水体浮标式初级生产力原位监测

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水体水质与藻类监测

初级生产力(GPP)是指浮游植物在单位时间、单位体积内通过光合作用产生固定有机物质的总量，是全球生态系统碳循环的基础，对海洋浮游植物初级生产力的定量评估是研究海洋生态系统的重要环节。

关键词：废气

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产品描述

水体浮标式初级生产力原位监测

1、立项背景及意义

海洋碳汇在全球气候变化和碳循环过程中发挥着基础性的作用。我国拥有300多万平方公里海洋，但我国海洋具有多大的碳汇功能,目前尚缺乏科学完整的观测数据，没有明确定论，生态环境部正组织实施我国海洋碳汇监测、海岸带碳通量评估等工作，探索以增强气候韧性和提升蓝色碳汇增量为导向的海洋生态保护修复新模式。浮游植物是海洋生态系统物质循环和能量流动的基础环节，生物量虽不到全球总植物生物量的1%，但其初级生产力约占全球总初级生产力的45%以上，光合固碳量占全球总固碳量40%，是海洋中最重要的生物碳汇。因此，快速监测海洋浮游植物生物量和初级生产力状况，对实现海洋碳汇监测、海岸带碳通量评估至关重要，具有重要科学意义和应用价值。

水体初级生产力测量方法包括黑白瓶法、¹⁴C示踪法、¹⁸O示踪法、叶绿素荧光法等。其中，黑白瓶法、¹⁴C示踪法、¹⁸O示踪法等传统气体交换方法需要“现场采样-离线温育”，取样培养过程周期长、手续繁琐、测量时效性差，且取样培养过程中带来的误差亦不可忽视，无法快速、实时、准确的获取水体初级生产力信息，难以满足现代地表水生态与环境的观测需求。

由中科院安徽光学精密机械研究所自主研发，我公司完成产业化的水体初级生产力原位监测仪以叶绿素荧光为藻类初级生产能流过程的探针，突破了黑白瓶、同位素示踪的传统“现场取采-温育培养-离线测量”测量方法限制，将初级生产力的测量周期由24小时缩短至5分钟，是水体初级生产力快速原位观测的先进手段。仪器使用可变光脉冲诱导叶绿素荧光动力学技术测量藻类初级生产过程中光合电子传递速率的原位监测设备。利用强光脉冲阻塞光合作用过程电子传递链，跟踪叶绿素荧光动力学变化过程，结合“生物-光学”模型，获得藻类初级生产过程光合电子传递速率，实现初级生产力原位快速测量。仪器参与完成南海岛礁、黄渤海、第十次北极科考，获得我国周边海域及全球中高纬度初级生产力空间分布信息、为海洋生态环境调查研究积累了重要科学观测数据。

2、系统构成

监测系统由监控中心、传输单元、智能浮标体等组成，具备系统运行状态监控、视频监控、初级生产力原位监测仪、浮标状态监控、远程控制、远程操作等功能。

监测点以浮标体为平台，监测设备除了表层定点投放外还可扩展为通过自动升降系统进行垂直方向运动，进而实现其分层数据的采集。智能浮标体集成安装太阳能供电系统和无线采集与传输系统，可通过GPRS/4G/5G/北斗卫星网络将监测数据自动上报到数据管理中心站，同时配备安全防护系统及运行监测及自检系统有效保障了监测点在长期无人值守状态下稳定运行。

水体浮标式初级生产力原位监测仪克服了常规传统测量方法的缺点，使用无线数传设备能够实时、连续、稳定、可靠地提供准确、快速的监测数据。它是国内首台基于荧光动力学法的水体初级生产力原位监测仪，仪器具有测量快速、灵敏、无需取样培养、免试剂等特点，将初级生产力的测量周期由传统方法24小时缩短至5分钟，为海洋碳汇和生态环境观测、水华赤潮灾害监测预警、渔业资源评估、海洋地球化学过程效应研究、全球碳循环和气候变化预测等领域提供了初级生产力快速原位观测先进工具，具有极大发展潜力和广阔的应用前景。

3、主要应用领域

海洋、湖泊、水库、河流等地表水的初级生产力原位监测。

4、监测原理及主要技术指标

水体初级生产力原位监测仪是使用可变光脉冲诱导叶绿素荧光动力学技术（TPLIF）测量藻类初级生产过程中光合电子传递速率的在线监测设备。以叶绿素荧光为藻类初级生产能流过程的探针，重点突破了光合电子传递过程多波长可变光脉冲自适应激发精确调控技术、快速与弛豫双通道荧光动力学快速高灵敏检测技术等关键技术，研究了基于快相与弛豫荧光动力学曲线的光合作用荧光参数反演算法、水体初级生产力荧光动力学测量模型，解决了藻类光合反应中心浓度、光合作用速率等初级生产过程细节参数的准确测量难题，利用强光脉冲阻塞光合作用过程电子传递链，跟踪叶绿素荧光动力学变化过程，结合“生物-光学”模型，获得藻类初级生产过程光合电子传递速率，为浮游植物初级生产力的准确测量提供了一种原位快速测量途径，在研究海洋碳循环演变规律、气候变化和温室效应的防治等方面具有重要的科学意义和应用价值。

5、主要技术性能指标：

测量范围：0-1000nmol(e)/(m3·s)；
检测限：1nmol(e)/(m3·s)；
测量精度：≤5%；
测量水深：50m ；
响应时间：5min ；
外观体积：直径100mm，长度490mm ；
平均功耗：35W。

水体浮标式初级生产力原位监测

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