水體富營養(yǎng)化在線觀測預(yù)報系統(tǒng)
水體富營養(yǎng)化(eutrophication)是指由于人類活動的影響，導(dǎo)致大量外源氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。當(dāng)總磷濃度超過0.1mg/l（如果磷是限制因素）或總氮濃度超過0.3mg/l（如果氮是限制因素）時，藻類會過量繁殖。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）提出富營養(yǎng)湖的幾項指標(biāo)量為：平均總磷濃度大于0.035mg/l；平均葉綠素濃度大于0.008mg/l；平均透明度小于3m。目前一般采用的指標(biāo)是：水體中氮含量超過0.2-0.3ppm，生化需氧量大于10ppm，磷含量大于0.01-0.02ppm，pH值7-9的淡水中細(xì)菌總數(shù)每毫升超過10萬個，表征藻類數(shù)量的葉綠素-a含量大于10μmg/L。
水體富營養(yǎng)化在線觀測預(yù)報系統(tǒng)由藻類在線觀測模塊、氮磷在線觀測模塊、水體呼吸在線觀測模塊及污染源熒光示蹤儀組成，可在線監(jiān)測藻類濃度動態(tài)變化及生態(tài)生理狀況、總氮總磷及營養(yǎng)鹽動態(tài)變化、溶解氧動態(tài)變化及BOD等，并通過移動式熒光示蹤測量儀觀測分析藻類的空間分布狀況、熒光示蹤測量分析污染源分布和時空變化等，全面監(jiān)測和解析富營養(yǎng)化的時空動態(tài)變化及來源，即時作出預(yù)測預(yù)報及相應(yīng)防治對策。
藻類在線觀測模塊采用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)（Technique of chlorophyll fluorescence）原理和葉綠素延遲熒光技術(shù)（Delayed fluorescence technique）原理。前者通過脈沖調(diào)制熒光方法（Pulse amplitude modulated (PAM)fluorescence methods）,利用調(diào)制測量光、持續(xù)光化學(xué)光及飽和光閃激發(fā)葉綠素?zé)晒?，測量分析Ft、QY及OJIP等快速熒光參數(shù)，以研究藻類及高等植物的光合生理生態(tài)和脅迫生理，如不同除藻劑及不同劑量的QY和OJIP變化，以便找出除藻劑有效劑量及無污染除藻劑技術(shù)，其中Ft、OJIP固定面積（Fix-area，指OJIP曲線下面的面積）與藻類葉綠素濃度呈相關(guān)關(guān)系，經(jīng)校準(zhǔn)可以測量藻類密度（藻類葉綠素濃度）；延遲熒光是比快速熒光弱但持續(xù)時間更長的葉綠素?zé)晒?，浮游植物延遲熒光與活體藻類濃度相關(guān)，不同顏色藻類可以激發(fā)出不同的延遲熒光，依次可以區(qū)分不同藻類的濃度，達(dá)到定性、定量監(jiān)測藻類的目的。水體富營養(yǎng)化在線觀測預(yù)報系統(tǒng)使用公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)室濕化學(xué)分光光度法進(jìn)行樣品分析，水體呼吸采用“間歇式”測量原理，集合了“開放式”（實(shí)時測量）和“封閉式”（測量簡單但精度差）的優(yōu)點(diǎn)，同時又克服了開放式測量時間解析度差、封閉式不能連續(xù)長時間測量等缺點(diǎn)，利用光纖熒光氧氣測量技術(shù)，在線測量觀測溶解氧及水體呼吸并可求出BOD等。
水體富營養(yǎng)化在線觀測預(yù)報系統(tǒng)主要功能特點(diǎn)如下：
1. 可在線分類定量監(jiān)測藍(lán)藻和綠藻等其它藻類的動態(tài)變化
2. 在線監(jiān)測光譜性藻類的葉綠素?zé)晒鈪?shù)Ft、QY及OJIP-fix area，從而可全面分析藻類的光合生理狀況、脅迫狀況、生長狀況及濃度狀況
3. 在線分析總氮、總磷，并進(jìn)一步監(jiān)測分析各組分包括磷酸鹽、氨氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮的動態(tài)變化
4. 在線監(jiān)測分析水體溶解氧變化、水體呼吸及BOD狀況
5. 各監(jiān)測模塊自由組合，又可獨(dú)立運(yùn)行
6. 利用熒光示蹤技術(shù)，可追蹤污染源的空間分布狀況，可用于地表水污染狀況分布圖繪制、污染狀況監(jiān)測研究、污染源追蹤等
性能指標(biāo)
1. 高靈敏度在線監(jiān)測廣譜藻類葉綠素?zé)晒馓匦园‵t、QY和OJIP-Fix area等，檢測極限達(dá)30ng Chl/l，可檢測出10 cells/ml的綠藻或100 cell/ml的藍(lán)藻。藍(lán)色（455nm）和紅色（630nm）雙色測量光，可選配其它波長測量光
2. 延遲熒光技術(shù)分類定量監(jiān)測藍(lán)藻、綠藻（包括綠藻、裸藻等）、硅藻（包括硅藻、金藻、黃藻等）和隱藻類4種藻類，可通過USB接口下載數(shù)據(jù)或通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)下載和數(shù)據(jù)診斷
3. 在線測量監(jiān)測總磷、磷酸鹽、總氮、氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的動態(tài)變化，超量程自動稀釋；標(biāo)準(zhǔn)檢測范圍：
a) 總磷：0-3ppm-200ppm-P
b) 總氮：0-5 ppm - 1000 ppm – N
c) 氨氮：0-0.2 ppm - 200 ppm - N-NH3
d) 硝酸鹽＋亞硝酸鹽：0-5 ppm - 1000 ppm - N-NO3
e) 亞硝酸鹽：0-0.05 ppm - 20 ppm - N-NO2
f) 磷酸鹽：0-0.2 ppm - 200 ppm - P-PO4
4. 營養(yǎng)鹽測量方式為循環(huán)順序測量，測量間隔程序可調(diào)
5. 具備試劑冷藏配置，試劑更換3-6周（取決于測量參數(shù)及方法等因素）
6. 內(nèi)置時鐘和顯示屏，在線顯示和存儲數(shù)據(jù)包括日期、時間及測量值等
7. Mini型熒光光纖氧傳感器， Mini光纖氧探頭外徑2.8mm，內(nèi)徑2.0mm，被覆有光隔離材料以避免生物自發(fā)光造成的干擾，因而可以測量藻類等（有葉綠素?zé)晒猓┚哂袃?nèi)部自發(fā)光的生物耗氧；零氧耗、高穩(wěn)定性，響應(yīng)時間快于6秒（氣相測量）；可測量液相和氣相氧濃度，測量范圍0-50%空氣氧、0 - 22.5 mg/L，測量極限0.15 %空氣氧、15 ppb溶解氧；氧濃度在線溫度補(bǔ)償，不受電磁信號干擾
8. 污染源熒光示蹤儀為帶參考光束的90度濾波式熒光儀，光源、檢測器內(nèi)置用戶自定義設(shè)置的光學(xué)濾波器，多廣譜測量，適于葉綠素?zé)晒夂推渌聚櫉晒馊鐭晒馑兀ü庠?65nm，檢測器530nm）、若丹明（光源530nm，檢測器580nm）等；測量單位：ppt，ppb，μg/l，μmol等，或者任意單位，靈敏度Chla 0.025μg／l
9. 防水級別:IP65
國內(nèi)外應(yīng)用狀況
藻類熒光技術(shù)應(yīng)用于水體藻類監(jiān)測包括水華監(jiān)測預(yù)報及藻類生理生態(tài)和防治研究，近些年來在國際上得到越來越廣泛的重視和應(yīng)用，成為評估水體生態(tài)系統(tǒng)的重要技術(shù)手段和研究領(lǐng)域，對水生態(tài)評估和研究具有劃時代意義。Dijkman等（1999）利用雙調(diào)制熒光儀可以檢測到100pM（皮摩爾濃度）葉綠素濃度的藻類。Vera Istvanovics 等（2005）利用延遲熒光技術(shù)對匈牙利Balaton湖浮游植物進(jìn)行了持續(xù)在線監(jiān)測，結(jié)果表明延遲熒光數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)顯微鏡計數(shù)法及實(shí)驗(yàn)室葉綠素濃度測量法具有極高的吻合性，可以精確監(jiān)測不同藻類的濃度，檢測極限約為1μg Chl/l。Gabriel等（2006）以Ft作為藻類葉綠素濃度指標(biāo)、QY（Fv/Fm）作為藻類光合效率指標(biāo)，研究了哥倫比亞安第斯高山帶湖泊藻類動態(tài)，結(jié)果顯示6月份深水層藻類葉綠素濃度高但光合效率低，而10月份水體循環(huán)期，藻類葉綠素濃度低但光合效率高，藻類光合效率并不依賴于生物量，而是與營養(yǎng)可獲得性及光輻射情況有關(guān)。2007年，屆“葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)與水科學(xué)”（Aquafluo 2007: chlorophyll fluorescence in aquatic sciences）國際會議在捷克召開；2010年，《Chlorophyll Fluorescence in Aquatic Sciences: Methods and Applications》(David J.Suggett等，2010)一書正式出版,該書全面介紹了熒光技術(shù)包括延遲熒光技術(shù)在水體藻類監(jiān)測、研究、水體生產(chǎn)力評估等方面方法、技術(shù)和應(yīng)用等。
我國營養(yǎng)鹽測量監(jiān)測多采取采樣實(shí)驗(yàn)室分析的方法（劉信安等，2005；李哲等，2009；），與實(shí)驗(yàn)室分析相比，原地(in-situ)在線監(jiān)測具有即時（real-time）持續(xù)監(jiān)測動態(tài)變化等無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，而且可以與藻類在線監(jiān)測等數(shù)據(jù)耦合分析，因此成為國際研究的熱點(diǎn)。歐盟于2007年啟動了WARMER 項目（Water Risk Management in EuRope），其目標(biāo)為在海濱地帶及大江大湖區(qū)建立一個水質(zhì)即時（real-time）監(jiān)測系統(tǒng)，作為本項目的內(nèi)容，Gunatilaka等（2009）利用原位監(jiān)測技術(shù)，對威尼斯瀉湖磷酸鹽、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果比起抽樣實(shí)驗(yàn)室分析法（如每周或每月抽樣）更精確系統(tǒng)地反映了營養(yǎng)鹽的日變化、月變化等動態(tài)。
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