胡泊水体中沉积物检测方案(生态环境遥感)

易科泰生态技术有限 公 司EcoTech易科泰生态技术EcoTech Ecological Technology Ltd. 易科泰生态技术有限 公 司EcoTech易科泰生态技术EcoTech Ecological Technology Ltd. 高光谱成像研究波兰 Zabinskie 湖万年沉积物 2008到2010年，我国处于富营养的湖泊数量已占多数，占调查总数的78.7%，其中，处于轻度富营养、中度富营养和重度富营养湖泊数量分别占调查总数的50.7%、21.3%和6.7%；处于中营养的湖泊数量占调查总数的14.6%，且不断向富营养化湖泊转变；处于贫营养状态的湖泊数量只占调查总数的6.7%，主要分布于青藏高原湖区与云贵高原湖区，我国湖泊富营养化形势已非常严峻。 ——《湖库富营养化防治技术政策》 上一期《易科泰样芯分析技术应用案例》，我们介绍了利用 XRF和 HSI研究波兰东北部 Jaczno半混合湖全新世光养生物群落和缺氧动态的案例，本期将介绍利用这两大技术应用于波兰Zabinskie 湖沉积物推断全新世10，800年间水体初级生产力及混合状况的案例。 全世界湖泊的富营养化和缺氧现象正在增加，但是人类对数千年来湖泊初级生产力和缺氧变化的理解却很有限，需要长期记录以了解湖泊生态系统的自然变异性，并增进对生产力和缺氧驱动因素的了解。瑞士伯尔尼大学地理与 Oeschger 气候变化研究中心的科研人员采用的多代理方法，将高分辨率高光谱成像(HSI)获得的色素数据、XRF数据与超高效液相色谱叶绿素、类胡萝卜素和细菌叶绿素等数据相结合，以研究波兰 Zabinskie 湖沉积物万年尺度内的营养状态变化和缺氧演变。研究结果发表于2020年《Science of the Total Environment》(Ahigh-resolution record of Holocene primary productivity andwater-column mixing from the varved sediments of LakeZabi n skie， Poland) 注： Oeschger 气候变化研究中心是伯尔尼大学卓越的跨学科气候研究中心，该中心成立于2007年，以现代气候研究的先驱 Hans Oeschger 的名字命名，在许多领域处于国际研究的最前沿。 研究亮点 v'E由10，800年沉积物样芯推断水体生产力和缺氧状况vv√ 使用高光谱成像(HSI)对湖泊沉积物色素进行定量 在人类砍伐森林之前，全新世期间缺氧状况持续存在 高光谱成像重建亚年级(季节)尺度生产力和缺氧状况 重点问题 1) 在过去的10，800年中，水体初级生产力和氧气浓度如何变化? 2))自然和人类影响在推动初级生产力或湖泊变化方面发挥了什么作用? 研究方法 该研究使用ITRAXXRFCORSCANNER 在伯尔尼大学对样芯进行扫描(铬管，曝光时间20s，30kV， 50mA)，样芯2.1-0.8m的扫描分辨率为0.5mm， 119.4-2.5m的扫描分辨率为2mm。所有 ( 北京市海淀区高里掌路3号院6号楼1单元101B (100095) Tel. ： +86 1082611269/1572 Fax： +86 1 0 62465844 Http：/ / www.eco-tech. com. cn Email： s al e s@eco- t e ch.com. c n in fo @e c o- t ech. com.cn ) XRF 数据均以每秒计数(cps)计算，然后均质化，以使重叠样芯部分中每个元素的标准偏差和均值相等。根据数据质量和关注点选择关键的 XRF 元素进行分析，解析遵循 Davies 等人 (2015年)利用 XRF 对湖泊沉积物所作的研究以及 Zarczynski 等人(2019年)的研究成果。将钾、锆和钛元素作为集水区成岩输入的代理物，铁、锰、硫和磷作为氧化还原条件改变的指标，铜和磷作为水生产量或有机物含量的指标，钙/钛比率作为内生性方解石的代理物，硅/钛比率作为生物硅的代理物(硅藻和金藻的丰度)。 高光谱成像(HSI)则使用 SPECIMPFD-CL-65-V10E 推扫式高光谱相机按照 Butz 等人的方法完成(2015)，相对吸收带深度 (RABD)指数用于量化与沉积色素相关的吸收特征，以60×60um (像素)分辨率进行测量。RABD655-685max 指数代表 TChl-a(叶绿素a及其衍生物)，并作为总藻类丰度的代表； RABD845 指数代表 Bphe-a(细菌叶绿素)，作为紫色硫细菌(PSB)的特定生物标记。PSB 生活在分层水体的化跃层，需要光和还原后的硫才能进行光合作用，因此，Bphe-a 表明该含氧/缺氧边界存在于该湖的光合带内。通过分光光度计测量值与样品位置的平均 RABD 指数值进行线性回归，将 RABD 指数值换算为真实浓度(ug/g干沉积物) 文章指出 ● 常规方法分析色素费钱费力，将其用于全新世或较大尺度的沉积物分析时，分辨率很低。 ● HSI 技术能够以亚毫米分辨率(即60×60um像素大小)对大量色素基团进行快速定量，并且这项技术已被用于湖泊历史生产力和氧气浓度调查，表现出前所未有的时间分辨率。 HSI 检到到 Bphe-a 在季节尺度内10倍浓度变化，这是其它技术(低分辨率)无论如何也无法实现的。 ● 与HPLC测量相比， TChl-a 的 HSI 测量受样本保存问题的影响更小。 在亚年级分辨率下，沉积物样芯的 HSI 指数具有推断过去环境变化的潜力，未来的研究可以利用这种方法调查变化率、主控因素转换以及其他需要高分辨率技术解决的问题。 研究结果见下图： EcoTech Ecological Technology Ltd. Phase6 Phase 5 Phase 4 Phase 3 Phase 2 Phase 1 11.0- 1.0 1.4 10 1.05 0 2000 2 0 24 o 100 0 0 200 01020 20 0 200 400RABD655-685max RABD845 Ti (cps) In(Si/Ti) P(cps) In(Ca/Ti) S (cps) Mn (10cps) Fe (10 cps) Fe/Mn B Lithotype1 Lithotype 2 Lithotype 4 Lithotype 3 Lithotype 5Productivity +Productivity 4 Productiviy v Productivity +Productivity+Oxygenation OxygenationyOxygenationtOxygenation4t Oxygenation4 Erosion Erosion +1Erosion +Erosion +Erosion MAR MAR Cu Cu Zr Zr Fe Mn Ti Ca K FeMnTiCaK s P SiSi Bphe Bphe ChlChl 99888999888899998889999888999988893Cluster centers (normalized) PC1 x PC2 Bphe 8PC1xPC3 Chl C AR Lithotype令134 Lithotype◇12、5 TChl-a(ug/gaw) A) Lithotype 5 (Phase 6， 2008-2014 CE) 0 300 600 Bphe-a(pg/ga.w)15 5 10 1878- TChl-a(pg/gow) Bphe-a (ug/gaw) 100 200 300>370 10 20 30 238 Calibration range：- 1.00 105 110 1.15 1.20 125 1.00010051.010 1015 1.020 1025 1.030 RABD555-685max RABDs 易科泰生态技术有限 公 司 EcoTech Ecological Technology Ltd. 易科泰生态技术公司提供全面样芯扫描成像分析技术方案： 高分辨率样芯(芯体)扫描成像分析，全面反映二维密度/质地和化学成分分布vvv 岩矿样芯、海洋湖泊沉积样芯、树木年轮样芯等 RGB 扫描成像与 CT 技术密度扫描成像 高光谱扫描成像分析 XRF元素扫描分析 高通量、非损伤 可选配 LIBS 元素分析 主要产品技术： SisuROCK 多样芯高通量高光谱成像扫描分析系统 SisuSCS 单样芯高光谱成像扫描分析系统 SisuCHEMA 高光谱成像分析系统 SpectraScan 高光谱成像扫描分析系统 ITRAX CoreScanner 样芯密度与元素扫描分析系统 ITRAX XRF Scanner 岩矿/湖海样芯元素扫描分析系统 ITRAX MultiScanner 树木年轮分析系统 VIS-NIR P4000 土壤样芯理化性质勘测系统 北京市海淀区高里掌路号院号楼单元 ( Tel.： + Fax： +ttp： //www.eco-tech.com. cn Email： sales@eco-tech. com. cn info@eco-tech. com.cn 2008到2010年，我国处于富营养的湖泊数量已占多数，占调查总数的78.7%，其中，处于轻度富营养、中度富营养和重度富营养湖泊数量分别占调查总数的50.7%、21.3%和6.7%；处于中营养的湖泊数量占调查总数的14.6%，且不断向富营养化湖泊转变；处于贫营养状态的湖泊数量只占调查总数的 6.7%，主要分布于青藏高原湖区与云贵高原湖区，我国湖泊富营养化形势已非常严峻。——《湖库富营养化防治技术政策》 上一期《易科泰样芯分析技术应用案例》, 我们介绍了利用XRF和HSI研究波兰东北部Jaczno半混合湖全新世光养生物群落和缺氧动态的案例，本期将介绍利用这两大技术应用于波兰Żabińskie湖沉积物推断全新世10,800年间水体初级生产力及混合状况的案例。 全世界湖泊的富营养化和缺氧现象正在增加，但是人类对数千年来湖泊初级生产力和缺氧变化的理解却很有限，需要长期记录以了解湖泊生态系统的自然变异性，并增进对生产力和缺氧驱动因素的了解。瑞士伯尔尼大学地理与Oeschger气候变化研究中心的科研人员采用的多代理方法，将高分辨率高光谱成像（HSI）获得的色素数据、XRF数据与超高效液相色谱叶绿素、类胡萝卜素和细菌叶绿素等数据相结合，以研究波兰Żabińskie湖沉积物万年尺度内的营养状态变化和缺氧演变。研究结果发表于2020年《Science of the Total Environment》（A high-resolution record of Holocene primary productivity and water-column mixing from the varved sediments of LakeŻabińskie, Poland）。注：Oeschger气候变化研究中心是伯尔尼大学卓越的跨学科气候研究中心，该中心成立于2007年，以现代气候研究的先驱Hans Oeschger的名字命名，在许多领域处于国际研究的最前沿。 研究亮点1.由10,800年沉积物样芯推断水体生产力和缺氧状况2.使用高光谱成像（HSI）对湖泊沉积物色素进行定量3.在人类砍伐森林之前，全新世期间缺氧状况持续存在4.高光谱成像重建亚年级（季节）尺度生产力和缺氧状况 重点问题   1.在过去的10,800年中，水体初级生产力和氧气浓度如何变化？   2.自然和人类影响在推动初级生产力或湖泊变化方面发挥了什么作用？ 研究方法该研究使用ITRAX XRF CORSCANNER在伯尔尼大学对样芯进行扫描（铬管，曝光时间20s，30kV，50mA）,样芯2.1-0.8m的扫描分辨率为0.5mm，19.4-2.5m的扫描分辨率为2mm。所有XRF数据均以每秒计数（cps）计算，然后均质化，以使重叠样芯部分中每个元素的标准偏差和均值相等。根据数据质量和关注点选择关键的XRF元素进行分析,解析遵循Davies等人（2015年）利用XRF对湖泊沉积物所作的研究以及Żarczyński等人（2019年）的研究成果。将钾、锆和钛元素作为集水区成岩输入的代理物，铁、锰、硫和磷作为氧化还原条件改变的指标，铜和磷作为水生产量或有机物含量的指标，钙/钛比率作为内生性方解石的代理物，硅/钛比率作为生物硅的代理物（硅藻和金藻的丰度）。 高光谱成像（HSI）则使用SPECIM PFD-CL-65-V10E推扫式高光谱相机按照Butz等人的方法完成（2015）,相对吸收带深度（RABD）指数用于量化与沉积色素相关的吸收特征，以60×60μm（像素）分辨率进行测量。RABD655–685max指数代表TChl-a（叶绿素a及其衍生物），并作为总藻类丰度的代表；RABD845指数代表Bphe-a（细菌叶绿素），作为紫色硫细菌（PSB）的特定生物标记。PSB生活在分层水体的化跃层，需要光和还原后的硫才能进行光合作用，因此，Bphe-a表明该含氧/缺氧边界存在于该湖的光合带内。通过分光光度计测量值与样品位置的平均RABD指数值进行线性回归，将RABD指数值换算为真实浓度（μg/g干沉积物）。 文章指出1.常规方法分析色素费钱费力，将其用于全新世或较大尺度的沉积物分析时，分辨率很低。2.HSI技术能够以亚毫米分辨率（即60×60μm像素大小）对大量色素基团进行快速定量，并且这项技术已被用于湖泊历史生产力和氧气浓度调查，表现出前所未有的时间分辨率。3.HSI检测到Bphe-a在季节尺度内10倍浓度变化，这是其它技术（低分辨率）无论如何也无法实现的。4.与HPLC测量相比，TChl-a的HSI测量受样本保存问题的影响更小。5.在亚年级分辨率下，沉积物样芯的HSI指数具有推断过去环境变化的潜力，未来的研究可以利用这种方法调查变化率、主控因素转换以及其他需要高分辨率技术解决的问题。 研究结果见下图： 主要产品技术：SisuROCK多样芯高通量高光谱成像扫描分析系统SisuSCS单样芯高光谱成像扫描分析系统SisuCHEMA高光谱成像分析系统SpectraScan高光谱成像扫描分析系统ITRAX CoreScanner样芯密度与元素扫描分析系统ITRAX XRF Scanner 岩矿/湖海样芯元素扫描分析系统ITRAX MultiScanner树木年轮分析系统VIS-NIR P4000土壤样芯理化性质勘测系统 易科泰生态技术公司提供全面样芯扫描成像分析技术方案：高分辨率样芯（芯体）扫描成像分析，全面反映二维密度/质地和化学成分分布岩矿样芯、海洋湖泊沉积样芯、树木年轮样芯等RGB扫描成像与CT技术密度扫描成像高光谱扫描成像分析XRF元素扫描分析高通量、非损伤可选配LIBS元素分析