2010zx03006-通信面向藍(lán)藻監(jiān)測(cè)的傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)與應(yīng)用驗(yàn)證任務(wù)線材料第六冊(cè)

（9冊(cè)，第6冊(cè)國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題財(cái)務(wù)初審——專項(xiàng)名稱： 課題責(zé)任單位：中國(guó)移動(dòng)通信 課題起止時(shí)間： 2010年1月至2012年12月 二〇一四年六月列序期或1基于RSS的WSN多目標(biāo)1-526-103415-185素19-27628-34735-398dynamicscausedbywind-inducedwavescurrentinalarge,shallowofSediment40-499Flumesimulationofwave-inducedreleaseofinTaihuOceanologyand50-59水60-66ACyberPhysicalNetworkingSystemforMonitoringandCleaningupBlue-greenAlgaeBloomswithAgileSensorandActuatorControlMechanismonLakeThe1stInternationalWorkshoponNetworkingSystems(CPNS2011)inconjunction67-72SchemeofN-nodeCoverageinWirelessSensor73-84AnIOTSystemforandProtectingwithCommunicationNetworksthe6thInternationalandNetworkingin 85-90HeterogeneousWirelessSensorNetworksJouranlofAdHoc&SensorWireless91-111ClassificationofinUWBCommunicationUsingaSupportVectorAMethodofTargetDetectionandIdentificationBasedOnRPROPandUWBChannelResearchandImplementationofM2MSmartHomeandSecurityandResearchonTheoryofSymposiumonandInformationAMethodofObstacleIdentificationBasedonUWBandSelectedConferenceonandSystems,October16-18,2012,Beijing,almostperfectautocorrelatonsequencesConferenceonandSystems,October16-18,LightweightSecurityforWSNBasedonnetworkConferenceonandSystems,October16-18,Amulti-environmentalforaquiculturebasedonwirelesssensorSensorLettersAPortableMeasurementInstrumentfortheMeasurementofWaterSupportofFluorescenceFederationforProcessing2012AnInligentTurbidimeterforSensorLettersDesignandDevelopmentofWaterQualityonWirelessSensorNetworkinAquacultureFederationforProcessing2011DesignofanInligentProcessing計(jì)ASimpleTemperatureTurbiditySensorFederationforMethodsofDissolvedOxygeninSensorsandUEclusterheadselectionalgorithmforwirelesssensornetworksandWirelessSensorNetworksToward345第４６卷 第４期年４月

ＦＧＹ

６４Ａ協(xié)作通信中聯(lián)合信道網(wǎng)絡(luò)編碼的性能分析與資源分配呂政１，余志軍２，劉海濤中國(guó) 微系統(tǒng)與 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與通信重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，無(wú)錫物聯(lián)網(wǎng)院江蘇無(wú)錫）：針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中用戶到協(xié)作節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的上行鏈路不可靠的問(wèn)題研究了協(xié)作通信系統(tǒng)中具有特定協(xié)作節(jié)點(diǎn)的協(xié)作方案在用戶到協(xié)作節(jié)點(diǎn)的上行鏈路不可靠的情況下將信道編碼、網(wǎng)絡(luò)編碼同時(shí)引入到協(xié)作通信系統(tǒng)而建立了基于聯(lián)合信道網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)作通信機(jī)制并推導(dǎo)出系統(tǒng)中斷概率的表達(dá)式以中斷概率作為系統(tǒng)性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)研究了能量分配碼率分配對(duì)系統(tǒng)性能的影響給出了合適的分配方法仿真實(shí)驗(yàn)表明即使用戶到協(xié)作節(jié)點(diǎn)的上行鏈路不可靠所提協(xié)作機(jī)制也能獲得空間分集從而提高了網(wǎng)絡(luò)的性能．：網(wǎng)絡(luò)編碼信道編碼網(wǎng)絡(luò)性能協(xié)作通信空間分集 文章編號(hào)Ｌ２，ＬＩＵｆｆｍｅｇｎＲｅｓｇｍｅｂｍｍｎ ｍｈｃ ｇｍ ｍｓｓｍｄｅｍｎ．ｉ ｇｍ 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)利用無(wú)線信道的廣播特性［１］，無(wú)線信號(hào)的一次發(fā)送可被一個(gè)或多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)所接

收中繼節(jié)點(diǎn)位于源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間其根據(jù)信道的質(zhì)量來(lái)選擇轉(zhuǎn)發(fā)收稿日期：２０１１１０２０．作者簡(jiǎn)介：呂政１９８４男博士生劉海濤通信作者男教授博士生導(dǎo)師． 基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究規(guī)劃資助項(xiàng)目國(guó)家科技重大專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目．網(wǎng)絡(luò)時(shí)間 網(wǎng)絡(luò)地址 西安交通大學(xué)學(xué) ＤＦ）或放大轉(zhuǎn)發(fā)，方式［２３］對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理目的節(jié)點(diǎn)將直接收到的數(shù)據(jù)與中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并從而獲得了空間分集提高了系統(tǒng)的吞吐量［４６］．網(wǎng)絡(luò)編碼［７］同樣是利用了無(wú)線信道的廣播特性其通信的一次傳輸可被多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)所接收數(shù)據(jù)經(jīng)中間節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編碼后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)在多播網(wǎng)絡(luò)中用不同的網(wǎng)絡(luò)編碼方法可以使網(wǎng)絡(luò)的吞吐量達(dá)到最大流最小割定理的上界在多跳網(wǎng)絡(luò)［８］和雙向數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)［９］中能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)的性能．協(xié)作通信能抵抗信道網(wǎng)絡(luò)編碼能大幅提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量二者結(jié)合能夠進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的性能文獻(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)編碼用于協(xié)作通信從而達(dá)到了與傳統(tǒng)協(xié)作方法相同的空間分集度減少了硬件成本文獻(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)編碼和信道編碼用于用戶協(xié)作通信并且分析了通信系統(tǒng)中２個(gè)用戶相互協(xié)作時(shí)的中斷概率文獻(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)編碼用于雙向數(shù)據(jù)交換的正交頻分多址（ＯＦＤＭＡ）網(wǎng)絡(luò)來(lái)研究網(wǎng)絡(luò)編碼方案和算法．文獻(xiàn)假設(shè)從用戶到協(xié)作節(jié)點(diǎn)的上行鏈路是完全可靠的所以其協(xié)作機(jī)制和分析結(jié)果僅適用于假設(shè)場(chǎng)景而在實(shí)際系統(tǒng)中用戶到協(xié)作節(jié)點(diǎn)的上行鏈路并非完全可靠文獻(xiàn)方案盡管可以節(jié)省硬件成本但是犧牲了網(wǎng)絡(luò)吞吐量本文在鏈路不可靠的前提下研究了通信系統(tǒng)中具有特定協(xié)作節(jié)點(diǎn)的協(xié)作方案結(jié)果是將聯(lián)合信道網(wǎng)絡(luò)編碼引入到特定協(xié)作節(jié)點(diǎn)的通信系統(tǒng)中并為此建了信道的協(xié)作機(jī)制結(jié)合香農(nóng)信道容量計(jì)算了系統(tǒng)的中斷概

目的節(jié)點(diǎn)均收到在第２階段協(xié)作節(jié)點(diǎn)用符號(hào)Ｃ表示對(duì)收到的數(shù)據(jù)先進(jìn)行信道譯碼再根據(jù)譯碼的結(jié)果有選擇地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼當(dāng)２個(gè)用戶的數(shù)據(jù)被正確地譯碼時(shí)網(wǎng)絡(luò)編碼才可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼是先采用異或的方式進(jìn)行處理即作為中繼的協(xié)作節(jié)點(diǎn)對(duì)用戶ＡＢ的數(shù)據(jù)進(jìn)行異或處理后得到ＸＡＸＢ再對(duì)ＸＡＸＢ進(jìn)行信道編碼得到＝ＡＸＡＢ２＝１αＮ２ｋ×Ｎ２矩陣ＸＢ：用戶ＡＢ為目的節(jié)點(diǎn)Ｄ發(fā)送的數(shù)據(jù)圖１聯(lián)合信道網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)作通信模圖２聯(lián)合信道網(wǎng)絡(luò)編碼的工作框率分析了能量受限情況下的能量分配碼率分配對(duì)

假設(shè)

為２個(gè)階段的系統(tǒng)總協(xié)中斷概率的影響給出了分配系數(shù)的取值范圍１系統(tǒng)描１．１

節(jié)點(diǎn)的占總功率的比例為β（能量分配系數(shù)若２個(gè)用戶的相同則二者的能量分為配系數(shù) １協(xié)作節(jié)點(diǎn)Ｃ每ｔ 為２聯(lián)合信道網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)作通信模型如圖

用戶每 １βＰ示聯(lián)合信道網(wǎng)絡(luò)編碼的工作框圖如圖２所示用戶向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)分為２個(gè)階段在第１階段，用戶Ｂ采用線性分組碼機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編

１αＮＰ表示點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信時(shí)每１．２

的碼并將數(shù)據(jù)分割成若干編碼組每個(gè)編碼組的ｔ數(shù)為每次對(duì)一個(gè)編碼組進(jìn)行信道編碼即Ｘｉ＝

假設(shè)系統(tǒng)中所有無(wú)線信道相互獨(dú)立并屬于服從瑞利分布的準(zhǔn)靜態(tài)信道理論上則可認(rèn)為每個(gè)階段內(nèi)信道保持不變信道模型為為的長(zhǎng)度 １為碼率分配比例表示協(xié)作 Ｐ 點(diǎn)的協(xié)作程度Ｎ為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接通信時(shí)的包長(zhǎng)度．編碼結(jié)束后２個(gè)用戶用時(shí)分復(fù)用信道發(fā)送數(shù)據(jù)

于信有廣播特性所有Ｘ′可能被協(xié)作節(jié)點(diǎn)式中ｊ為ｊ端接收到的信號(hào)∈Ｄ為目的節(jié)點(diǎn)ｉ為ｉ端的∈ＡＢｊ＝ｇｉｊ／ｖ為ｉ到ｊ的信道增益ｇ為服從參數(shù)σ的

第４ 呂政等協(xié)作通信中聯(lián)合信道網(wǎng)絡(luò)編碼的性能分析與資源分 利分布且｜ｈ｜２服從均值為 σ／ｄｖ的指數(shù) 點(diǎn)協(xié)作機(jī)制 ｉｊ布ｖ為ｉ與ｊ之間的距離ｖ＝３～為路徑衰減因子ｉ為單位能量的調(diào)制符號(hào)ｊ為接收端均值為０且方差為Ｎ０的加性高斯白噪聲２中斷概率分析定義系統(tǒng)的中斷概率如下當(dāng)２個(gè)用戶中至少有一個(gè)的數(shù)據(jù)未被Ｄ接收但已成功時(shí)系統(tǒng)發(fā)生中斷系統(tǒng)發(fā)生中斷的概率為系統(tǒng)中斷概率．在發(fā)送數(shù)據(jù)的第１階段Ｂ用編碼矩陣

用戶到Ｃ的信道有下述４種情況情況１Ｃ能正確Ａ和Ｂ的數(shù)據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)在正確Ａ和Ｂ的數(shù)據(jù)之后計(jì)算網(wǎng)絡(luò)編碼包ＸＡＸＢ然后用新的碼字進(jìn)行信道編碼并發(fā)送數(shù)據(jù)因?yàn)椴捎茫玫木W(wǎng)絡(luò)編碼包能有效降低網(wǎng)絡(luò)的中斷概率在ＡＢ和Ｃ的數(shù)據(jù)中如果接收到其中任意個(gè)數(shù)據(jù)便可正確恢復(fù)所有數(shù)據(jù)則中斷概率ｐＤＤ１將數(shù)為ｋ的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼編碼包的長(zhǎng)度Ｎ１

１

１

ＢＤ Ｎ，碼率 Ｒ為直接采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通

Ｄ時(shí)的碼率根據(jù)香農(nóng)定理知ｉ與ｊ之間的無(wú)線信道＝ｂ＝ｂ０Ｐ式中∈Ｄ根據(jù)１．１節(jié)的描述

２ｐＡＤｐＢＤｐＣＤ１ｐＡＣ１ｐＢＣ）情況２對(duì)于ＡＢ的數(shù)據(jù)均不能正確這種情況將為沒(méi)有協(xié)作的情況所以Ｃ在第２階段沒(méi)有任何動(dòng)作該情況下的中斷概率為Ｄ ｐＡＣｐ１βＰ ＝ＰＴ則信道 情況３Ｃ能成 Ａ的數(shù)據(jù)不 Ｂ的 據(jù)這種情況 為傳統(tǒng)協(xié)作機(jī)制的情況因?yàn)榱靠筛膶?xiě)為 ２１ α當(dāng)實(shí)際的傳輸速率超出了香農(nóng)信道容量時(shí)可以認(rèn)為傳輸發(fā)生中斷中斷概率為Ｒ

僅收到Ａ的數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼所以Ｃ僅能協(xié)助Ａ發(fā)送數(shù)據(jù)該情況下的中斷概率為ＢＤ１１情況４Ｃ僅能協(xié)助Ｂ發(fā)送數(shù)據(jù)該情況下的中斷ｐｉｊ＝Ｐｒｊ＜α ｐ＝ ＋ｐｐ１ｐ１ｐ ＢＤ ＢＣ ｈ２１ ）Ｒ αｒＳＮＲ＜

綜上４種情況

總的中斷概率為

ｒｉ （ｊ

）Θ１１ 因此式可改寫(xiě)ｐｉｊ＝１ｅｘｐ（Θ１／Γｉｊ） 在發(fā)送數(shù)據(jù)的第２階段如果Ｃ能成功接收并ＡＢ的數(shù)據(jù)那么可采用新的編碼矩陣Ｇ２

下面計(jì)算了沒(méi)有協(xié)作節(jié)點(diǎn)時(shí)的系統(tǒng)中斷概率．為了公平起見(jiàn)假設(shè)系統(tǒng)的總能量依然是其平均分配給３個(gè)用戶Ｂ到Ｄ的中斷概率相同，ｉＤ行信道編碼，碼率為

１αＮ

Ｐｂ１＋｜ｈ｜２ ＜Ｒ

ｒ（ ２ＮＮ）

Θ２＝１

Ｃ到Ｄ的中斷概率為

２Ｒ＝ １

ＲＣＤ

Θ２Ｒ本文未假設(shè)ＡＢ到Ｃ的信道是完全可靠的 Ｒ實(shí)際系統(tǒng)中Ｃ可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇［１３１４］，所

式中＝

１根據(jù)定義系統(tǒng)的中斷概率為用戶到Ｃ間的信道不可能是完全可靠的第階段Ｃ的行為取決于其與用戶之間的信道質(zhì)量因此本文在信道不可靠的情況下提出了節(jié)

１ｐＡＤ１ｐＢＤ 西安交通大學(xué)學(xué) ３數(shù)值分析與討論假設(shè)＝ｔ·ｓ１·Ｈｚ１（這是實(shí)際系統(tǒng)中常見(jiàn)的碼率盡管每條鏈路的信道增益隨機(jī)分布但是增益的均值可視為相同．不失一般性假設(shè)σ＝１，那么Γ為了 研究又設(shè)Ａ到Ｃ和的距離分別為１ｍ和２ＣＡＤ＝ΓＢＤ將其代入式

圖４αβ０．２時(shí)ｒＳＮＲ與ｐｎ的關(guān)

的可靠性

的合理取值范圍為 １ｅｘ（

ＡＤ

當(dāng)β＝２．０時(shí)用戶的碼率也不能太高如果太ｐＣＤ＝１ｅｘｐ（Θ２）采用上述參數(shù)并在ｂ中進(jìn)行了數(shù)值仿的關(guān)系從圖可以看出第階段用戶的碼率不能分配得過(guò)大否則通信將為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信中斷概率也比較高Ｃ的能量也不能分配得過(guò)多因?yàn)檫@將使得用戶的能量過(guò)少?gòu)亩沟糜脩舻剑煤停牡纳闲墟溌返目煽啃越档痛藭r(shí)即使Ｃ到Ｄ的信道質(zhì)量比較好系統(tǒng)的整體性能也會(huì)降低０．６＜α＜時(shí)ｎ足夠小該β略小于文獻(xiàn)中的情況這是因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)中用戶

高Ｃ不能充分發(fā)揮作用系統(tǒng)將為無(wú)協(xié)作系統(tǒng)．到Ｃ的信道并不可靠用戶需要分配的能量才能保證系統(tǒng)的性能．

圖５

１０ｄＢ時(shí)αβ對(duì)系圖３ｐｎ與βα的關(guān)圖４為β０．２時(shí)ｒＳＮＲ與ｐｎ的從圖４可以看出即使不能保證用戶到Ｃ的信道質(zhì)量采用本文的聯(lián)合信道網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)作方案依然能獲取空間分集從而大幅降低了系統(tǒng)的中斷概率．

本文將網(wǎng)絡(luò)編碼與信道編碼相結(jié)合并應(yīng)用于有特定協(xié)作節(jié)點(diǎn)的協(xié)作通信系統(tǒng)中同時(shí)重點(diǎn)研究了系統(tǒng)的αβ與ｐｎ的關(guān)系給出了合理的推導(dǎo)出了ｐｎ的表達(dá)式針對(duì)實(shí)際的協(xié)作通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真結(jié)果表明在能量受限和調(diào)制方式固定的情況下合理的安排能量和碼率可有效減小系統(tǒng)的中斷概率即使用戶到協(xié)作節(jié)點(diǎn)的上行鏈路不完全可靠，采用本文的聯(lián)合信道網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)作機(jī)制依然能獲得空間分集．參考文獻(xiàn)１］ｎｏｒＥｎ圖５為 ＝１０ｄＢ時(shí)α、對(duì)系統(tǒng)的影響從 ５可以看出當(dāng)時(shí)β與ｐｎ的關(guān)系呈拋物 狀此時(shí)Ｃ的能量不能分配得太多因?yàn)檫@將使用戶能量減少不能保證用戶到Ｃ和Ｄ的上行鏈 ＳＵｇＳＡＤＷＫＡＫＵｎｎｓｍｎｅ第４ 呂政等協(xié)作通信中聯(lián)合信道網(wǎng)絡(luò)編碼的性能分析與資源分 ３］高貞貞，，徐靜．放大轉(zhuǎn)發(fā)異步協(xié)作通信系統(tǒng)中的差分空時(shí)頻傳輸方案西安交通大學(xué)學(xué)，６６２６６． Ｏｌｎｄｅｓｆｎｇ］ｎ：ｔ Ｅ］ｎｔⅡｎａｓｅｓＥ６］ｅｓｌｄｎｉａｎＥｎｕａ７］ＩｔｗＥｎｎ］ｓｒｔｕｃｇ］ｎｓｈｒ］Ｎｓｄ．ａ］ｅｓｉｓｒ［１２］ＸＵｉｙｎＯＦＤＭＡｓ：ｎｆｓＯＣＯＭ．，

］ＮｅＥｎｉｎｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥｄ，．本相關(guān)文獻(xiàn)線性檢測(cè)中的最優(yōu)空時(shí)編碼設(shè)計(jì)與分析６無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用機(jī)會(huì)式網(wǎng)絡(luò)編碼的廣播重傳方法毫米波通信系統(tǒng)中利用隨機(jī)近的波束賦形算法利用均勻線陣實(shí)現(xiàn)高移動(dòng)性通信系統(tǒng)中的多普勒補(bǔ)償．２寬帶移動(dòng)通信低成本組合姿態(tài)確定算法：用于傳輸?shù)淖赃m應(yīng)分級(jí)正交幅度調(diào)制不等保護(hù)法．針對(duì)驅(qū)動(dòng)型傳感器網(wǎng)絡(luò)的多路徑編碼路由協(xié)議．２０１０，放大轉(zhuǎn)發(fā)異步協(xié)作通信系統(tǒng)中的差分空時(shí)頻傳輸方案．２一種相鄰節(jié)點(diǎn)協(xié)作的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸方案．２００９，一種正交調(diào)制協(xié)作系統(tǒng)的功率分配方法８一種相鄰節(jié)點(diǎn)協(xié)作的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸方案放大轉(zhuǎn)發(fā)異步協(xié)作通信系統(tǒng)中的差分空時(shí)頻傳輸方案．２一種基于放大轉(zhuǎn)發(fā)的中繼選擇策略３．一種通信有限狀態(tài)機(jī)的測(cè)試及其錯(cuò)誤診斷４一種防破壞廣播型通信網(wǎng)的多路訪問(wèn)協(xié)議跳時(shí)Ｍ．２編 苗凌第33卷第222013年11

ACTAECOLOGICA

lNo．Nv:05846/李向陽(yáng)．太湖湖岸帶浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力特征及影響因素．生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33(22):7250258．CaiLL，ZhuGW，LiXYCharacteristicofphytonktonprimaryproductivityandinfluencingfactorsinlittoralzoneofLakehuActaEcologicaSinica，2013，33(22):72507258．太湖湖岸帶浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力特征及影響因素12，*李向陽(yáng)(1無(wú)錫市太湖湖泊治理公司，無(wú)錫214063;2中國(guó)地理與湖泊湖泊與環(huán)境國(guó)家，:利用高頻溶解氧監(jiān)測(cè)估算了太湖梅梁灣湖岸帶浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的高頻變化特征。結(jié)合同步氣象監(jiān)測(cè)及浮游植物、浮游動(dòng)物和營(yíng)養(yǎng)鹽的逐周觀測(cè)數(shù)據(jù)分析了氣象和環(huán)境條件對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)高頻溶解氧監(jiān)測(cè)估算的初級(jí)生產(chǎn)力變化與浮游藻類生物量的變化一致能夠反映出浮游植物生產(chǎn)力的晝夜變化季節(jié)變化等規(guī)律。統(tǒng)計(jì)分析表明氣溫對(duì)太湖這一富營(yíng)養(yǎng)化湖泊初級(jí)生產(chǎn)力影響很大;氮的供給與浮游動(dòng)物的選擇性牧食也是影響浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的重要因素。湖岸帶的堆積過(guò)程對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力影響巨大氣象水文過(guò)程又加劇了藍(lán)藻初級(jí)生產(chǎn)力的變化幅度反映出富營(yíng)養(yǎng)化湖泊初級(jí)生產(chǎn)力可能存在極大的時(shí)空不均一性。研究表明溶解氧高頻監(jiān)測(cè)法估算初級(jí)生產(chǎn)力能夠捕捉到湖泊初級(jí)生產(chǎn)力的快速變化過(guò)程可以用于富營(yíng)養(yǎng)化湖泊初級(jí)生產(chǎn)力監(jiān)測(cè)藍(lán)藻 中。:浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力;太湖;高頻自動(dòng)監(jiān)測(cè);藍(lán)藻CharacteristicofphytonktonprimaryproductivityandinfluencingfactorsinlittoralzoneofLakeTaihuWuxiTaihuLakeManagementLimited，WuxiStateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment，NanjingInstituteofGeographyandLimnology，AcademyofSciences，Nanjing:Inthelakeslackinghigheraquaticnts，phytonktonisthemostimportantprimaryproducer，andthebasisofmaterialcirculationandenergyflowintheaquaticecsyes．Knowledgeofphytonktonprimaryproductivityanditsinfluencingfactorsisfundamentaltotheunderstandingoflakeecosystemdynamicsandtheassessmentoflakeecosystemservicefutis．Althoughphytonktonprimaryproductivityinlakeshadfrequentlybeenmonitoredandestimatedusingtheblack-and-whitebottles，carbonisotope，remotesensingandopticaldata，therehasalimitedknowledgeforphytonktonprimaryproductivityhigh-frequencyvariationandinfluencingfcrsInourstudy，weyzedphytonktonprimaryproductivitycharacteristicsandinfluencingfactors，usingthehighfrequencymonitoringdataandsynchronousinsituobservationdatainlittoralzoneofMeiliangBay，LakeTaihuin0．BecausethehighfrequencyautomaticmonitoringdatawasmissingfromMaytoJuly，weusedscreeninghighfrequencymonitoringdissolvedoxygendatatoestimatedphytonktondailyprimarypodcvy．WeeklyresultsshowedthatthelowestphytonktonprimaryproductivitywasrecordedduringtheperiodfromFebruarytoAprilwiththemeandailygrossproductivity(GPP)lessthan020mgO·L1·h1．DuringtheperiodfromAugusttoOctober，phytonkton2productivityraised，anditreachedthehighestthroughouttheyearinthesecondweekofSeptemberwith基金項(xiàng)目:國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2012ZX07101010，2012ZX07101013);中國(guó) 五資助項(xiàng)目(NIGLAS );工信部科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2010ZX03006006)收稿日期:201207 修訂日期:201306*通訊作者CorrespondingauoEmail:gwzhu@nga．a(chǎn)22 等:太湖湖岸帶浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力特征及影響因素 almeandailyGPPof134mgO·L1·h1，netecosystemproductivity(NEP)of044mgO·L1·h1．During periodfromNovembertoDecember，phytonktonprimaryproductivityreducedwithdecreasingwaterepeaureCorrelationysisshowedthatthesignificantrelationshipswerefoundbetweenmaincomponentsof(Cyanophyta，Chlorophyta，andBacillariophyta)andGPP，NEP，andthetrendofphytonktonprimaryproductivitywassimilarwiththechangeofphytonktonboasThusthediurnalandseasonalvariationsofphytonktonprimaryproductivitycanbereflectedbythehighfrequencymonitoringdissolvedoxygen，makingitisfeasibletocalculatephytonktonprimaryproductivityusinghighfrequencyalgalbloomdaStatisticalysisalsoshowedthatwatertemperatureisanimportantfactorinfluencingthechangeofphytonktonprimaryproductivityinLakeau．Thesupplyofnitrogenandtheselectivitypreyofzoonktonwerealsoimportantforthevariationsofphytonktonprimarycvy．Thespecialtopographicoflakeshoreyedanessentialroleinprogressofalgalpiled，thenimpactedprimaryproductivity;andthischangewasexacerbatedbymeteorologicalandhydrologicalprocesses，whichreflectedspatialandtemporalheterogeneityofphytonktonprimaryproductivityofeutrophickeBasedonthemeteorologicalfactorsdataduringtwoalgaeaccumulatingperiodsinAugustandDecember，primaryproductivitychangesaresignificantlyinfluencedbymeteorologicalcsIftherewerelargeamountsofalgaewithCyanobacteriaasthedominantspecies，adequatesunlighttopromotephytonktonproliferatingquickly，andsteadywindtodrivealgaeaccumulating，phytonktonprimaryproductivitysignificantlyincreasedinthelakeshoregn．ThehighfrequencydissolvedoxygenmonitoringcancapturethosealgaeaccumulatingpocesThusthehighfrequencydissolvedoxygenmonitoringcanbeusedinthemonitoringofphytonktonprimaryproductivityandthewarningofalgalbloomdser:phytonktonprimaryproduction;LakeTaihu;automaticmonitoringofhigh-frequency;Microcystis浮游植物作為湖泊中最主要的初級(jí)生產(chǎn)者是整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的基礎(chǔ)。湖泊浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的高低決定了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性］了解浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的變化規(guī)律對(duì)認(rèn)識(shí)湖泊生態(tài)過(guò)程具有重要的意義。浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的測(cè)定方法有黑白瓶測(cè)氧法碳同位素示蹤法2］。黑白瓶測(cè)氧法簡(jiǎn)便易行但受天氣影響且受野外觀測(cè)條件的限制4］。碳同位素法耗時(shí)短更為精確但是由于同位素的放射性而受到應(yīng)有的限制。近年來(lái)又發(fā)展了利用遙感影像數(shù)據(jù)光學(xué)數(shù)據(jù)估測(cè)藍(lán)藻中浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)力方法6］但遙感影像的獲取受天氣影響較大數(shù)據(jù)保證率很低。另外上述方法均有過(guò)程觀測(cè)不連續(xù)以某一時(shí)段數(shù)據(jù)估算全天的弊端無(wú)法了解生產(chǎn)力的日變化過(guò)程?；谌芙庋?DiolvedOygen簡(jiǎn)稱DO)等參數(shù)高頻監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上ole等aann等建立了利用DO高頻數(shù)據(jù)估算湖泊浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的方法9］可以監(jiān)測(cè)湖泊生產(chǎn)力的快速變化過(guò)程?；谠摲椒═ai1］通過(guò)研究帶高山湖泊初級(jí)生產(chǎn)力季節(jié)變化發(fā)現(xiàn)夏秋季節(jié)臺(tái)風(fēng)是影響浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的主要因素。由于湖泊初級(jí)生產(chǎn)力的影響因素復(fù)雜包括浮游動(dòng)物的選擇性捕食1］懸浮物濃度的增減［13］以及溫度和光合有效輻射的日變化［14］因此通過(guò)高頻監(jiān)測(cè)水體DO獲得多因素影響下的浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力變化規(guī)律對(duì)認(rèn)識(shí)湖泊生態(tài)過(guò)程具有很大的幫助本文以太湖梅梁灣為研究對(duì)象利用高頻自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)估測(cè)了湖岸帶浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的變化結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析探討了太湖浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的影響因子為大型湖泊藍(lán)藻的防治提供科學(xué)依據(jù)。11梅梁灣位于太部(圖1)是太湖富營(yíng)養(yǎng)化最嚴(yán)重的水域之一［15］。湖岸帶是藍(lán)藻最容易堆積的 生態(tài)學(xué) 332009年12月—2010年12月在梅梁灣太湖站棧橋橋頭(離岸230m)(圖1)，布設(shè)包括氣象水質(zhì)在內(nèi)的高頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)其中氣象系統(tǒng)為芬蘭Vaisala520型微氣象站參數(shù)包括輻射有效強(qiáng)度(PAＲ)、降水、風(fēng)速風(fēng)向等水質(zhì)儀器為YSI6600V2型水質(zhì)儀，Temperature象和水質(zhì)的監(jiān)測(cè)頻率為15min次。另外用于水質(zhì)化學(xué)分析和浮游生物的水樣每周1次分析水體水樣時(shí)用內(nèi)徑11cm高120cm的有機(jī)玻璃采部分帶回測(cè)定懸浮顆粒物濃度(SuspendedSolidSS)、顆粒物有機(jī)質(zhì)OSS［16］，以及總氮

圖1采樣點(diǎn)位g．1Locationofsampling4(TN)、總磷(TP)、溶解性總氮(DTN)和溶解性總磷(DTP)濃度［17］。氨氮(NH-N)采用荷蘭SkalarSystemSAN++型流動(dòng)分析儀測(cè)定。葉綠素a(Chlorophylla，簡(jiǎn)稱Chla)測(cè)定采用熱乙醇提取法［18］。分取水樣通過(guò)魯哥試劑固定法獲得浮游植物標(biāo)本。另外同樣方法獲得表層100cm水體水樣10L25號(hào)浮游生物網(wǎng)過(guò)濾濃縮福爾固定獲得浮游動(dòng)物標(biāo)本。4浮游植物鑒定及生物量估算采用01mL浮游植物計(jì)數(shù)框顯微鏡觀察獲得浮游動(dòng)物的鑒定及估算則用5mL計(jì)數(shù)框獲得。藻類生物［19］輪蟲(chóng)［20］橈足類［21］生物量估算根據(jù)其自身相近幾何形狀的體積計(jì)算，然后按照1gmm3的密度換算為生物量。枝角類的生物量根據(jù)體長(zhǎng)-體重回歸方程換算［22］。文中的生物量皆為濕重。采用Mcnaughton優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y)確定浮游植物優(yōu)勢(shì)種［23］。 2 初級(jí)生產(chǎn)力包括總初級(jí)生產(chǎn)力(GrossPrimaryProductivity簡(jiǎn)稱GPP)和凈初級(jí)生產(chǎn)力(NEP)。依據(jù)文獻(xiàn)［9-10］夜間DO變化(ΔO)僅由呼吸作用(Ｒ)和氣-液交換引起由氣-液平衡矯正后的溶解氧變化ΔO估算DO變化(ΔO2日)由NEP與氣-液交換共同作用形成，ΔO2日是NEP的度量指標(biāo)假定日夜呼吸作用相同GPP。鑒于光合作用只能在有光時(shí)發(fā)生設(shè)定PA10μmol·s－1m－2為日間其余為夜間。所涉2 Ｒ夜=ΔO2夜+D (NEP=ΔO2日－D (GPP=NEP+Ｒ夜+Ｒ夜=NEP+2×Ｒ (式中，D夜D日分別為夜間白天氣-液平衡時(shí)大氣補(bǔ)給到水體中的O2量正值表示水體從大氣中吸收O2，負(fù)值表示水體向大氣中釋放O2。氣-液平衡時(shí)大氣補(bǔ)給到水體中的O2量可以由以下估算: D=k(O－D)/Z(μmol·m－3·h－1 mL－1h－1后參與計(jì)算。式中Z是水體混合層深度(m1℃時(shí)可以認(rèn)為該層以上為混合層。O2為測(cè)定濃度，O2sat是一個(gè)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)海拔水體溫度相關(guān)的理論值由下面式子Ln(O2sat(t))=2217t615×10－10alt206t2．72×10－4t2209×10－6 (式中，alt為海拔33m;t為即時(shí)水溫WTk為擴(kuò)散系數(shù)是氣-O2交換速率(mhk=k600×(SCoxy/600)－2/3或者k=k600×(SCoxy/600) (當(dāng)界面為光滑表面V＜3ms時(shí)kSCoxy2/3成正比粗糙表面風(fēng)速＞3ms)時(shí)，kSCox1/222 等:太湖湖岸帶浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力特征及影響因素 比。k600為Sidt數(shù)在600時(shí)的系數(shù)值k600可以用風(fēng)速來(lái)估算風(fēng)速過(guò)大時(shí)DO受外界影響較大不宜于來(lái)估算初級(jí)生產(chǎn)力的變化剔除風(fēng)速＞10m/s的數(shù)據(jù)［13］。按照Wanninkhof［24］研究海洋上風(fēng)速與氣-液交換關(guān)k 與風(fēng)速呈正比這里取k =031V2。 SCoxyO2的氣-液交換系數(shù)與水體溫度有關(guān) =0601378t20 (7個(gè)式子得到GPPＲ和NEP由建等1］張運(yùn)林等52］利用黑白瓶法測(cè)定太湖梅梁灣初級(jí)生產(chǎn)力分層結(jié)果可知太湖最大初級(jí)生產(chǎn)力在水下0．2m所以選取0．2m深處的DO來(lái)估算梅梁灣湖岸帶初級(jí)生產(chǎn)力。太湖為典型淺水湖泊湖岸2m26］1 利用SAS統(tǒng)計(jì)軟件分別對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力與各項(xiàng)理化生物因素進(jìn)行相關(guān)性分析。為去除隨機(jī)因素的影響，首先利用統(tǒng)計(jì)方法刪除異常值對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)通過(guò)檢驗(yàn)的因素參與相關(guān)性分析。為消除量綱的影響且使數(shù)據(jù)更符合正態(tài)性分布對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi)n(x+1)標(biāo)準(zhǔn)化后再進(jìn)行Pearon相關(guān)分析得到相關(guān)系數(shù)矩陣。 由浮游植物生物量的逐周變化趨勢(shì)可以看出浮游植物生物量全年平均值為11．63mg/L最高達(dá)184．61mg/L最小值為0．15mg/L4月下旬—6月初其生物量很小浮游植物生物量小于1．00mg/L;6月中旬溫度增長(zhǎng)至25℃以上藍(lán)藻開(kāi)始迅速增長(zhǎng)并很快形成絕對(duì)2］;8月12日出現(xiàn)大規(guī)模藍(lán)藻堆積浮游植物生物量高達(dá)184．61mg/L9月10月浮游植物生物量逐步下降12月份再次出現(xiàn)高值(22 利用篩選之后的自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)換算得到的8—

圖2200912201012太湖梅梁灣浮游植物生物量逐周變化ig2WeeklyvariationofphytonktonbiomassinMeiliangBay，LakeTaihuduring200912and201012NEP與GPP的季節(jié)變化同步。建等［14］利用黑白瓶法測(cè)定結(jié)果顯示7月的GPP最高12月最低。而張運(yùn)林等［25］測(cè)的年內(nèi)4次初級(jí)生產(chǎn)力由5月到12月依次降低。對(duì)比高頻DO數(shù)據(jù)估算的初級(jí)生產(chǎn)力與浮游植物生物量的逐周變化可以看出(圖2圖3類似。2—4月水體中浮游植物豐度生物量均較低且活性較弱初級(jí)生產(chǎn)力水平很低，GPP均低于020(mg1Ｒ1 2大氣補(bǔ)給。8月份浮游植物生物量有極高值出現(xiàn)顯著高于前后階段而8月份初級(jí)生產(chǎn)力與910月份差別不顯著。9月第2周GPPＲ與NEP達(dá)全年最高值分別為134044046(mgO·L－1·h－1))。11—12月2利用高頻自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)估測(cè)初級(jí)生產(chǎn)力表現(xiàn)為:8—10月份最高11—12月份次之2—4月份最低;藍(lán)藻生物量的變化趨勢(shì)與之類似而綠藻硅藻的變化趨勢(shì)則相反。相應(yīng)的藍(lán)藻與GPPＲ呈顯著正相關(guān)綠藻硅藻與GPPNEP均呈顯著負(fù)相關(guān)(表1)。由此可見(jiàn)利用高頻DO數(shù)據(jù)估算的初級(jí)生產(chǎn)力能夠反映太湖的23 生態(tài)學(xué) 33對(duì)GPＲNP與物理因子(T風(fēng)速PAＲ、OSS)營(yíng)養(yǎng)鹽(TNDTNNH4NTPDTP)及生物因子(hla浮游動(dòng)物生物量)等環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)矩陣如表2所示。物理因子中以T的影響最大化學(xué)因子中以TNDTN濃度的影響較大;生物因子中以枝角類的攝食對(duì)GP影響最大以枝角類橈足類對(duì)Ｒ的影響最大。2 監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示出現(xiàn)8月12日12月8日兩次浮游植物異常堆積且絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種均為藍(lán)藻。期間監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)

圖3太湖梅梁灣浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力變化趨ig3AnnualtrendsofphytonktonPPinMeiliangBay，LakeTaihu大量的浮游植物生物量(分別為8461051mg

GPP9219911993年GPP，引自文獻(xiàn);GPP981998LChla也都出現(xiàn)了極高值(分別為90751534.04μgL)12月的Chla顯著高于8月但12月的浮游植物生物量初級(jí)生產(chǎn)力明顯低于8月。選取月7—15日和12月3—11日兩個(gè)時(shí)段內(nèi)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力進(jìn)行逐日分析表 估算的初級(jí)生產(chǎn)力與同期環(huán)境因子之間的相關(guān)系Table1PearsoncorrelationcoefficientmatrixbetweenPPandtherelativeenvironmental總初級(jí)生產(chǎn)力呼吸作用凈初級(jí)生產(chǎn)力數(shù)據(jù)GrossprimaryNetecosystemData水溫WaterTemperature000風(fēng)速Wind000輻射有效強(qiáng)PhotosyntheticallyActiveＲadiation000顆粒物有機(jī)質(zhì)SuspendedOrganicSolid000總氮TotalNitrogen000溶解性總氮DissolvedTotalNitrogen000氨氮NH000總磷TotalPhosphorus000溶解性總磷DissolvedTotalPhosphorus000葉綠素aChlorophyll000輪蟲(chóng)000枝角類Cla000橈足類000*P＜005，相關(guān)顯著＊＊P001，相關(guān)極顯著(雙尾檢驗(yàn)表 浮游植物優(yōu)勢(shì)種生物量與估算的初級(jí)生產(chǎn)力相關(guān)系Table2Pearsoncorrelationcoefficientmatrixbetweenpredominantphytonktonbiomasswith總初級(jí)生產(chǎn)凈初級(jí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)Data藍(lán)藻門(mén)000綠藻門(mén)000硅藻門(mén)000*P005，相關(guān)顯著28月7—13日GPPＲNEP均呈上升趨勢(shì)于13日達(dá)到最高值分別為185053079mgO·L－1·h－1214—15日GPPNEP顯著下降。12月初級(jí)生產(chǎn)力明顯低于8月。123—5日，GPPＲNEP較高分別為0.51013026mgO·L－1·h－1，且基本穩(wěn)定，6—7日迅速下降8日有小幅度升高(圖4)。這表明藍(lán)藻222 等:太湖湖岸帶浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力特征及影響因素 積對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力影響甚大且堆積后期又有下降過(guò)程。同期的氣象和環(huán)境因子變化如圖5。由圖5可知，8月藻類堆積前期(8月7日0:00—9日12:00)各氣象96WT略高于氣溫0889日12:00—10日22:00風(fēng)速略有下降風(fēng)向大幅度改變氣溫WT均有不同程度的下降晝夜溫差減小。藻類堆積中期811—13日風(fēng)速降低(＜4ms)，風(fēng)向較為穩(wěn)定晝夜溫差顯著減小，DO達(dá)到最高值且晝夜西風(fēng)(離岸風(fēng))，DO晝夜差異減小。相比較，12月藻類堆積前后溫度持續(xù)在15℃

圖4藻類異常堆積前后初級(jí)生產(chǎn)力逐日變化ig4DieldistributionofPP duringphytonktonaccumulatedperiod下。藻類堆積前期(123—5日)溫度升高5ms主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)(向岸風(fēng))，隨后(5日12:6日12:00)溫度下降風(fēng)速先降后升主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)橛蓶|風(fēng)轉(zhuǎn)為西風(fēng)圖5藻類堆積前后氣象水文ig5MeanvalueofmeteorologicalandhydrologicalvariablesduringphytonktonaccumulatedperiodinAugustand 討本研究表明太湖梅梁灣濱岸帶8—0月份初級(jí)生產(chǎn)力最高11—2月份次之2—4月份最低(5—7月高頻自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失)(圖3)這與觀測(cè)到的太湖藍(lán)藻的年變化趨勢(shì)以及每周監(jiān)測(cè)的浮游植物生物量數(shù)據(jù)吻合這說(shuō)明本方法獲得的初級(jí)生產(chǎn)力結(jié)果比較可靠且能夠反映全年的初級(jí)生產(chǎn)力的快速變化過(guò)程。與建等1］張運(yùn)林等2］研究相比他們觀測(cè)時(shí)認(rèn)為12月份太湖梅梁灣浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力為全年最低與本研究2010年12月初級(jí)生產(chǎn)力高于3—4月不一致這是因?yàn)橛^測(cè)期間3—4月T比1995—009年 生態(tài)學(xué) 334℃左右降雨量偏多(約為6mm1995—2009年平均值僅為2mm左右［27］，二者共同作用使得3—4月浮游植物生物量很低初級(jí)生產(chǎn)力偏低(圖2，圖3)。本觀測(cè)期間，12月初天氣晴朗(PAＲ60mos－m－2)無(wú)可測(cè)降水浮游植物延續(xù)了秋季的群落結(jié)構(gòu)(以微囊藻為主要優(yōu)勢(shì)種)2］在強(qiáng)光照、低水位等適宜的環(huán)境條件及湖岸帶特殊的地理位置促成了12月份湖岸帶出現(xiàn)大量浮游植物堆積也證明了本估算結(jié)果的可靠性。另外本觀測(cè)點(diǎn)為濱岸帶屬于堆積區(qū)才出現(xiàn)12月份仍出現(xiàn)堆積現(xiàn)象。這也反映了太湖藍(lán)藻初級(jí)生產(chǎn)力空間上的不均一。本研究也證明了浮游動(dòng)物對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的影響。浮游動(dòng)物生物量對(duì)浮游植物密度有顯著影響其中枝角類橈足類對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力有顯著影響(表2)。浮游動(dòng)物中枝角類與GPPＲ顯著相關(guān)橈足類與Ｒ顯著相關(guān)，輪蟲(chóng)對(duì)浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力影響不大這與計(jì)算的初級(jí)生產(chǎn)力時(shí)段(主要為3—4月8—2月)浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)演替及其食性有關(guān)2］。冬春季綠藻硅藻占優(yōu)勢(shì)浮游動(dòng)物(萼花臂尾輪蟲(chóng)角突臂尾輪蟲(chóng))則以捕食單細(xì)胞微型藻類為主。輪蟲(chóng)是以真核藻類細(xì)菌和原生動(dòng)物為主要食物29］8—2月梅梁灣湖岸帶的浮游植物主要以微囊藻群體形式存在該大群體很難被輪蟲(chóng)所攝食所以輪蟲(chóng)對(duì)浮游植物影響不大。夏秋季梅梁灣水體中浮游植物數(shù)量多為浮游動(dòng)物提供了較充足的食物而藍(lán)藻門(mén)種類占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)藍(lán)藻不僅營(yíng)養(yǎng)低，而且阻礙了大型的濾食3］促使小型枝角類橈足類的種類數(shù)量增加3］浮游動(dòng)物(如簡(jiǎn)弧象鼻溞角突網(wǎng)紋溞)以捕食細(xì)菌和有機(jī)碎屑為主的種類為主故枝角類橈足類與Ｒ均顯著相關(guān)。特定的氣象因素與湖岸帶地理環(huán)境有利于浮游植物的大量堆積形成嚴(yán)重的水體污染但浮游植物的大量堆積并不等同于初級(jí)生產(chǎn)力大幅度升高長(zhǎng)期堆積后光合作用能力明顯下降。研究表明高溫強(qiáng)光照有利于藍(lán)藻生長(zhǎng)35］小風(fēng)浪有利于藍(lán)藻生長(zhǎng)或漂浮3］。上述8月藻類堆積前后氣象水文變化情況與之相符:堆積前期氣溫持續(xù)較高持續(xù)強(qiáng)光照風(fēng)速較小風(fēng)向基本一致。高溫充足的營(yíng)養(yǎng)鹽條件下適中的風(fēng)浪過(guò)后藻類的生長(zhǎng)速度將明顯增加如果隨后轉(zhuǎn)為輕風(fēng)溫度適當(dāng)降低則很容易引起藻類在迎風(fēng)岸邊大量聚集形成明顯3］風(fēng)場(chǎng)溫度的改變?yōu)樾纬擅黠@提供良好的條件3］。8月藻類堆積前期以向岸風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向根據(jù)動(dòng)力學(xué)與補(bǔ)償原理持續(xù)的向岸風(fēng)將會(huì)促使湖岸帶出現(xiàn)較強(qiáng)的離岸流于補(bǔ)償流把水底的藻體再次送至水表加劇了藻體堆積程度。浮游植物光合作用產(chǎn)生大量的O2利用DO計(jì)算得到的初級(jí)生產(chǎn)力同步增大。藻類堆積后期風(fēng)速增大風(fēng)向以離岸風(fēng)為主水體中浮游植物豐度下降初級(jí)生產(chǎn)力同步降低。12月溫度持續(xù)在15℃以下遠(yuǎn)低于藍(lán)藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)時(shí)的溫度［40］，仍然形成了異常的藻類堆積，12月8日的Chla含量明顯高于8月12日?？赡苁?2月3—5日均為晴朗天氣(圖5存在較穩(wěn)定的風(fēng)場(chǎng)且延續(xù)了之前藍(lán)藻所形成的浮游植物生物量及其群落結(jié)構(gòu)在合適的氣象條件(強(qiáng)光照低風(fēng)速向岸風(fēng))地理?xiàng)l件(湖岸帶特殊地理環(huán)境)下偏低的WT依然可以形成藍(lán)藻短期異常增殖現(xiàn)象。5日12:00—6日12:00為風(fēng)速先降后升風(fēng)向由向岸風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x岸風(fēng)6—11日湖岸帶水體中已經(jīng)有大量的藍(lán)藻堆積限制了氣-液交換加上隨溫度降低生物活性的下降其生物活性下降(釋放的O2減少其生物量初級(jí)生產(chǎn)力均顯著低于8月份。兩次藻類堆積從發(fā)生到約為1周周期較短。高頻自動(dòng)監(jiān)測(cè)獲得了全過(guò)程數(shù)據(jù)發(fā)揮了本方法的優(yōu)越性。鑒于本方法容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高頻監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)可以為開(kāi)展 ［1］SidikMJ，ＲashedUnNabiM，HopueMADistributionofphytonktoncommunityinrelationtoenvironmentalparametersincagecultureareaofSepanggarayabahalayia．Estuarine，CoastalandShelfScience，2008，80(2):25160［2］NielseES，HansenVKMeasurementswiththecarbon14techniqueoftherespirationratesinnaturalpopulationsofphytonknDeepＲesearch，1953，5(2/4):2223［3］DavisonIＲ．Environmentaleffectsonalgalphotosynthesis:tempaueJournalofPhycology，1991，27(1):2［4］MacedoMF，DuarteP，F(xiàn)erreiraJGTheinfluenceofincubationperiodsonphotosynthesisirradiancecre．JournalofExperimental22 等:太湖湖岸帶浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力特征及影響因素 BiologyandEcology，2002，274(2):1010［5］ZhangYL，QinBQ，ChenWM，ChenYW，GaoGPhytonktonprimaryproductioninspringMeiliangBay，LakeuJournalofLakeSciences，2005，17(1):816［6］ttT，SathyendranathSOceanicprimaryproduction:estimationbyremotesensingatlocalandregionalcaleScience，1988，241(4873):1613620．［7］DuanHT，MaＲH，XuXF，KongFX，ZhangSX，KongWJ，HaoJY，ShangLLTwodecadereconstructionofalgalbloomsin'sLakeihuEnvironmentalScienceandTechnology，2009，43(10):35223528．［8］PaerlHW，HuismanJBloomslikeithoScience，2008，320(5872):578［9］ColeJ，F(xiàn)isherSGAnnualmetabolismofatemporarypondytmAmericanMidlandNaturalist，1978，100(1):152［10］BaannＲW，HoyerMV，CanfieldDEInternalheterotrophyfollowingtheswitchfrommacrophytestoalgaeinLakeApopka，odaHydrobiologia，2000，418(1):21727［11］TsaiJW，KratzTK，HansonPC，WuJT，ChangWYB，ArzbergerPW，LinBS，LinFP，ChouHM，ChiuCYSeasonaldynamics，typhoonsandtheregulationoflakemetabolisminasubtropicalhumickeFreshwaterBiology，2008，53(10):19291941．［12］OdateT，ImaiKSeasonalvariationinchlorophyllspecificgrowthandmicrozoonktongrazingofphytonktoninJapanesecoastalwerJournalofnktonＲesearch，2003，25(12):14971505．［13］YinY，ZhangYL，ShiZQ，LiuXH，F(xiàn)engonggEstimationofspatialandseasonalchangesinphytonktonprimaryproductioninMeiliangBay，LakeTaihu，basedontheVerticallyGeneralizedProductionModelandMODISdtaActaEcologicaSinica，2012，32(11):3528537［14］CaiHJ，ChenYW，CaiQM，GaoXYＲelationsbetweenprimaryproductionofphytonktonandrelativefactorsatmouthofMeiliangBayinTaihuLkJournalofLakeSicence，1994，6(4):34047［15］ChenYW，F(xiàn)anCX，TeubnerK，DokulilMChangesofnutrientsandphytonktonchlorophllainalargeshallowlake，Taihu，:an8yearnveganHydrobiologia，2003，506509:27379［16］JinXC，TuQYInvestigationStandardforLakeutropionBeijing:EnvironmentalSciencePre1990［17］QianJL，ZhangLD，LeMLSimultaneousdeterminationoftotalnitrogenandtotalphosphorusinsoilsbypersulfatedigestionprrtntSoils，1990，22(5):25862［18］ChenYW，GaoXYComparisonoftwomethodsforphytonktonChlorophyllaconcentrationmeaurmetJournalofLakeSciences，2000，12(2):1858．［19］ZhangZS，HuangX．StudyMethodsofFreshwaternknBeijing:SciencePre1991［20］HillebrandH，DürselenCD，KlrschD，PollingherU，ZoharyTBiovolumecalculationforpelagicandbenthicreJournalofPhycology，1999，35(2):40324［21］ChenXM．BiomasscalculationoffreshwateroaCollectedPapersforHydrobiology，1981，7(3):3988［22］HuangXF，HuCYLengthweightregressionequationforcommonspeciesoffreshwaterclaans//PapersofCrustaceanAnimalScience(SeriesⅠ．Beijing:SciencePress，1986:1477［23］McNaughtonS．ＲelationshipsamongfunctionalprosperitiesofCaliformisgralandNature，1967，216(5111):1689［24］WanninkhofＲ．ＲelationshipbetweenwindspeedandgasexchangeovertheocenJournalofGeophysicalＲesearch，1992，97(C5):73732［25］ZhangYL，QinBQ，ChenWM，GaoG，ChenYWChlorophyllacontentandprimaryproductivityofphytonktoninMeiliangBayofTaihuakJournalofAppliedEcology，2004，15(11):2127131［26］SchefferM．EcologyofShallowakeLondon:KluwerAcademicPublishers，2001:331［27］CaiLL，ZhuGW，ZhuMY，YangGJ，ZhaoLLSuccessionofphytonktonstructureanditsrelationshipwithalgaebloominlittoralzoneofMeiliangBay，TaihuakJournalofEcologicalScience，2012，31(4):34551［28］YangZ，KongFX，ShiXL，ShiXL，CaoHSMorphologicalresponseofMicrocystisaeruginosatograzingbydifferentsortsofzooknHydrobiologia，2006，563(1):22530［29］FloresBJ，SarmaSSS，Nandini．EffectofSingleSpeciesorMixedAlgal(ChlorellavulgarisandScenedesmusacutus)DietsonthelifeTableDemographyofBrachionuscaLyciflorusandBrachionuspatulus(Ｒotifera:Brachionidae)．ActaHydrochimicaetHydrobiologica，2005，33(6):6141［30］KimHW，HwangSJ，JooGJZoonktongrazingonbacteriaandphytonktoninaregulatedlargeriver(NakdongＲiver，Korea)．JournalofnktonＲesearch，2000，22(8):1559577［31］JürgensK，WickhamSA，ＲothhauptKO，SanterBFeedingratesofmacroandmicrozoonktononheterotrophicnanolgesLimnologyandOceanography，1996，41(8):18331839．［32］ModenuttiB，QueimalinosC，BalseiroE，ＲeissigMImpactofdifferentzoonktonstructuresonthemicrobialfoodwebofaSouth 生態(tài)學(xué) 33oligotrophiclkeActaOecologica，2003，24(Supplement1):2898［33］PoterKG，Gerri G，OrcuttJDTheeffectoffoodconcentrationonswimmingpatterns，feedingbehavior，ingestion，assimilation，andrespirationbyhaLimnologyandOceanography，1982，27(5):93549［34］FultonＲSIII，PearlHWToxicandinhibitoryeffectsofthebluegreenalgaMicrocystisaeruginosaonherbivorouszoonJournalofnktonＲesearch，1987，9(5):8375［35］KongFX，MaＲH，GaoJF，WuXDThetheoryandpracticeofprevention，forecastandwarningoncyanobacteriabloominLakeahuJournalofLakeSciences，2009，21(3):3148［36］WuXD，KongFXThedeterminationofinsitugrowthratesofthebloomedMicrocystisinMeiliangBay，LakeuEnvironmentalScience，2008，28(6):5525［37］SunXJ，QinBQ，ZhuGW，ZhangZPEffectofwindinducedwaveonconcentrationofcolloidalnutrientandphytonktoninLakeuEnvironmentalScience，2007，28(3):5061［38］ZhuYC，CaiQMThedynamicresearchoftheinfluenceofwindfieldonthemigrationofalgaeinTaihuakJournalofLakeScience，1997，9(2):1528．［39］WangCL，ZhangY，ZhangNH，QianX，KongFXysisofmeteorologicalfactorsofformingfeculentandanaerobicwateraggregationinducedbyalgalbloominTaihuakJournalofEnvironmentalScience，2011，32(2):4018［40］GamierJ，BillenG，CosteMSeasonalsuccessionofdiatomsandChlorophyceaeinthedrainagenetworkoftheSeineＲiver:observationandodeingLimnologyandOceanography，1995，40(4):7505參考文獻(xiàn)［5］張運(yùn)林，秦伯強(qiáng)，陳偉民，陳宇煒，高光．太湖梅梁灣春季浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力．湖泊科學(xué)，2005，17(1):816［13］殷燕，張運(yùn)林，時(shí)志強(qiáng)，劉笑菡，．基于VGPM模型和MODIS數(shù)據(jù)估算梅梁灣浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力．生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，32(11):3528537．［14］建，陳宇煒，蔡啟銘，高錫蕓．太湖梅梁灣口浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力及其相關(guān)因素關(guān)系的研究．湖泊科學(xué)，1994，6(4):3407［16］，．湖泊富營(yíng)養(yǎng)化規(guī)范(第二版)．:中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1990［17］錢(qián)君龍，，樂(lè)美麟．過(guò)硫酸鹽消化法測(cè)定土壤全氮全磷．土壤，1990，22(5):2582［18］陳宇煒，高錫云．浮游植物葉綠素a含量測(cè)定方法的比較測(cè)定．湖泊科學(xué)，2000，12(2):1858［19］章宗涉，黃樣飛．淡水浮游生物研究方法．:科學(xué)，1991［21］陳雪梅．淡水橈足類生物量的測(cè)算．水生生物學(xué)集，1981，7(3):3988［22］黃祥飛，胡春英．淡水常見(jiàn)枝角類體長(zhǎng)—體重回歸方程式//甲殼動(dòng)物學(xué)(第一輯)．:科學(xué)，1986:1477［25］張運(yùn)林，秦伯強(qiáng)，陳偉民，高光，陳宇煒．太湖梅梁灣浮游植物葉綠素a和初級(jí)生產(chǎn)力．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，15(11):21271 ，，朱夢(mèng)圓，楊桂軍，趙林林．太湖梅梁灣湖岸帶浮游植物群落演替及其與形成的關(guān)系．生態(tài)科學(xué)，2012，31(4)3451［35］孔繁翔，馬榮華，高俊峰，．太湖藍(lán)藻的預(yù)防預(yù)測(cè)和的理論與實(shí)踐．湖泊科學(xué)，2009，21(3):3148［36］，孔繁翔．期間太湖梅梁灣微囊藻原位生長(zhǎng)速率的測(cè)定．中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2008，28(6):5525［37］，秦伯強(qiáng)，，．風(fēng)浪對(duì)太湖水體中膠體態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽和浮游植物的影響．環(huán)境科學(xué)，2007，28(3):5061［38］朱永春，蔡啟銘．風(fēng)場(chǎng)對(duì)藻類在太湖中遷移影響的動(dòng)力學(xué)研究．湖泊科學(xué)，1997，9(2):1528［39］王成林，張?jiān)仯t，錢(qián)新，孔繁翔．太湖藻源性“湖泛形成機(jī)制的氣象因素分析．環(huán)境科學(xué)，2011，32(2):4018#$'!!"#$"!"!#!$$A')$ 06$<+-$#$'-GI/!+?+jyk#m?nWo!,. !!' *!E@l[..t~/?N#!""B?Al.// l.:?V?:Ul?#.ln.:::?L+Uu#?.::s????T:Z/!??k????/tqL[.? ]!?~/?????-.fg?/t;:/;/??/nL+????/tqLF?9/;#L?N4o$[???#M/?*Ll?[?/tqP?v?[?? ]F????N? 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