一种用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法
【专利摘要】本发明提供一种用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法。选取水面覆盖有藻类的富营养化湖泊典型区域，用分光辐射光谱仪测定选定区域水体的反射光谱信息，在每一采样点采集0-20cm水层水样，测定水样中水溶态Fe及叶绿素a含量；再将测定的反射光谱信息转化为光谱特征参数，用SPSS软件将光谱特征参数与上述水溶态Fe及叶绿素a含量进行相关分析，选取与水体水溶态Fe及叶绿素a含量均呈显著相关的参数，作为表征水体水溶态Fe含量动态变化的光谱特征因子，建立光谱特征因子与水体水溶态Fe含量相关关系模型，通过测定待测样品的光谱特征因子得到水体水溶态Fe的动态含量。本发明为湖泊水体水溶态Fe含量遥感监测提供理论依据。
【专利说明】一种用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水溶态Fe含量的测定方法，具体的说是一种用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法。
【背景技术】
[0002]湖泊富营养化日益受到人们的关注，富营养化湖泊的治理也成为当前研究的一个热点和难点问题，基于限制因子原理，国内目前通过控制外源性氮、磷等营养盐类的输入来进行防治，但湖泊水体富营养化状况仍日趋严重。Fe元素是水生植物和浮游藻类生长所必需的微量营养元素，在浮游植物的生长过程中，电子传递、氮的吸收利用、叶绿素的光合作用、呼吸作用等都需要Fe，同时Fe还可以促进浮游植物对其他营养盐类的吸收。1990年，海洋学者Martin根据冰芯记录中Fe和CO2浓度的负相关现象，结合前期实验研究，提出了Fe假说:在高营养盐低叶绿素海区，浮游植物生长的限制因子是Fe，若提供足量的Fe到这些海域中，可以促进浮游植物的生长。大量后续研究也表明，Fe是海洋初级生产力的主要控制因素，Fe限制会减缓海洋赤潮的发生。虽然湖泊水体可溶性Fe含量相对较高，但Fe仍可以成为高营养盐湖泊浮游植物生长的限制因子。湖泊水体中Fe含量过高或过低都会对藻类的生长及叶绿素、蛋白质等生化组成产生影响。在一定范围内，藻类可能在这个区间内存在一个生长的“临界Fe浓度”，高于此浓度，藻类表现为细胞生长加快，并可能达到较高的密度，容易爆发水华。因此，在湖泊富营养化治理过程中，除了要注意控制氮、磷的输入，还应考虑Fe的调控作用。
[0003]对湖泊水体中Fe的监测和识别是调控Fe浓度的前提，湖泊水体Fe浓度的波动会使藻类细胞的代谢活动发生很大的变化，而植物在生理生态方面的改变通常在反射光谱上有所反映。因此，结合湖泊的实际情况，准确评估藻类光谱在不同波段对Fe供给浓度的响应，进而选择敏感波段，优化整合特征光谱，建立可用于指导遥感监测的“水体可溶性Fe浓度一藻类光谱特征”相关关系，以期及时准确地反映湖泊水体Fe含量及分布信息，对阐明湖泊中水华爆发与Fe的关系、分析水华爆发的动态过程以及建立湖泊富营养化遥感预警体系都具有重要的意义。
[0004]在建立“水体可溶性Fe浓度一藻类光谱特征”相关关系的过程中，要采用化学方法对湖泊水体水溶态Fe浓度进行测定，目前所采用的水体水溶态Fe含量测定方法主要是在现场用0.45 μ m滤膜过滤水样，然后用盐酸酸化过滤水至pH〈l，之后采用比色或原子吸收法测定。但对于测定含一定藻类的富营养化湖泊水体水溶态Fe浓度，如果采用该方法会存在以下问题，即:水体中所含藻类会堵塞滤膜，延长过滤时间，导致水样中部分水溶态Fe氧化沉淀，使测定结果偏低。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:[0007]—种用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法，选取水面覆盖有藻类的富营养化湖泊典型区域，采用分光辐射光谱仪测定选定区域水体的反射光谱信息，并在每一选定区域采集0-20cm水层水样，进行测定水样中水溶态Fe含量及叶绿素a含量；之后将测定的反射光谱信息转化为光谱特征参数，通过SPSS软件将光谱特征参数与上述水溶态Fe含量及叶绿素a含量进行相关分析，选取其中与水体水溶态Fe含量及叶绿素a含量均呈显著相关的参数，作为表征富营养化湖泊水体水溶态Fe含量动态变化的光谱特征因子，建立光谱特征因子与水体水溶态Fe含量相关关系模型，进而可通过测定待测区域水样的光谱特征因子得到富营养化湖泊水体水溶态Fe的动态含量。
[0008]选择富营养化湖泊水面覆盖藻类的典型区域，选取藻类爆发周期内的水体。
[0009]采用分光辐射光谱仪测定湖泊水体光谱反射率，光纤探头垂直于水面且距离水面1-1.5米，采集水体400-1000nm波长的光谱信息，每一采样点连续测定5_10次。
[0010]将反射光谱信息转化为光谱特征参数，光谱特征参数分别为波长550nm处光谱反射率(R55O)、波长700nm处光谱反射率(R7tltl)、比值植被指数RV1、红边位参数REP、可见光波段光谱反射率变化积分值A1、近红外波段光谱反射率变化积分值A2，其中REP、RV1、A1与A2计算公式如下:
【权利要求】
1.一种用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法，其特征在于:选取水面覆盖有藻类的富营养化湖泊典型区域，采用分光辐射光谱仪测定选定区域水体的反射光谱信息，并在每一选定区域采集0-20cm水层水样，进行测定水样中水溶态Fe含量及叶绿素a含量；之后将测定的反射光谱信息转化为光谱特征参数，通过SPSS软件将光谱特征参数与上述水溶态Fe含量及叶绿素a含量进行相关分析，选取其中与水体水溶态Fe含量及叶绿素a含量均呈显著相关的参数，作为表征富营养化湖泊水体水溶态Fe含量动态变化的光谱特征因子，建立光谱特征因子与水体水溶态Fe含量相关关系模型，进而可通过测定待测区域水样的光谱特征因子得到富营养化湖泊水体水溶态Fe的动态含量。
2.按权利要求1所述的用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法，其特征在于:选择富营养化湖泊水面覆盖藻类的典型区域，选取藻类爆发周期内的水体。
3.按权利要求1所述的用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法，其特征在于:采用分光辐射光谱仪测定湖泊水体光谱反射率，光纤探头垂直于水面且距离水面1-1.5米，采集水体400-1000nm波长的光谱信息，每一采样点连续测定5_10次。
4.按权利要求1所述的用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法，其特征在于:将反射光谱信息转化为光谱特征参数，光谱特征参数分别为波长550nm处光谱反射率(R55tl)、波长700nm处光谱反射率(R7tltl)、比值植被指数RV1、红边位参数REP、可见光波段光谱反射率变化积分值A1、近红外波段光谱反射率变化积分值A2，其中REPjVKA1与A2计算公式如下:
5.按权利要求1所述的用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法，其特征在于:在每一选定区域采集0-20cm水层水样，通过筛藻-抽滤浸提装置处理后，用邻菲罗啉比色法测定水样水溶态Fe含量，水样经WhatmanGF/F滤纸过滤后测定叶绿素a含量。
6.按权利要求5所述的用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法，其特征在于:所述筛藻-抽滤浸提装置包括筛藻装置和抽滤浸提装置。 所述筛藻装置包括样品管(5)及设于其上的筛藻网(I);筛藻网(I)包括内层网(2)和外层网(3);筛藻网(I)下端设有阀门(4)。 所述抽滤浸提装置包括样品管(5)、滤液管(9)、注酸管(10)、三通阀(11)和针筒式滤膜过滤器(7)，样品管(5)上端安装胶塞(13)，胶塞(13)与穿过有孔胶塞(6)的导管(14)的一端相连，导管(14)另一端与针筒式滤膜过滤器(7) —端相连，针筒式滤膜过滤器(7)另一端通过三通阀(11)与滤液管(9 )和注酸管(10 )相通。
7.按权利要求5所述的用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法，其特征在于:所述筛藻网(I)为倒锥形；样品管(5)为活塞式结构。
8.按权利要求5所述的用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法，其特征在于:所述三通阀(11)中间为双孔旋塞(12)，双孔旋塞(12)上的两孔垂直相通。
9.按权利要求5所述的用于富营养化湖泊水溶态Fe含量测定的方法，其特征在于:所述针筒式滤膜过滤 器(7)中内置0.2 μ m孔径聚碳酸酯滤膜(8)。
【文档编号】G01N21/25GK103913421SQ201210592206
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】迟光宇, 郑太辉, 史奕, 陈欣 申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所