東海典型赤潮藻檢測(cè)的吸收光譜分析方法研究.pdf

1、針對(duì)目前我國(guó)近海赤潮頻發(fā)的現(xiàn)狀，浮游植物種類和數(shù)量的檢測(cè)分析方法已成為研究的焦點(diǎn)。紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)操作簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定，價(jià)格也相對(duì)較低，在環(huán)境分析中應(yīng)用廣泛。利用吸收光譜分析方法簡(jiǎn)便、有效的識(shí)別東海赤潮藻的種類，測(cè)量赤潮藻的數(shù)量，對(duì)于赤潮的監(jiān)測(cè)具有重要意義。 本文選取了東海9個(gè)典型浮游植物赤潮種、優(yōu)勢(shì)種，在實(shí)驗(yàn)室兩個(gè)溫度(20℃、15℃)和兩個(gè)光照(7000lux、1100lux)條件下進(jìn)行培養(yǎng)，研究了溫度、光照、生長(zhǎng)周期對(duì)其

2、吸收光譜特征的影響，以及浮游植物混合光譜的拆分方法。得到的主要結(jié)果和結(jié)論如下： 1.溫度、光照對(duì)九種藻的吸收光譜都有影響；在不同生長(zhǎng)周期條件下，中肋骨條藻和聚球藻的吸收光譜形狀發(fā)生明顯改變。在330-430nm的波段上，中肋骨條藻吸收光譜峰形由單峰變?yōu)殡p峰，在400-500nm的波段上，聚球藻吸收光譜具有三峰峰形，而且430nm處葉綠素a的波峰強(qiáng)度逐天增加。但生長(zhǎng)周期對(duì)中肋骨條藻光譜的影響只是在7000lux光照下出現(xiàn)；對(duì)聚球藻

3、光譜的影響只是在20℃下出現(xiàn)。 2.對(duì)不同溫度、光照和生長(zhǎng)周期條件下9種藻的吸收光譜特征提取進(jìn)行了研究。首先，采用將原始光譜數(shù)據(jù)組成矩陣后，奇異值分解，用第一特征值和所有特征值的和的比值衡量這九種藻的吸收光譜的相似性。根據(jù)光譜間的相似程度，利用主成分分析的方法提取出25條能夠表征它們吸收光譜基本特征的代表譜。其中，塔瑪亞力山大藻4條、等鞭金藻1條、島國(guó)大扁藻2條、東海原甲藻4條、中肋骨條藻4條、旋鏈角毛藻2條、柔弱角毛藻1條、裸

4、甲藻3條、聚球藻4條。然后，利用三種特征提取手段對(duì)9類藻種的吸收光譜中具有較大判別能力的波長(zhǎng)點(diǎn)進(jìn)行研究，總共得到7個(gè)特征波長(zhǎng)段(點(diǎn))，它們是340.5nm-420.5nm波段、423.5nm-431nm波段、440.5nm-525.5nm波段和760.5nm、763.5nm、769.5nm、856.5nm波長(zhǎng)點(diǎn)。第三，取25條代表譜中的特征波長(zhǎng)段(點(diǎn))組成了標(biāo)準(zhǔn)譜。 3.利用標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行了聚類分析和判別分析。通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)譜聚類分析發(fā)

5、現(xiàn)，中肋骨條藻峰形變化明顯的3條譜、聚球藻峰形變化明顯的3條譜和其余19條譜差異顯著，同時(shí)、二者也有明顯差別。其余的19條譜中，無(wú)論一個(gè)藻種的標(biāo)準(zhǔn)譜有幾條，總的來(lái)說(shuō)，同一藻種的標(biāo)準(zhǔn)譜之間的相似程度要高于與不同藻種的標(biāo)準(zhǔn)譜之間的相似程度，但對(duì)于塔瑪亞力山大藻、東海原甲藻和裸甲這三種甲藻，其標(biāo)準(zhǔn)譜之間具有較大的相似性；單峰峰形的中肋骨條藻、柔弱角毛藻和旋鏈角毛藻這三種硅藻的標(biāo)準(zhǔn)譜之間也具有較大的相似性，且相似程度高于甲藻。距離判別和K-最近

6、鄰判別分析結(jié)果表明，對(duì)9種藻的判別正確率為80.86％，不計(jì)兩種角毛藻的互判錯(cuò)誤率，判別正確率為86.11％。如果在綱的層次上進(jìn)行判別，正確率可達(dá)90％以上。 4.對(duì)混合液光譜拆分方法進(jìn)行了研究。采用遍歷非負(fù)最小二乘法對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的61個(gè)混合藻液進(jìn)行拆分，結(jié)果表明，當(dāng)規(guī)定拆分閾值為0.20時(shí)，可以將混合液中1-3種主要的浮游植物識(shí)別出，拆分的正確率為75.4％。方法的檢測(cè)下限用葉綠素a含量表示為0.3mg/L。將61個(gè)混合藻液中去