寧夏鳴翠湖水質(zhì)因子分析

邱小琮 張維江 尹娟 王德全 唐蓮 張居平

摘要：利用因子分析方法對(duì)鳴翠湖的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到影響鳴翠湖水質(zhì)的兩個(gè)主因子，因子１由葉綠素a（Ｃｈｌａ）、高錳酸鉀指數(shù)（ＣＯＤＭｎ）、五日生化需氧量（ＢＯＤ５）構(gòu)成，反映了鳴翠湖的有機(jī)物污染狀況；因子２由總氮（ＴＮ）、氨氮（ＮＨ３－Ｎ）、硝態(tài)氮（ＮＯ３－Ｎ）、亞硝態(tài)氮（ＮＯ２－Ｎ）共同構(gòu)成，反映了鳴翠湖的營(yíng)養(yǎng)鹽氮污染狀況。鳴翠湖水體以有機(jī)物污染與氮營(yíng)養(yǎng)鹽水平較高為主要特征，是引起鳴翠湖富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。

關(guān)鍵詞：鳴翠湖；水質(zhì)；因子分析

中圖分類號(hào)：Ｘ５２４ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：0439－８114（２０11）15－3062-04

Influencing Factors of Water Quality in Mingcui Lake of Ningxia

ＱＩＵ Ｘｉａｏ－ｃｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ－ｊｉａｎｇ，ＹＩＮ Ｊｕａｎ，ＷＡＮＧ Ｄｅ－ｑｕａｎ，ＴＡＮＧ Ｌｉａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｊｕ－ｐｉｎｇ

（Ｃｏｌｌｏｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ ａｎｄ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｎｉｎｇｘｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ／ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｇｒａｄｅｄ Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｎｏｒｔｈ－ｗｅｓｔｅｒｎ Ｃｈｉｎａ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ／ Certer of Modern Agricultural and Water Resource Used Efficiently Engineering in Arid Area of Ministry of Education， Ｙｉｎｃｈｕａｎ ７５００２１， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄａｔａ， ｔｗｏ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ affecting ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｗｅｒｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｅｎ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ Ｍｉｎｇｃｕｉ Ｌａｋｅ ｂｙ ｆａｃｔｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒ ｗａｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ－ａ（ｃｈｌａ）， ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｐｅｒｍａｎｇａｎａｔｅ ｉｎｄｅｘ（ＣＯＤＭｎ） ａｎｄ ＢＯＤ５， ｗｈｉｃｈ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｍｉｎｇｃｕｉ Ｌａｋｅ． Ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒ ｗａｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ （ＴＮ）， ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ （ＮＨ３－Ｎ）， ｎｉｔｒａｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ （ＮＯ３－Ｎ） ａｎｄ ｎｉｔｒｉｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＮＯ２－Ｎ）， ｗｈｉｃｈ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｍｉｎｇｃｕｉ Ｌａｋｅ． Ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｍｉｎｇｃｕｉ Ｌａｋｅ， ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ Ｍｉｎｇｃｕｉ ｌａｋｅ ｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｍｉｎｇｃｕｉ Ｌａｋｅ； ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ； ｆａｃｔｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ

鳴翠湖位于銀川市興慶區(qū)掌政鎮(zhèn)，西距銀川市區(qū)９ ｋｍ，東鄰黃河３ ｋｍ，地理坐標(biāo)為東經(jīng)１０６°２２′，北緯３８°２３′；平均海拔１ １００ ｍ，總面積６．６７ ｋｍ２，水域面積占總面積的６０％。２００５年被寧夏回族自治區(qū)人民政府列為自治區(qū)濕地公園，２００６年被國(guó)家林業(yè)局確定為國(guó)家濕地公園，鳴翠湖水源為黃河水與農(nóng)田退水。近年來，隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，進(jìn)入鳴翠湖的營(yíng)養(yǎng)鹽不斷增多，水體環(huán)境惡化，藻類大量生長(zhǎng)。目前，湖泊水體呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，湖區(qū)水質(zhì)為Ⅳ類［１，２］。

為揭示鳴翠湖的水質(zhì)特征和富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生機(jī)理，分析富營(yíng)養(yǎng)化的主要因子及其變化規(guī)律，本研究采用因子分析方法，通過分析鳴翠湖水質(zhì)因子的相互關(guān)系，確定鳴翠湖富營(yíng)養(yǎng)化的主要污染物，以期為鳴翠湖富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)與治理、水域環(huán)境保護(hù)以及合理開發(fā)利用提供依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

１材料與方法

１．１樣點(diǎn)布設(shè)與采樣時(shí)間

根據(jù)鳴翠湖的形狀，在鳴翠湖設(shè)置了４個(gè)采樣點(diǎn)，分別為湖中心（Ⅰ）、北岸（Ⅱ）、春草堂（Ⅲ）、水車苑（Ⅳ）。采樣時(shí)間為２００８年９月至２００９年７月，每２個(gè)月采樣１次，共采樣６次。

１．２樣品采集與測(cè)定

水樣采集按照《水質(zhì)采樣方案設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定（ＧＢ １２９９７－９１）》、《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)（ＧＢ １２９９８－９１）》、《水質(zhì)采樣樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定（ＧＢ １２９９９－９１）》中的要求進(jìn)行。

ｐＨ值由精密ｐＨ－３Ｂ儀測(cè)定，總氮（ＴＮ）采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（ＧＢ １１８９４－８９），氨氮（ＮＨ３－Ｎ）采用萘氏試劑法（ＧＢ／Ｔ ７４７９－８７），硝態(tài)氮（ＮＯ３－Ｎ）采用紫外分光光度法（ＨＪ／Ｔ ３４６－２００７），亞硝態(tài)氮（ＮＯ２－Ｎ）采用分光光度法（ＧＢ／Ｔ ７４９３－１９８７），總磷（ＴＰ）采用過硫酸鉀氧化－磷鉬藍(lán)法（ＧＢ １１８９３－８９），溶氧（ＤＯ）采用碘量法（ＧＢ／Ｔ ７４８９－１９８７），高錳酸鹽指數(shù)（ＣＯＤＭｎ）采用堿性高錳酸鉀法（ＧＢ １１８９２－８９），五日生化需氧量（ＢＯＤ５）采用稀釋接種法（ＧＢ／Ｔ ７４８８－１９８７），葉綠素ａ（Ｃｈｌａ）采用分光光度法［３］。

１．３因子分析

因子分析方法是一種將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)方法［４］，它將原變量進(jìn)行重新組合，組成少數(shù)的獨(dú)立新變量，這種新變量稱為因子，因子分析就是找出這些因子影響系統(tǒng)的最少獨(dú)立變量的因子，用較少具有代表性的因子來概括多變量所提供的信息，找出影響觀測(cè)數(shù)據(jù)的主要因素［５］。因子分析方法應(yīng)用于水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，可以更好地反映多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)間的聯(lián)系，得到更客觀的評(píng)價(jià)結(jié)果［６－９］。

利用ＳＰＳＳ軟件對(duì)選取的水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行因子分析，采用主成分法提取公因子，對(duì)其進(jìn)行方差最大旋轉(zhuǎn)后得出主因子，進(jìn)行綜合分析。

２結(jié)果與分析

２．１因子分析適合性檢驗(yàn)

運(yùn)用ＫＭＯ統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)和巴特勒球形檢驗(yàn)，判斷數(shù)據(jù)能否進(jìn)行因子分析。ＫＭＯ統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)是用于比較觀測(cè)相關(guān)系數(shù)值與偏相關(guān)系數(shù)值的一個(gè)指標(biāo)，其值愈接近１表明對(duì)這些變量進(jìn)行因子分析的效果愈好［１０］，本研究的ＫＭＯ統(tǒng)計(jì)量數(shù)值為０．８０３（＞０．８），數(shù)據(jù)適合作因子分析；巴特勒球形檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值的顯著性概率Ｐ＝０．０００，小于０．０１，球形假設(shè)被拒絕，說明數(shù)據(jù)具有相關(guān)性，適宜作因子分析［１０］。

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)矩陣計(jì)算其相關(guān)系數(shù)矩陣。從表１中各變量間的相關(guān)系數(shù)可以看出，各相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值均大于臨界值（ｒ０．０５＝０．４０４，Ｐ＜０．０５），表明各變量之間存在顯著的相關(guān)性，適合用因子分析法研究變量之間的關(guān)系［１０］。