一种估算湖泊光合有效辐射衰减系数的方法技术

本发明专利技术涉及一种估算湖泊光合有效辐射衰减系数的方法，所述方法按照以下步骤进行：步骤一、对分布在全国的141个湖泊进行水体透明度(SD)采样，每个湖泊设置5‑6个采样点，每个样点采集2L深度为0.5‑1m表面水体，置于车载冰箱中运送至实验室，避光冷藏保存，作为待测水样。本发明专利技术方法通过构建aOACs和Kd(PAR)的相关性模型，确定了一种快速获取湖泊光合有效辐射衰减系数的方法，即只需测定湖泊的光学活性物质吸收系数(aOACs)，就可通过该模型计算出湖泊的Kd(PAR)值，进而依据Kd(PAR)值进行湖泊真光层深度的评价。本方法简便易操作，且准确性高。

A method for estimating the attenuation coefficient of photosynthetic effective radiation in lakes

【技术实现步骤摘要】
一种估算湖泊光合有效辐射衰减系数的方法
本专利技术属于河流水环境评价领域，具体涉及一种估算湖泊光合有效辐射衰减系数的方法。
技术介绍
内陆水体光学特性复杂，太阳光在水体内部传输的过程中被吸收而发生衰减，可以被浮游植物用于光合作用的太阳辐射逐渐减弱。在实际应用中通常将光合有效辐射(PAR)值的衰减系数(KdPAR)视为不随深度变化的量。浮游植物光合作用合成与非自养消耗平衡，即净初级生产力为零时的深度，被定义为湖泊真光层深度(Zeu)。但Zeu的实际测量相对较为困难，比较通用的方法就是通过测量湖泊KdPAR推算Zeu，PAR值衰减为水面处的1％时的深度被定义为Zeu。Zeu决定了水中浮游植物、沉水植物的分布，对水体富营养化程度有重要的影响，是衡量水域生态与环境总体状况的重要因子。湖泊与人类生活、生产密切相关，湖泊的初级生产力及湖泊水体富营养化会严重影响湖泊生态系统。因此，开展湖泊水体中KdPAR的相关研究对估计湖泊Zeu深度、完善湖泊初级生产力研究、进一步分析湖泊在全球气候变化中的作用具有重要意义。目前由于技术条件的限制，大区域、长时间重复性实测不同湖泊的KdPAR数据较难实现，急需一种新的便捷的估算湖泊KdPAR的方法。
技术实现思路
本专利技术主要针对不同湖泊的KdPAR数据较难获取的问题，进而提供一种估算湖泊光合有效辐射衰减系数的方法。本专利技术的技术方案是：一种估算湖泊光合有效辐射衰减系数的方法，所述方法按照以下步骤进行：步骤一、对分布在全国的141个湖泊进行水体透明度(SD)采样，每个湖泊设置5-6个采样点，每个样点采集2L深度为0.5-1m表面水体，置于车载冰箱中运送至实验室，避光冷藏保存，作为待测水样；步骤二、测定水样的光学活性物质吸收系数(aOACs)，根据下列公式进行计算：aCDOM＝2.303×OD440/LaOACs＝ap+aCDOM其中，ap和aCDOM分别为440nm总悬浮物和有色溶解性有机物的吸收系数，aOACs为光学活性物质在440nm的总吸收系数，OD440为440nm的吸光度值，S为滤膜有效面积(m2)，V为过滤水样的体积(m3)，L为光程路径(0.01m)；步骤三、构建aOACs和Kd(PAR)的相关性，用以下模型进行描述：Kd(PAR)＝0.86×aOACs+0.22(R2＝0.85，n＝741)，通过测定水样的aOACs，估算出湖泊真光层深度。进一步地，步骤一中，水样采集点为741个。进一步地，ap测定依据定量滤膜技术(QFT)，用孔径为0.75μm的WhatmanGF/F滤膜过滤水样，在UV-2600紫外分光光度计下测定滤膜在380-800nm吸光度。进一步地，步骤二中，aCDOM的测定分析过程应避光，用孔径为0.22μm的WhatmanGF/F滤膜过滤水样，在UV-2600紫外分光光度计下测定过滤后水样在200-800nm的吸光度。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术方法通过构建aOACs和Kd(PAR)的相关性模型，确定了一种快速获取湖泊光合有效辐射衰减系数的方法，即只需测定湖泊的光学活性物质吸收系数(aOACs)，就可通过该模型计算出湖泊的Kd(PAR)值，进而依据Kd(PAR)值进行湖泊真光层深度的评价。本方法简便易操作，且准确性高。附图说明图1是本专利技术的采样湖泊分布图；图2是本专利技术的湖泊Kd(PAR)和aOACs相关性分析图；图3是本专利技术的中国五大湖区实测的湖泊Kd(PAR)均值对比图；图4是本专利技术的基于本专利方法进行的湖泊Kd(PAR)估算图；图5是本专利技术的基于实测水质参数计算出的Kd(PAR)值和本专利方法计算出的Kd(PAR)值相关性分析图。具体实施方法具体实施方式一：一种估算湖泊光合有效辐射衰减系数的方法，所述方法按照以下步骤进行：步骤一、对分布在全国的141个湖泊(如图1所示)，进行水体透明度(SD)采样，每个湖泊设置5-6个采样点，每个样点采集2L深度为0.5-1m表面水体，置于车载冰箱中运送至实验室，避光冷藏保存，作为待测水样；步骤二、测定水样的光学活性物质吸收系数(aOACs)，根据下列公式进行计算：aCDOM＝2.303×OD440/LaOACs＝ap+aCDOM其中，ap和aCDOM分别为440nm总悬浮物和有色溶解性有机物的吸收系数，aOACs为光学活性物质在440nm的总吸收系数，OD440为440nm的吸光度值，S为滤膜有效面积(m2)，V为过滤水样的体积(m3)，L为光程路径(0.01m)；步骤三、构建aOACs和Kd(PAR)的相关性，用以下模型进行描述：Kd(PAR)＝0.86×aOACs+0.22(R2＝0.85，n＝741)，通过测定水样的aOACs，估算出湖泊真光层深度。图2为湖泊Kd(PAR)和aOACs相关性分析。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中，水样采集点为741个。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二之一不同的是：步骤二中，ap测定依据定量滤膜技术(QFT)，用孔径为0.75μm的WhatmanGF/F滤膜过滤水样，在UV-2600紫外分光光度计下测定滤膜在380-800nm吸光度。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中，aCDOM的测定分析过程应避光，用孔径为0.22μm的WhatmanGF/F滤膜过滤水样，在UV-2600紫外分光光度计下测定过滤后水样在200-800nm的吸光度。采用下述方法验证本专利技术的效果：1、确定Kd(PAR)实测值：选用美国LI-COR公司生产的水下光量子仪(Li-Cor193SA)现场测定湖泊光合有效辐射(PAR)。具体操作：在船体面对阳光一侧，将光量子仪放置于水面下方，从水面刚好浸没传感器(约水面以下5cm处)开始，测量水下至少6个不同深度的PAR值，每个深度都停留15s然后记录下仪器输出该深度的PAR平均测量值，利用不同深度测量值进行指数回归PARZ2＝PARZ1×e-Kd(PAR)×(Z2-Z1)(z为水体深度)，进而计算Kd(PAR)，只有当深度数N≧4，R2≧0.95时拟合结果才被接受，做为该点的Kd(PAR)实测值。2、根据下列模型估算对应点的Kd(PAR)值：Kd(PAR)＝0.86×aOACs+0.22(R2＝0.85,，n＝741)，通过实测的aOACs来反演计算Kd(PAR)，进而得到湖泊真光层深度的估测值。结论：本专利技术首选计算了分布在全国的137个内陆水体的采样点的Kd(PAR)值，如图4所述，47.37％的采样点Kd(PAR)值分布在0.10-1.00m-1，43.61％的采样点Kd(PAR)值分布在1.00-5.00m-1，其余样点Kd(PAR)值分布在5.00-15.00m-1。同时测定了这1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种估算湖泊光合有效辐射衰减系数的方法，其特征在于，所述方法按照以下步骤进行：/n步骤一、对分布在全国的141个湖泊进行水体透明度(SD)采样，每个湖泊设置5-6个采样点，每个样点采集2L深度为0.5-1m表面水体，置于车载冰箱中运送至实验室，避光冷，藏保存，作为待测水样；/n步骤二、测定水样的光学活性物质吸收系数(a

【技术特征摘要】
1.一种估算湖泊光合有效辐射衰减系数的方法，其特征在于，所述方法按照以下步骤进行：
步骤一、对分布在全国的141个湖泊进行水体透明度(SD)采样，每个湖泊设置5-6个采样点，每个样点采集2L深度为0.5-1m表面水体，置于车载冰箱中运送至实验室，避光冷，藏保存，作为待测水样；
步骤二、测定水样的光学活性物质吸收系数(aOACs)，根据下列公式进行计算：



aCDOM＝2.303×OD440/L
aOACs＝ap+aCDOM
其中，ap和aCDOM分别为440nm总悬浮物和有色溶解性有机物的吸收系数，aOACs为光学活性物质在440nm的总吸收系数，OD440为440nm的吸光度值，S为滤膜有效面积(m2)，V为过滤水样的体积(m3)，L为光程路径(0.01m)；
步骤三、构建aOACs和Kd(PAR)的相关性，用以下模型进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：温志丹，宋开山，尚盈辛，刘阁，
申请(专利权)人：中国科学院东北地理与农业生态研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22