一维小波分析在浮游植物吸收光谱有害赤潮藻类检测中的应用

研究了利用小波分析从浮游植物吸收光谱中提取赤潮藻类特征光谱信息的技术。其中应用了13组单种培养的赤潮藻类的吸收光谱,这些吸收光谱对应的藻类属于4个门,6个属和7个种。首先,对13组吸收光谱数据进行了5级一维小波分析。低频的第5级分量对应于对藻类检测无用且量值较大的背景信息,高频分量的第1-2级为随机噪声,其他高频分量(第3级到第5级)则是对藻类检测有用的信息(或称为特征光谱)。另外,为了检验小波分析在提取特征光谱中的性能,文章利用聚类统计分析方法对提取的13组特征信息进行了聚类。聚类结果显示,13组吸收光谱被正确地进行了分类,这验证了小波分析在提取藻类特征光谱中的有效性。     

岱衢洋海域2010~2011年网采浮游植物群落特征与水质评价

基于2010年春季（5月）、夏季（8月）、秋季（11月）和2011年冬季（2月）对岱衢洋海域进行的4个航次网采浮游植物的调查资料,对该海域浮游植物的种类组成、优势种、细胞丰度分布以及生物指数与环境因子的相关性进行调查研究,并用富营养化指数、水质综合指数、浮游植物多样性指数进行水质状况评价.经初步分析,共鉴定出浮游植物50属116种,其中硅藻门37属92种,甲藻门10属20种,绿藻门和蓝藻门各2种.全年浮游植物优势种主要为硅藻门的琼氏圆筛藻（Coscinodiscus jonesianus）、星脐圆筛藻（Coscinodiscus asteromphalus）和中肋骨条藻（Skeletonema costatum）.浮游植物种类数呈现由近岸向远岸递减的趋势,季节差异极显著（p=0.008<0.01）,春季最少（33种）,冬季最多（71种）.浮游植物细胞丰度呈北高南低的趋势.夏季浮游植物细胞丰度最高,达67.66×10⁶ cells·m^-3,春季最低,为0.12×10⁶ cells·m^-3,两季节差异极显著（p=0.003<0.01）.夏季靠近衢山岛一侧的D03和D05站位,尖刺拟菱形藻（Pseudo-nitzschia pungens）大量增殖,但未达到赤潮水平.冬季岱衢洋海域的浮游植物多样性指数最高,物种较丰富.春季均匀度指数最高,多样性指数也较高,但丰富度指数最低.相关性分析表明,浮游植物群落分布与水温、盐度、透明度、叶绿素a及营养盐等环境因子存在一定的相关性.富营养化指数表明,整个海域夏冬季多数站位均未发生富营养化,春秋季均处于富营养化状态,且春季富营养化最严重,多数站位处于中度富营养化状态.水质综合指数表明,整个海域处于轻污染状态,且夏冬秋季水质明显优于春季.浮游植物多样性指数表明,该海域除秋季处于重中度污染状态外,其他季节均处于轻中度污染状态.     

浮游植物体内叶绿素a测定方法的改进

对丙酮萃取分光光度法测定浮游植物体内叶绿素a的方法进行改革。改进法在样品经过冷冻、50℃热丙酮快速提取并放置2h后后进行测定。对改进前后方法测定结果的方法分析表明，方法改进前后测定结果不存在显著性差异。方法改进后简化了操作，提取时间由原来的8-20h缩短为1.5-2.5h。     

浮游植物吸收光谱特征分析

文章选取了东海9个典型浮游植物赤潮种、优势种,在实验室2个温度(20,15 ℃)和2个光照(7 000, 1 100 lux)条件下进行培养,对不同温度、光照和生长周期条件下9种浮游植物的吸收光谱进行了研究。首先,将归一化的光谱数据组成的矩阵进行奇异值分解,采用第一特征值与所有特征值的和之比来衡量浮游植物吸收光谱的相似性,选取了25条能够表征9种浮游植物吸收光谱基本特征的代表谱。其中,等鞭金藻和柔弱角毛藻各1条,岛国大扁藻和旋链角毛藻各2条,裸甲藻3条,塔玛亚力山大藻、东海原甲藻、中肋骨条藻和聚球藻各4条。然后,进一步提取代表谱中具有较大判别能力的波长点,总共得到7个特征波长段(点),它们是340.5～420.5 nm波段、423.5～431 nm波段、440.5～525.5 nm波段和760.5,763.5,769.5,856.5 nm波长点;由此形成的特征谱,对量测光谱判别分析正确率达到80%。     

基于四阶导数的浮游植物叶绿素荧光激发光谱特征研究

测量了分属硅藻和甲藻两个门类的六种我国东海常见赤潮藻的叶绿素荧光激发光谱,以Matlab为操作平台,采用自编的光谱求导程序,对荧光激发光谱进行四阶导数处理。结果表明,四阶导数法能有效去除光谱中的细小杂峰,并将重叠的色素荧光峰分离,实现主要色素的定性定量分析。四阶导数光谱在350～550 nm波长范围内出现的6个极大值主要代表了活体藻液中的非色素荧光物质、叶绿素和类胡萝卜素的荧光峰。通过原始叶绿素荧光激发光谱和四阶导数光谱的对比分析,表明四阶导数光谱法能够凸显硅藻和甲藻之间的光谱差异,增强光谱识别硅藻和甲藻的能力,同时也提高了光谱的稳定性和重现性。     

浮游植物活体三维荧光光谱分类判别方法研究

选取中国东海6种分属于4个门类的赤潮藻种、优势种在实验室进行扩大培养,测量了2个温度(20和15℃)、3个光照(7000,4100和1100Lux)、不同生长期浮游植物的三维激发／发射荧光光谱,对浮游植物活体三维荧光光谱分类判别方法进行了研究。结果表明：基于主成分的判别分析法是利用三维光谱数据判别浮游植物种类的有效方法,对于金藻is,绿藻pl,中肋骨条藻sk三个物种,区分识别率理想;可以将中肋骨条藻(硅藻)与甲藻al和pr分开。     

浮游植物的吸收-衰减特性及其与粒径间的关系

室内测量了十六种浮游植物的吸收-衰减光谱,及其粒径分布和叶绿素a浓度。研究结果表明,粒径和单位细胞叶绿素浓度是影响浮游植物吸收和衰减系数量值的两个重要因素;粒径是决定衰减光谱形状的重要因子之一,粒径与衰减光谱斜率之间存在非单调的变化关系;粒径不是影响浮游植物吸收光谱的蓝-红波段比和光谱斜率的决定性因子,但是,藻细胞密度与粒径平方的乘积是决定吸收光谱斜率的关键量。适用于均匀球体颗粒的Mie散射理论能对粒径与浮游植物吸收光谱和衰减光谱间的相关关系进行阐释,该文研究的藻类其非均匀球体结构并没有从根本上改变粒径与吸收—衰减光谱间存在的内在规律。     

具有时滞的浮游植物与营养模型的动力学行为分析

考虑了具有营养循环的无时滞及有时滞浮游植物及营养模型。考虑的模型具有一般的营养摄取的反应函数与浮游植物成长反应函数。文章研究了模型的边界平衡点的全局稳定性及正平衡点的存在性与一致稳定性。最后利用数值模拟进一步说明模型的动力学行为。     

基于色素特征荧光光谱的浮游植物分类测量方法

光合作用色素组成是浮游植物分类的重要依据。通过对蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻和隐藻等5个门类浮游植物三维荧光光谱的差异性分析,提取了与叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、类胡萝卜素、藻蓝蛋白和藻红蛋白等光合色素相关的36个特征荧光光谱点,提出了基于色素特征荧光光谱的不同门类浮游植物分类测量方法。对铜绿微囊藻、小球藻、桅杆藻、光甲藻和卵形隐藻的实验结果表明:色素特征荧光光谱法对5种藻类纯种样品的测量误差分别为5.15%、5.63%、7.90%、4.85%、6.55%,对优势藻类(质量分数高于50%)的测量误差分别为7.96%、8.69%、5.44%、10.78%、15.57%,对劣势藻类(质量分数低于30%)的测量误差分别为18.29%、17.52%、20.01%、29.11%、20.14%,测量结果准确度达到了三维荧光光谱法水平,但数据量和计算时间仅是三维荧光光谱法的1.1%和2.2%,是一种快速有效的浮游植物分类测量方法。