class: center, middle, inverse, title-slide .title[ # 水源地MIB产嗅藻生态位特征与控制
.gray.tiny[从点到面研究环境工程问题案例分享] ] .subtitle[ ## .gray[环境研究生“1+1+1云端讲堂”] ] .author[ ###
苏命
] .institute[ ###
中国科学院生态环境研究中心
] .date[ ### 2022年06月22日 ] --- layout: true background-image: url(./img/bggrid.png) background-size: cover background-image: url(https://drwater.net/media/rceeslogo.png) background-color: #FFFFFF background-position: 0% 100% background-size: 2.5% z-index: 100 <div class="my-footer-left"> <span style="float:left;padding-left:2mm;color:white">水源地MIB产嗅藻生态位特征与控制</span> </div> <div class="my-footer-right"> <span style="float:right;padding-right:2mm;color:black">环境研究生“1+1+1云端讲堂”</span> </div> --- .pull-left-35[ ![:abpos 5,10,30](./img/MIB_MENINBLACK.jpeg) ] -- .pull-right-60[ **[MIB: 2-甲基异莰醇](https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/2-methylisoborneol#section=3D-Conformer&fullscreen=true)** - 导致土霉味,难去除 - 嗅阈值低:.em[10 ng L<sup>-1</sup>] - 纳入新国标[《生活饮用水卫生标准》](./img/GB5749-2022.pdf) ![:abpos 78,10,15](./img/Methylisoborneol.png) ] -- .l45.t45.w50[
] --- # 大纲 .pull-right-75[ .Large[**一、研究背景**] .gray[.Large[**二、主要研究进展**]] .gray[.Large[**三、研究经验分享**]] ] ??? - P: presentation mode - C: clone slides to a new window - B: black out - M: mirror the slide - H: help - J: Previous - K: Next --- ## 水源水库成为供水主力,但MIB嗅味问题普遍
![:abpos 60,15,36](./img/大中型水库数量增长率.png) .con[ - 我国水库数量显著增加,成为城市重要水源地 - 80%的地表水源存在土霉味嗅味问题,MIB是主要原因物质 ] -- ![:abpos 60,15,36](./img/mib与土霉味关系.png) --- ## QCS水库存在季节性嗅味问题
-- .r3.t15.w40[
] .b6[ - 为解决上海饮用水水质问题,在长江口新建江心水库 - 日供水量超过500万m<sup>3</sup>,供上海60%用水 - 存在由于MIB导致的季节性嗅味问题,威胁饮用水安全 ] --- # 大纲 .pull-right-75[ .gray[.Large[**一、研究背景**]] .Large[**二、主要研究进展**] - MIB产嗅藻精准识别 - 产嗅藻生态位特征 - 产嗅藻控制技术 - 产嗅藻预测预警 .gray[.Large[**三、研究经验分享**]] ] --- class: center ## MIB是如何产生的? ![:abpos 5,13,90](./img/qcsphyta2013-2020.png) --- ## MIB是如何产生的? ![:abpos 4,13,60](./img/qcsgenus2013-2020.png) .pull-right-30[ ![:abpos 65,15,30](./img/qcsgenuscycle.svg) ] .l65.t70.w35[ - 蓝藻是MIB重要来源 - 如何在上千蓝藻中找出产嗅藻 ] --- ## 基于大数据排序法的产嗅藻鉴定 .l5.t10.w35[ ![qcsmibidentification](./img/qcsmibidentify.png) ] .l45.t15.w55[
] .ref[[Su *et al.*, Water Res., 2021](https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.116848)] --- ## 进一步构建产嗅藻精准识别技术 ![:abpos 4,18,44](./img/qcsisolation.png) .l50.t15.w50[ - 藻类分离:棕色假鱼腥藻产MIB - 细胞形态难以区分,无法精准识别 ] -- ![:abpos 4,58,44](./img/mibbiosync.png) .l5.t85.w50[ MIB生物合成路径及关键功能基因] -- ![:abpos 53,35,40](./img/qcsmibproduceridentification2016.png) .conr[基于功能基因的产嗅藻精准识别技术] .ref[[Suruzzaman *et al.*, Env. Res., 2022](https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.112308)] --- ## 构建MIB产嗅藻预警技术 <!-- ![:abpos 4,15,25](./img/micspatialloged.png) --> .l5.t15.w30[
] .![:abpos 43,13,23](./img/micmibcorrtable.png) .l70.t10.w10[
] .l70.t45.w20[
] .con[基于MIB功能基因丰度及RNA表达构建MIB预警技术,实现7-10天提前应对] .ref[Unpublished Data] --- # 产嗅藻生态位特征
![:abpos 5,60,45](./img/mibproducer.png) .l3.t70.w45[ - 不同于微囊藻等水华型蓝藻,MIB产嗅藻能在低营养条件生长 - 细胞形态均为丝状 ] ![:abpos 50,12,45](./img/lightsketch.gif) .conc.l72.w40[提出假设:<br>细胞形态决定了藻种光响应特征,水下光照是驱动藻类种群演替的关键因素。] --- ## 构建藻种演替模型,发现藻类群落受水下光照驱动
.l15.t50.w45[ 洋河水库 ] ![:abpos 33,14,18](./img/cpasketch.png) .l55.t10.w40[ **提出2个形态学参数:** - 投影面积(CPA):获取光能 - 细胞扁平率(*f*):细胞能耗 ] .l5.t50.w55[ 基于细胞能量平衡构建藻类种群演替模型: `$$V=k\lambda(f)CPA$$` - CPA: 细胞投影面积 - *f*: 细胞扁平率 - *V*: 细胞体积 ] ![:abpos 58,40,30](./img/cpayanghe.png) .conc.l75.w40[利用种群数据验证模型,证明水下光照是驱动藻类演替关键因素] .ref[[Su *et al.*, Hydrobiologia, 2014](https://doi.org/10.1007/s10750-013-1734-z)] --- ## 光照强度对MIB产嗅藻的影响 .l3.t12.w50[
] .l45.t12.w40[
] .l70.t12.w30[
] .con[室内模拟与原位验证发现MIB产嗅藻适合中等光强] .ref[[Jia *et al.*, Harmful Algae, 2019](https://doi.org/10.1016/j.hal.2019.101658)] --- ## 营养盐对MIB产嗅藻生长影响较小 ![:abpos 5,15,90](./img/planktothricoidesculture.svg) .con[发现拉式拟浮丝藻是珠海多个水库中的MIB产嗅藻,适合相对较高水温和光照下生长,对营养盐需求不高。] .ref[[Lu *et al.*, Water Res., 2022](https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118670)] --- ## 水力停留时间是影响产嗅藻生长的关键因子 .ref[Unpublished Data] ![:abpos 5,15,90](./img/plankgrowthcurve.svg) .con[降低水力停留时间,阻止藻细胞富集生长,可显著控制产嗅藻生长与产嗅。] .l60.t12.w35[ ] .l60.t45.w35[ ] --- ## 丝状产嗅藻与微囊藻存在竞争关系 ![:abpos 5,15,90](./img/microfilasuccession.png) .ref[[Su *et al.*, Sci. Tot. Env., 2019](https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.307)] .con[产嗅藻具有较大投影面积,主要在亚表层生长,与表层微囊藻存在光竞争关系] --- ## 丝状蓝藻间的演替主要受光照驱动 ![:abpos 5,15,90](./img/plankpseudformib.png) .ref[Su *et al.*, *npj* Clean Water, In revision] .con[丝状蓝藻间存在细微的光响应特征差异,驱动QCS水库产嗅藻演替过程] --- # 产嗅藻控制技术:现有方法存在局限性 .l10.t15.w90[ - 化学法:澳大利亚等国投加硫酸铜控制有害蓝藻爆发→.red[生态风险] ] ![:abpos 10,25,73](./img/chemicalcontrol.png) .l10.t60.w90[ - 物理法:扬水曝气法破坏水体分层抑制藻类发生水华→ .red[缺乏针对性] - 生物法:利用鱼类捕食控制藻类→ .red[需要长期维护、缺乏时效性] ] .Large.con[水源控制:开发针对产嗅藻的原位调控技术] --- ## 基于生态位特征的抑藻控藻技术原理 ![:abpos 15,15,70](./img/controlmech.png) .l3.t75.w95[ .em[ - 利用MIB产嗅藻在水体亚表层生长特点,可通过提升浊度或水位实现抑藻控嗅 - 水力停留时间为藻类控制关键因子,针对小型水库降低停留时间实现抑藻控嗅 ]] --- ## QCS水库:利用长江高浊水提升水库浊度抑藻控嗅 ![:abpos 60,15,35](./img/riskgif.gif) ![:abpos 2,16,35](./img/turbgif.gif) ![:abpos 25,16,35](./img/plankgif.gif) .con[通过调节进出库流量,调整水库浊度分布,抑制丝状藻生长,控制水源嗅味风险,支撑水库增设水闸专题研究。] --- ## 抑藻控嗅技术应用于QCS水库
-- .l6.t9[ <img src="image/unnamed-chunk-26-1.svg" width="60" height="80%" style="display: block; margin: auto;" /> ] .l40.t30[ <img src="image/unnamed-chunk-27-1.svg" width="60" height="80%" style="display: block; margin: auto;" /> ] -- .r3.t15[
] .con[ 2020年起嗅味发生期间加大引排流量,致嗅物浓度显著降低,解决了长期困扰该水库的嗅味问题。] .ref[Unpublished Data] --- ## 基于水位调节的调光抑藻控嗅技术应用于密云水库
-- .l4.t52[ <img src="image/unnamed-chunk-30-1.svg" width="50" height="80%" style="display: block; margin: auto;" /> ] .l4.t65.white[南水<br>北调] --- ## 基于水位调节的调光抑藻控嗅技术应用于密云水库
.l4.t52[ <img src="image/unnamed-chunk-32-1.svg" width="50" height="80%" style="display: block; margin: auto;" /> ] .l4.t65.white[南水<br>北调] -- .r2.t12[
] .r2.t50[
] .ref[[Su *et al*, 2015, Water Res.](https://doi.org/10.1016/j.watres.2014.09.038); [Su *et al*, 2017, Sci. Tot. Env.](https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.08.134)] --- ## 基于水力停留时间的抑藻控嗅技术应用于珠海水库群
.r5.t11.w28[ ![hrtmech](./img/hrtmech.png) ] .r3.t55[
] .ref[Unpublished Data] --- # MIB产嗅藻预测预警模型 .c.b6.w70[ ![qcspredition](./img/qcspredition.png) ] .ref[软件著作权,中国科学院生态环境研究中心,2022] --- # 大纲 .pull-right-75[ .gray.Large[**一、研究背景**] .gray.Large[**二、主要研究进展**] .Large[**三、研究经验分享**] ] --- ## 从点到面的过程 .l20.t22[
] --- ## 从点到面的过程 .l20.t22[
] --- ## 从点到面的过程 .l12.t22[
] --- ## 从点到面的过程 .l10.t14[
] --- ## 从点到面的过程 .l10.t18[
] --- ## 从点到面的过程 .l10.t22[
] --- ## 从点到面的过程 .l5.t22[
] --- ## 从点到面的过程 .r40.t22[
] -- .r5[ - 知识与技能的积累 - ”知道做”→”知道为什么做“ - 发现问题→解决问题 - 科学基础→技术应用 ] --- # 科学问题属性的思考 > - “鼓励探索,突出原创”:...旨在通过自由探索产出从无到有的原创性成果。 > - “聚焦前沿,独辟蹊径”:...旨在通过独辟蹊径取得开拓性成果,引领或拓展科学前沿。 > - “需求牵引,突破瓶颈”:...旨在通过解决技术瓶颈背后的核心科学问题,促使基础研究成果走向应用。 > - “共性导向,交叉融通”:...旨在通过交叉研究产出重大科学突破,促进分科知识融通发展为知识体系。 > .r5[\- 国家自然科学基金委] .c.b16.w83.clay.bold[水源嗅味问题普遍→传统方法存在瓶颈→开发基于科学基础的新技术] .b6.c.Large.bold.clay[“需求牵引,突破瓶颈”] --- # 积累技能,用好工具 ### 文献精准获取 - 选好关键词 - 利用`AND` 、`OR`以及`(.)` ``` ((Reservoir OR Lake OR "Source Water" OR "Drinking Water" OR "Fresh Water") AND (Phytoplankton OR Algae OR Cyanobacteria* OR "taste and odor" OR "off-flavor" OR "odorant" OR "geosmin" OR "MIB" OR "2-Methylisoborneol")) OR (("Ecolog* niche" OR "competition" OR "succession") AND (Phytoplankton OR Algae OR Cyanobacteria*) AND (Reservoir OR Lake OR "Source Water" OR "Drinking Water" OR "Fresh Water")) ``` --- # 积累技能,用好工具 .t15.l3.w45[ ### 用好Excel: - 数据存储标准化:[Tidy Data](https://vita.had.co.nz/papers/tidy-data.pdf) - [数据透视表](https://www.lanrenexcel.com/5-steps-to-pivot-table/) - 常用的公式/VBA ### 学好基础统计推断 - 简单统计:LM、GLM、GAM等 - 大数据:RF,XGBoost等 ### 学习一门语言: - [Python](https://www.python.org)/[R](https://www.r-project.org)/[Julia](https://julialang.org)/[Matlab](https://ww2.mathworks.cn/products/matlab.html) /[Octave](https://octave.org) - [正则表达式](https://regexr.com):匹配/替换 ] .t15.l40.w35[ ### 涉及大量数据、代码 - 版本控制:[git](https://git-scm.com)、[github](https://github.com) - 编辑器:[vi/neovim](https://neovim.io)、[Emacs](https://www.gnu.org/software/emacs) - 数据库:[MySQL](https://www.mysql.com)等 ] -- .r5.b20.h30[
] --- class: center, middle layout: false ### .Large[谢谢各位老师同学参与,敬请批评指正] *** .tiny[<svg viewBox="0 0 576 512" style="height:1em;position:relative;display:inline-block;top:.1em;" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"> <path d="M280.37 148.26L96 300.11V464a16 16 0 0 0 16 16l112.06-.29a16 16 0 0 0 15.92-16V368a16 16 0 0 1 16-16h64a16 16 0 0 1 16 16v95.64a16 16 0 0 0 16 16.05L464 480a16 16 0 0 0 16-16V300L295.67 148.26a12.19 12.19 0 0 0-15.3 0zM571.6 251.47L488 182.56V44.05a12 12 0 0 0-12-12h-56a12 12 0 0 0-12 12v72.61L318.47 43a48 48 0 0 0-61 0L4.34 251.47a12 12 0 0 0-1.6 16.9l25.5 31A12 12 0 0 0 45.15 301l235.22-193.74a12.19 12.19 0 0 1 15.3 0L530.9 301a12 12 0 0 0 16.9-1.6l25.5-31a12 12 0 0 0-1.7-16.93z"></path> </svg>[苏命|drwater.net](https://drwater.net); <svg viewBox="0 0 512 512" style="height:1em;position:relative;display:inline-block;top:.1em;" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"> <path d="M464 64H48C21.49 64 0 85.49 0 112v288c0 26.51 21.49 48 48 48h416c26.51 0 48-21.49 48-48V112c0-26.51-21.49-48-48-48zm0 48v40.805c-22.422 18.259-58.168 46.651-134.587 106.49-16.841 13.247-50.201 45.072-73.413 44.701-23.208.375-56.579-31.459-73.413-44.701C106.18 199.465 70.425 171.067 48 152.805V112h416zM48 400V214.398c22.914 18.251 55.409 43.862 104.938 82.646 21.857 17.205 60.134 55.186 103.062 54.955 42.717.231 80.509-37.199 103.053-54.947 49.528-38.783 82.032-64.401 104.947-82.653V400H48z"></path> </svg>[mingsu@rcees.ac.cn](mailto:mingsu@rcees.ac.cn); <svg viewBox="0 0 576 512" style="height:1em;position:relative;display:inline-block;top:.1em;" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"> <path d="M528 32H48C21.5 32 0 53.5 0 80v352c0 26.5 21.5 48 48 48h480c26.5 0 48-21.5 48-48V80c0-26.5-21.5-48-48-48zm0 400H48V80h480v352zM208 256c35.3 0 64-28.7 64-64s-28.7-64-64-64-64 28.7-64 64 28.7 64 64 64zm-89.6 128h179.2c12.4 0 22.4-8.6 22.4-19.2v-19.2c0-31.8-30.1-57.6-67.2-57.6-10.8 0-18.7 8-44.8 8-26.9 0-33.4-8-44.8-8-37.1 0-67.2 25.8-67.2 57.6v19.2c0 10.6 10 19.2 22.4 19.2zM360 320h112c4.4 0 8-3.6 8-8v-16c0-4.4-3.6-8-8-8H360c-4.4 0-8 3.6-8 8v16c0 4.4 3.6 8 8 8zm0-64h112c4.4 0 8-3.6 8-8v-16c0-4.4-3.6-8-8-8H360c-4.4 0-8 3.6-8 8v16c0 4.4 3.6 8 8 8zm0-64h112c4.4 0 8-3.6 8-8v-16c0-4.4-3.6-8-8-8H360c-4.4 0-8 3.6-8 8v16c0 4.4 3.6 8 8 8z"></path> </svg>[drwater.net/bcard](https://drwater.net/bcard); <svg viewBox="0 0 576 512" style="height:1em;position:relative;display:inline-block;top:.1em;" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"> <path d="M385.2 167.6c6.4 0 12.6.3 18.8 1.1C387.4 90.3 303.3 32 207.7 32 100.5 32 13 104.8 13 197.4c0 53.4 29.3 97.5 77.9 131.6l-19.3 58.6 68-34.1c24.4 4.8 43.8 9.7 68.2 9.7 6.2 0 12.1-.3 18.3-.8-4-12.9-6.2-26.6-6.2-40.8-.1-84.9 72.9-154 165.3-154zm-104.5-52.9c14.5 0 24.2 9.7 24.2 24.4 0 14.5-9.7 24.2-24.2 24.2-14.8 0-29.3-9.7-29.3-24.2.1-14.7 14.6-24.4 29.3-24.4zm-136.4 48.6c-14.5 0-29.3-9.7-29.3-24.2 0-14.8 14.8-24.4 29.3-24.4 14.8 0 24.4 9.7 24.4 24.4 0 14.6-9.6 24.2-24.4 24.2zM563 319.4c0-77.9-77.9-141.3-165.4-141.3-92.7 0-165.4 63.4-165.4 141.3S305 460.7 397.6 460.7c19.3 0 38.9-5.1 58.6-9.9l53.4 29.3-14.8-48.6C534 402.1 563 363.2 563 319.4zm-219.1-24.5c-9.7 0-19.3-9.7-19.3-19.6 0-9.7 9.7-19.3 19.3-19.3 14.8 0 24.4 9.7 24.4 19.3 0 10-9.7 19.6-24.4 19.6zm107.1 0c-9.7 0-19.3-9.7-19.3-19.6 0-9.7 9.7-19.3 19.3-19.3 14.5 0 24.4 9.7 24.4 19.3.1 10-9.9 19.6-24.4 19.6z"></path> </svg>[minger01](https://drwater.net/media/wechat.png); <svg viewBox="0 0 512 512" style="height:1em;position:relative;display:inline-block;top:.1em;" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"> <path d="M326.612 185.391c59.747 59.809 58.927 155.698.36 214.59-.11.12-.24.25-.36.37l-67.2 67.2c-59.27 59.27-155.699 59.262-214.96 0-59.27-59.26-59.27-155.7 0-214.96l37.106-37.106c9.84-9.84 26.786-3.3 27.294 10.606.648 17.722 3.826 35.527 9.69 52.721 1.986 5.822.567 12.262-3.783 16.612l-13.087 13.087c-28.026 28.026-28.905 73.66-1.155 101.96 28.024 28.579 74.086 28.749 102.325.51l67.2-67.19c28.191-28.191 28.073-73.757 0-101.83-3.701-3.694-7.429-6.564-10.341-8.569a16.037 16.037 0 0 1-6.947-12.606c-.396-10.567 3.348-21.456 11.698-29.806l21.054-21.055c5.521-5.521 14.182-6.199 20.584-1.731a152.482 152.482 0 0 1 20.522 17.197zM467.547 44.449c-59.261-59.262-155.69-59.27-214.96 0l-67.2 67.2c-.12.12-.25.25-.36.37-58.566 58.892-59.387 154.781.36 214.59a152.454 152.454 0 0 0 20.521 17.196c6.402 4.468 15.064 3.789 20.584-1.731l21.054-21.055c8.35-8.35 12.094-19.239 11.698-29.806a16.037 16.037 0 0 0-6.947-12.606c-2.912-2.005-6.64-4.875-10.341-8.569-28.073-28.073-28.191-73.639 0-101.83l67.2-67.19c28.239-28.239 74.3-28.069 102.325.51 27.75 28.3 26.872 73.934-1.155 101.96l-13.087 13.087c-4.35 4.35-5.769 10.79-3.783 16.612 5.864 17.194 9.042 34.999 9.69 52.721.509 13.906 17.454 20.446 27.294 10.606l37.106-37.106c59.271-59.259 59.271-155.699.001-214.959z"></path> </svg>[drwater.net](https://drwater.net/slides/protected/20220621_云端讲堂)] --- # 互动抢答 ### [《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2022)](./img/GB5749-2022.pdf)新国标已正式发布,其中MIB(2-甲基异莰醇)已被纳入水质指标(限值为10 ng L <sup>-1</sup>)。原国标(GB5749-2006)水质指标共106项,新国标水质指标共\_\_\_\_\_项? --- class: blank ## Note 1 .can-edit.key-likes[ - Start noting ]