下:<br>　　(1)研究了荧光动力学法藻类光合荧光参数准确测量方法。研究了基底信号对光合荧光参数测量结果的影响和校正方法，结果表明校正后Fv/Fm值约为0.60，相对误差为1.2％，准确度提高23％;研究了激发光强自适应调控方法，通过筛选荧光参数Eσ，实现不同门类藻的快速精确激发光强调控，结果表明，在不同光强初始条件下，自适应调整后均可获得稳定的激发光强且光强RSD小于2.5％，Fv/Fm测量值和Fast-Ocean测定结果一致;研究了水体浊度对光合荧光参数测量准确性影响及校正方法，校正后Fo和Fm相对标准偏差分别为0.52％和0.69％。<br>　　(2)研究了浮游植物初级生产力测量中光合尺寸单元校正方法。基于激发光谱法实现了混合藻各组分占比的准确获取，以此为基础计算了混合藻光合尺寸单元并对混合藻初级生产力进行校正，与光合放氧法完成了实验比测验证。结果表明，纯种蓝藻、绿藻和甲藻初级生产力测量误差由校正前的38.8％、14.3％和13.2％下降至3.9％、4.1％和5.2％;混合样品初级生产力最大和平均测量误差由校正前的20.4％和15.2％下降至4.5％和5.2％。该方法解决了光合尺寸单元使用固定值带来的水体浮游植物初级生产力测量偏差问题。<br>　　(3)研究了浮游植物初级生产力测量中藻类光吸收系数校正方法。基于吸收模型，并以荧光激发光谱表征其吸收系数，解决了单一波段吸收系数代替光合有效辐射波段总吸收效率问题。结果表明，与光合放氧法测定结果相比，纯种藻校正前后初级生产力测量相对误差分别为3.17％和1.83％，蓝、绿藻混合样品校正前后测量相对误差分别为28.43％和5.33％，校正后浮游植物初级生产力测量准确性得到提升。<br>　　(4)设计研制了浮游植物初级生产力快速原位监测仪功能模块，提高了外场应用测量准确性。结合PAR光量子传感器设计了环境光模拟调节电路，实现了不同环境光强的自由调控模拟;设计了光电倍增管自动增益调整模块，实现了不同浓度藻类样品荧光信号的高灵敏获取;设计了多波段LED诱导激发荧光光谱获取模块，实现了藻类激发荧光光谱的快速获取。经测试，仪器响应时间为1.56分钟，准确度≤±9.69％，精密度4.86％，检测限为0.138nmol(e)/m3/s，测量范围为0～1013nmol(e)/m3/s，重现性为3.04％。<br>　　在黄海、渤海、南海、北极等海域开展了浮游植物初级生产力原位监测仪外场测量验证实验，快速获取了浮游植物初级生产力时空分布数据，验证了仪器长期运行稳定性与可靠性。