生物絮凝技术,通过添加碳源提高养殖水体中的C/N,促进异养微生物的生长繁殖,利用其同化作用将无机氮(氨氮、亚硝酸氮和硝酸盐等)转化成细菌蛋白,并结合周围环境中的悬浮固体颗粒物和细菌胶体等形成絮体,被鱼虾等摄食利用。Avnimelech在1994年首次提出了将生物絮凝技术(BFT,Bio-FlocTechnology),并将其运用于水产养殖中固体废弃颗粒物的处理。
生物絮凝技术可实现对养殖水体中残饵和粪便的循环利用,达到净化水质、提高饲料利用率的双重目的。生物絮凝是多种微生物共同作用过程。生物絮凝体系组分非常复杂,生物絮体是其重要构成。生物絮体是由微生物、藻类、原生动物及其他碎屑、有机颗粒组成,典型的不规则、球状结构,松散、通透,含有许多胶体颗粒,颗粒直径0.1毫米至数毫米不等。正是这种特别的结构使絮体具有吸附、处理固体颗粒物的性能。
生物絮凝技术可以将养殖水体中对养殖对象危害较大的悬浮固体颗粒物质和无机氮转化为营养价值较高的生物絮体,供养殖对象摄食利用。并且生物絮体是由多种微生物形成的菌胶团,疏松多孔,比表面积较大,能够迅速地与外界环境进行物质交换。生物絮凝系统中,异养微生物能将残饵、粪便中的营养物质转化为自身生物量,供养殖对象摄食利用。研究发现,生物絮体营养物质含量一般为粗蛋白(38.5~57.4)%、粗脂肪(20~35)%、灰分(<20)%,能满足大部分滤食性养殖对象的需求。Buschmann等人的研究结果表明,鲢鱼、罗非鱼、虾等摄食细菌絮体后生长良好,并且罗非鱼摄食絮体后蛋白质利用率从23%提高到43%[,对虾饲喂絮体后氮利用率提高到了63%,减少的大量的饲料成本。此外,生物絮体中还含有短链脂肪酸、聚β羟丁酸(Poly-β-hydroxybutyrate,PHB)和维生素等营养物质,对生物絮体在水产养殖中的资源化利用有重要意义[1]。
广义的影像数据分为光学影像和雷达影像,光学数据又分为多光谱影像、多时相影像、高光谱影像等。国内外对悬浮固体的遥感研究大多利用光学影像,其中大多影像数据都被选作悬浮固体的反演数据。常见的多时相数据被广泛的应用于不同时间尺度的悬浮固体空间分布分析上。是搭载于和卫星上的一个重要的传感器,其空间分辨率最大可达到,一天可过境次,实时监测能力很强。王繁等人曾利用资料反演杭州湾表层悬浮物浓度并对其短期变异进行研究。数据属于中等分辨率影像,相比于数据分辨率有很大的提高[2]。
地物反射率会受到环境中的各种因素的影响,不同水域水质及其光学特性差异很大,通用模式和高精度模式没有建立起来,众多学者在不同的研究水域建立了多种模型。悬浮固体浓度的反演一般有经验模型、分析模型和半分析模型,三种模型各有优缺点。
经验模型是建立悬浮物浓度与遥感反射率或者归一化辐射亮度之间的关系来反演悬浮物浓度,模型设计简单,效果较好,但是带有明显的区域特征和季节特点。随着数学算法和计算机技术的发展,经验模型又分为基于回归分析的单敏感因子线性模型、指数模型以及多敏感因子组合模型,以及基于人工智能的神经网络模型等。经验模型因为模型简单,容易实现的特点被广泛应用在内陆湖泊、海洋等水体的水质要素反演。王林和赵冬至等人建立了中国渤海数据与悬浮物浓度的经验模式,研究表明,影像的()与悬浮物浓度具有稳健的线性关系。
分析模型是从物理角度来分析水色数据反演悬浮物浓度的本质,建立具适用性较强的遥感反演模型,如辐射传输模型,受到水质参数获取较难、理论复杂等因素的影响,分析模型不能广泛推广。等人在大气辐射校正模型(模型)的基础上研究了威尼斯咸水湖的悬浮物浓度反演。半分析模型是在分析模型的基础上部分结合经验关系建立的模型,因为其对两者进行了结合,有广泛的应用。
国外遥感技术的发展一直处于领先阶段,包括传感器技术的提升以及信息处理技术的发展都领先于国内技术。在成功发射初期,一些学者就研究利用影像数据建立统计模型来定量获取水体中所含悬浮泥沙的含量。随后,有学者采用的分辨率的遥感数据建立反演沿岸海域二类水体悬浮物浓度的经验模型。利用遥感技术建立了很多悬浮物浓度反演模型,越来越多的学者力求能够提出与实际浓度拟合精度更高的模型。学者们在悬浮固体的反演算法选择上,大多结合研究区的悬浮固体浓度特点,选择相关性较高的波段或者波段组合作为敏感因子。
传统地统计的理论是利用野外测点的方式获取不同点的实测值进行差值,从而获取地物的空间分布格局,有着作业量大、耗时、人力物力成本大等缺点。遥感技术为地物观测提供了海量的数据来源,同时,在数学算法基础上,建立遥感数据的敏感因子与地物属性值之间的关系,在保证一定模型反演精度的基础上,得到多尺度的地物属性值,为统计分析提供了更可靠的数据来源。
将遥感与统计学相结合,对地物进行不同尺度的变异特征分析,国内外学者都做了相关的研究。由于地统计学属于地学领域的范畴,利用将二者结合的方法首先集中在土壤覆盖、植被等领域。世纪,一些学者采用数据和地统计的方法对北京及周边地区进行土地利用覆盖变化的空间格局的变化特征研究,分析合理的遥感影像数据源的选取问题。结果表明,选取合适的遥感影像数据源,采用地统计分析方法能够很好的分析土地利用覆盖变化的空间变异特征。等基于影像,采用回归分析和插值方法,对墨西哥湾中部的地表制炭木本植物进行空间异质性分析。多尺度的遥感数据源为统计分析提供了大量可靠数据源,对地物的空间格局定量分析具有非常广泛的意义。