應(yīng)用案例：Thunder Optics 光譜儀用于檢測富營養(yǎng)化湖泊的光穿透率

來源：網(wǎng)絡(luò) 閱讀：123 發(fā)布時間：2025-05-30 17:48:15

加拿大，不列顛哥倫比亞省，維多利亞，天鵝湖

光線穿透水體對湖泊生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物和大型植物的光合作用至關(guān)重要。在富營養(yǎng)化系統(tǒng)（富含磷酸鹽和硝酸鹽等營養(yǎng)物質(zhì)的湖泊）中，藻華往往會阻礙光線穿透，從而降低生物體產(chǎn)生溶解氧 (DO) 的潛力。溶解氧的下降會導(dǎo)致缺氧，最終導(dǎo)致魚類大量死亡。為了更好地理解光線穿透與光合產(chǎn)氧之間的關(guān)系，我們使用 Thunder Optic R 型光譜儀測量了光強(qiáng)度及其成分頻率與水深的關(guān)系。這些實驗是在加拿大不列顛哥倫比亞省維多利亞市的一個小湖天鵝湖（9.3 公頃）進(jìn)行的。光譜儀的配置適用于現(xiàn)場操作（圖 1），即將一根光纖電纜放入水體中，直至到達(dá)不同的深度。在這些深度，使用 Spectragryph 軟件采集光譜樣本，并比較頻率變化和強(qiáng)度隨深度的變化。在此過程中，還使用手持式 YSI ODO Pro 探頭以相同的深度間隔收集 DO 數(shù)據(jù)。

圖 1. 用于水生光穿透研究的 R 型光譜儀的現(xiàn)場配置。

試驗結(jié)果表明，光照強(qiáng)度與溶解氧濃度之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。圖2展示了兩個不同試驗日期的光譜和溶解氧濃度的匯總圖。圖中標(biāo)出了每個深度的光譜曲線，并用彩色分光鏡條帶直觀地展示了該深度的光照情況。對每個深度的光譜曲線進(jìn)行了面積積分，并與溶解氧濃度一起繪制，結(jié)果顯示，隨著光照強(qiáng)度的降低，溶解氧濃度也會降低。

圖 2. Thunder Optics 的 R 光譜儀的光譜與深處的 DO 的比較。

這些實驗于2019年開展，目前正在為2021年野外作業(yè)季進(jìn)行更全面的采樣做準(zhǔn)備。在水生系統(tǒng)中，硅藻、藍(lán)藻、鞭毛蟲和綠藻等生物的演替呈現(xiàn)季節(jié)性。有些生物形成表面藻墊，有些則懸浮在水體中。每種生物利用陽光和產(chǎn)氧的能力各不相同，光吸收率和反射率也各有不同。這些光學(xué)差異已從下拉式相機(jī)圖像中觀察到（圖3）。為了補(bǔ)充2021年野外作業(yè)季光譜儀獲取的數(shù)據(jù)，我們將在5月至10月的采樣間隔內(nèi)采集水樣，以確定優(yōu)勢物種。