[发明专利]基于光合活性的藻华预警浮标系统和预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及水环境监测技术领域，具体来说，本发明涉及一种基于光合活性的藻华预警浮标系统和一种基于光合活性的藻华预警方法。

背景技术

伴随着我国经济快速发展的同时，生态环境持续恶化。近年来我国水体富营养化日益加剧，藻类过度繁殖产生的有害藻华(Harmful Algal Blooms，HABs)(包括海洋赤潮和淡水水华)持续高频次发生，已严重影响到居民的饮水安全、水产养殖、水体景观价值等方面，造成了巨大的经济损失。在我国海域，从北至南都有大规模赤潮爆发的记录，近几年来东海成为赤潮爆发的重灾区，水产养殖损失严重。在淡水领域，以太湖、巢湖、滇池为代表的大型浅水湖泊成为蓝藻水华的重灾区，在作为饮用水源地的许多大中型水库也频繁发生蓝藻水华。对于有害藻华的监测和预警已经引起了各级政府部门和科研单位的高度重视。

目前对于藻华的监测和预警，主要采用如下几种方法：

1)定期采样法：监测人员到现场采样，现场测量或回实验室后进行显微镜细胞计数和叶绿素含量测量。这种方法的缺点在于监测频率低，数据获取相对滞后，不能做到实时监测。

2)连续监测法：以浮标或监测站房为平台，利用叶绿素荧光计(如Wet-Labs、TriOS、YSI等公司产的叶绿素荧光计)实时测量水体的叶绿素浓度，这种方法在世界范围内得到了广泛的应用。此外，中国发明专利申请201110182842.X提出了一种利用流式细胞计数法在浮标内长期对水体浮游植物细胞密度进行监测的方法。连续监测法可以高频率的获取浮游植物细胞密度或叶绿素浓度等生物量信息，而生物量反映的是过去一段时间浮游植物细胞生长累积到现在的量，但仅仅靠这些信息难以对浮游植物未来的生长变化情况进行预警。

3)卫星遥感法：通过卫星搭载的光谱仪来大面积测量水色光谱，用特定公式估算水体中浮游植物的叶绿素浓度。这种方法测量的还是生物量，非常适合大尺度观测藻华发生的范围和严重程度，但也无法做到在藻华发生前的预警。

综上，无论是连续监测还是定期测量，无论是实验室分析还是卫星遥感，目前对浮游植物监测手段主要采用细胞计数和叶绿素浓度测量两种方式，而这两种方式都是反映的浮游植物生物量的历史累积。显然，仅仅靠生物量这种历史数据对浮游植物未来的生长趋势以及是否会发生藻华进行预警是远远不够的。

地球上一切生命活动的终极能量来源是太阳，而对太阳能的转化主要靠浮游植物和高等植物的光合作用。浮游植物生长的原初驱动力是其光合活性的高低，那么浮游植物光合作用活性的高低就可以用来预测未来的生长趋势。

测量浮游植物光合作用的技术主要包括：

1)光合放氧法：利用Clark氧电极或黑白瓶测量光合放氧速率，缺点在于测量时间长，灵敏度低，无法在野外进行连续监测。

2)C¹⁴同化法：通过测量放射性元素C¹⁴被藻细胞吸收同化的速率来反映光合活性，缺点也在于测量时间长，无法连续监测。

3)调制荧光法：通过检测藻细胞在接受瞬间饱和脉冲光照射后调制荧光的变化来反映植物的光合活性，优点在于测量速度快、灵敏度高、数据可靠，缺点在于原理较复杂，因此主要应用于科研领域，监测领域应用很少。

利用调制荧光技术测量的Fv/Fm反映了浮游植物转化光能为化学能的效率，简称光合效率。目前尚未见到任何利用浮标系统对藻类光合活性连续监测的报道。如果能够对浮游植物的光合活性进行远程无线监测，就可以根据光合活性的变化预测未来几天的浮游植物细胞密度变化情况，从而做到藻华的提前预警。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光合活性的藻华预警浮标系统和预警方法，能够在野外无人值守、长期、连续地对水体中浮游植物的生物量和光合活性进行监测，远程传输数据，并发出藻华预警信号。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于光合活性的藻华预警浮标系统，包括安装在浮标内部的电子舱单元、位于所述浮标上部的太阳能供电系统和竖直悬挂在所述浮标下方的剖面采样单元；其中

所述剖面采样单元包括：

采样管；

多个进水三通阀，每隔一段距离安装在所述采样管上，用于采集并输送不同深度的水样；

钢缆，与所述浮标相连接；

多个压力传感器，每隔一段距离安装在所述钢缆上，与各个所述进水三通阀分别对应地安装在同一水平面上，用于测量各个所述进水三通阀处的水压；以及

重锤，与所述钢缆的最下端相连接，使所述钢缆尽量保持竖直；

所述电子舱单元包括：