江陰地區(qū)主要內(nèi)河葉綠素a動態(tài)特征及其與環(huán)境因子的相關(guān)分析

宋曉蘭，段學(xué)花，呂偉民，鄭 科，卞金良，黃崢嶸，張 潔

(1.江陰市環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 江陰 214400;2.江陰市水利局，江蘇 江陰 214400)

·解析評價·

江陰地區(qū)主要內(nèi)河葉綠素a動態(tài)特征及其與環(huán)境因子的相關(guān)分析

宋曉蘭1，段學(xué)花2，呂偉民1，鄭 科1，卞金良1，黃崢嶸1，張 潔1

(1.江陰市環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 江陰 214400;2.江陰市水利局，江蘇 江陰 214400)

根據(jù)江陰市4條主要內(nèi)河錫澄運(yùn)河、白屈港河、張家港河及橫河的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析葉綠素a(Chla)的動態(tài)變化及其與理化水質(zhì)因子的相關(guān)關(guān)系，并建立逐步回歸多元線性模型，篩選與Chla顯著相關(guān)的水質(zhì)因子。結(jié)果表明，4條河道Chla存在明顯的時間變化和空間分異。不同河道對Chla有顯著影響的水質(zhì)因子各不相同?？傮w來說，錫澄運(yùn)河、白屈港河及張家港河Chla的主要影響因子為水溫和外源輸入，而橫河除了這兩個因子外，還受P和NH3-N影響。

江陰;內(nèi)河;葉綠素a;相關(guān)分析

0 引言

江陰北依長江，南瀕太湖，區(qū)域內(nèi)江河水網(wǎng)密布，現(xiàn)有錫澄運(yùn)河、白屈港河等5條主要通江河道，以及東橫河、應(yīng)天河等6條橫向河道，形成主要水系，沿線由若干座涵、閘、泵站控制引水和排澇，充分利用城市水系特點(diǎn)和長江水文條件，通過潮汐漲落及泵站調(diào)引長江水進(jìn)入內(nèi)河，北引南排，使主城區(qū)骨干河道進(jìn)行水體置換，改善了內(nèi)河水質(zhì)［1，2］。另一方面，江陰屬于太湖流域的武澄錫虞水利分區(qū)，境內(nèi)的錫澄運(yùn)河、白屈港河、張家港河、新溝河等都為“引江濟(jì)太”調(diào)水工程的重要沿線河道，其水量水質(zhì)將影響到“引江濟(jì)太”工程的實(shí)施效果［3］。

筆者通過對江陰境內(nèi)4條主要內(nèi)河錫澄運(yùn)河、白屈港河、張家港河及橫河葉綠素a(Chla)含量周年動態(tài)變化及其與理化環(huán)境因子的相關(guān)分析，篩選和識別決定城市河道水體Chla含量的主導(dǎo)理化因子，期望為城市河道的水環(huán)境質(zhì)量評價和富營養(yǎng)化預(yù)警提供一定的生物學(xué)依據(jù)，為江陰市及太湖流域的水域管理提供基礎(chǔ)的科學(xué)資料。

1 研究方法

1.1 研究河道概況

錫澄運(yùn)河、白屈港河與張家港河為江陰中部和東部主要的南北向干河，均北起長江，在江陰境內(nèi)河段分別長24 km，31 km和32 km，是太湖流域錫澄地區(qū)主要的通江引排河道和優(yōu)良航道，在沿岸鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中起著重要的作用。橫河為江陰市區(qū)主要的景觀河道，分為東橫河和西橫河，東橫河為溝通錫澄運(yùn)河和張家港河的橫向調(diào)節(jié)河道，境內(nèi)長15 km，西橫河為澄西地區(qū)溝通各通江河道的橫向河道，全長24 km。

1.2 采樣時間及點(diǎn)位布設(shè)

根據(jù)4條主要河道的水文特性，共設(shè)17個采樣點(diǎn)(見圖1)。其中錫澄運(yùn)河5個點(diǎn)位(X-S1:黃田港大橋;X-S2:煤礦機(jī)械廠;X -S3:涇西貨場;X S4:月城大橋;X-S5:泗河橋)，白屈港河4個點(diǎn)位(B-S1:金潼橋;B-S2:松橋;B-S3:峭岐大橋;B S4:湖莊橋)，張家港河4個點(diǎn)位(Z-S1:顧家橋;Z-S2:電廠大橋;Z-S3:陸橋;Z-S4:北國大橋)，橫河4個點(diǎn)位(H-S1:山觀東橋;H-S2:新虹橋;H-S3:繆莊橋;H- S4:南郭莊橋)。采樣時間從2010年9月至2011年8月，共進(jìn)行10次采樣。

圖1 采樣點(diǎn)位分布(X-錫澄運(yùn)河;B-白屈港河;Z-張家港河;H-橫河)

1.3 監(jiān)測項(xiàng)目及分析方法

監(jiān)測項(xiàng)目包括水溫(WT)、溶解氧(DO)、pH、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、總氮(TN)、總有機(jī)碳(TOC)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、懸浮質(zhì)(SS)和Chla，其中WT和DO用手提式Y(jié)SI-58型溶解氧測定儀現(xiàn)場測定，其他指標(biāo)帶回實(shí)驗(yàn)室分析測定，參照《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》中的測定方法。pH用玻璃電極法測定，NH3-N、TP、TN及CODMn用SKALAR SAN++連續(xù)流動分析儀測定，TOC用非色散紅外線吸收法測定，Chla采用分光光度法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)方法

Chla含量與主要環(huán)境因子間的相關(guān)關(guān)系采用Pearson相關(guān)分析(P＜0.05)。以各個河道監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用多元逐步回歸統(tǒng)計(jì)方法，篩選出對Chla含量影響相對重要的環(huán)境因子，建立多元逐步回歸模型。選擇過程基于如下原則:(1)方程方差分析F值的顯著水平P應(yīng)小于0.05;(2)自變量與因變量之間因果關(guān)系明確，自變量之間獨(dú)立性較強(qiáng)。分析統(tǒng)計(jì)軟件為SPSS 19.0。

2 結(jié)果與討論

2.1 Chla含量的時空變化特征

根據(jù)所測定的各樣點(diǎn)Chla含量的結(jié)果(圖2)，所有采樣點(diǎn)Chla呈一定的時間變化。錫澄運(yùn)河、張家港河和白屈港河Chla的高峰值基本都集中在豐水期(6—10月)，橫河的高峰值出現(xiàn)在春季，4條河道的谷值則主要出現(xiàn)在枯水期(12—3月)。錫澄運(yùn)河、張家港河和白屈港河各自采樣點(diǎn)間Chla從上游到下游(自長江向南)基本呈遞增趨勢，且上游樣點(diǎn)Chla的季節(jié)變化相比下游樣點(diǎn)更顯著，而橫河采樣點(diǎn)間差距不大。錫澄運(yùn)河、張家港河和白屈港河屬于南北向通江河道，其Chla含量隨著與長江距離的變遠(yuǎn)逐漸增加，而東西向的橫河Chla含量空間差異不大，這是由于靠近河口的監(jiān)測點(diǎn)位受長江水影響較大，閘泵抽調(diào)長江水后，水體流速變快，濁度增加，不利于藻類生物量的積累，調(diào)水對中下游的影響逐漸變?nèi)?，Chla含量相對較高。總的來說，4條河道Chla的含量從高到低為白屈港河、張家港河、橫河、錫澄運(yùn)河，其年平均值分別為 21.2，19.6，18.1 和12.6 mg/m3。

2.2 Chla含量與主要環(huán)境因子的關(guān)系

Chla含量在一定程度上反映了水體中浮游植物的現(xiàn)存量，而浮游植物的生長受到多種環(huán)境因子的影響和制約。由Chla含量和環(huán)境因子的Pearson指數(shù)分析結(jié)果(表1)可知，4條河道Chla都與TOC、CODMn顯著正相關(guān)，此外，錫澄運(yùn)河 Chla與WT、TN顯著正相關(guān)，張家港河Chla與WT、NH3-N顯著正相關(guān)，白屈港河Chla與TN、NH3-N顯著正 相關(guān)，橫河Chla與TP、SS顯著負(fù)相關(guān)。

圖2 江陰市主要內(nèi)河葉綠素a的時空動態(tài)

表1 Chla含量與環(huán)境因子的Pearson相關(guān)系數(shù)

采樣周年內(nèi)WT在8～32℃，較為適宜大部分浮游藻類生長，因此各條河Chla含量隨著WT的上升呈增加趨勢。4條河道pH維持在天然水的正常范圍內(nèi)(6～8)，Chla含量與之相關(guān)性不顯著。DO與Chla含量負(fù)相關(guān)，但不顯著。一般來說，表示浮游藻類生產(chǎn)量的Chla含量越高，DO也應(yīng)該越高［4］?？紤]到隨著WT的上升DO將逐漸降低，以WT為控制條件，對Chla含量與DO再作偏相關(guān)分析表明，兩者的相關(guān)系數(shù)只有 －0.091，P ＞0.05。由此表明，河道系統(tǒng)DO主要受WT影響，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系 (R= － 0.573，P ＜ 0.01)。

SS表征水體的泥沙、浮游植物等懸浮顆粒含量，其反映了水體的水流動力和光照狀況。SS越大表明流速越快、光照衰減越大，兩者都不利于浮游藻類的生長。4條河道Chla含量與SS均呈負(fù)相關(guān)，且橫河相關(guān)性顯著，說明河道系統(tǒng)SS對浮游藻類生物量有一定的抑制作用。

氮、磷營養(yǎng)鹽是促進(jìn)藻類生長的必要因子，氮磷輸入過多，將促進(jìn)藻類的過量生長，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。國際上公認(rèn)的富營養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)為TN質(zhì)量濃度 0.2 mg/L、TP 質(zhì)量濃度 0.02 mg/L，文中4 個河道的TN質(zhì)量濃度為1.0～5.0 mg/L、TP質(zhì)量濃度為0.05～1.0 mg/L，可見營養(yǎng)鹽含量本底值比較高，一旦其他環(huán)境條件(WT、水流動力、光照等)滿足浮游藻類生長要求，河道中也會出現(xiàn)富營養(yǎng)化問題。TN、TP與Chla含量相關(guān)分析表明，錫澄運(yùn)河、白屈港河和張家港河內(nèi)，TP與Chla含量之間并沒有明顯的關(guān)聯(lián)，只有橫河中兩者為顯著負(fù)相關(guān)(圖3)，說明橫河中隨著浮游藻類的生長，TP被大量消耗，相比其他河道，橫河中磷可能是浮游藻類生長繁殖的潛在限制因子。所有河道TN、NH3-N與Chla含量之間呈較為顯著的正相關(guān)關(guān)系，尤其是白屈港河(圖4)。一般來說，NH3-N是浮游藻類優(yōu)先選擇吸收利用的氮源形式，而城市水體主要受生活污水排放影響，NH3-N含量一般較高，因此，隨著浮游藻類增多，TN、NH3-N含量并未減少，說明河道中氮源供給充足。

圖3 江陰市主要內(nèi)河葉綠素a與TP的相關(guān)分析

圖4 江陰市主要內(nèi)河葉綠素a與TN的相關(guān)分析

CODMn和TOC表征水體中有機(jī)質(zhì)負(fù)荷，而有機(jī)質(zhì)主要來源于陸源輸入和水體中藻類的生長。該研究中4條河道Chla與CODMn、TOC均為顯著的正相關(guān)關(guān)系，說明河道中有機(jī)物來源豐富，有利于浮游藻類的生長。CODMn、TOC與TN、NH3-N之間為極顯著正相關(guān)(CODMn、TOC與TN相關(guān)系數(shù)0.661 和 0.546，P ＜ 0.01;CODMn、TOC 與NH3-N相關(guān)系數(shù)0.659 和0.607，P ＜ 0.01)，說明有機(jī)物和氮污染有共同的來源，即陸源(如生活污水)輸入。

有研究表明，與湖庫相比，河流的浮游藻類主要受水體物理特征(溫度、濁度、流速)而非營養(yǎng)鹽濃度決定［5］。城市內(nèi)河往往外源輸入豐富，營養(yǎng)鹽是暴發(fā)藻類“水華”的必要因素，隨著冬春季枯水期水量的銳減，水流流速變緩，早春水溫升高、光照充足，利于藻類的生長聚集，將導(dǎo)致水體富營養(yǎng)程度較高。近年來，在漢江、大寧河、香溪河等長江支流頻繁出現(xiàn)“水華”，正是由于三峽水庫蓄水后河流水動力條件改變所致［6－9］。由此可見，預(yù)警及控制城市內(nèi)河的富營養(yǎng)化，在目前營養(yǎng)鹽和有機(jī)質(zhì)本底值較高的前提下，水動力條件(閘泵的控制)是重要的考慮因素之一。

2.3 Chla含量與影響因子的逐步回歸分析

根據(jù)不同河道Chla含量與影響因子的逐步回歸分析結(jié)果(表2)，各個河道篩選出的對Chla含量有顯著影響的因子各不相同。WT在錫澄運(yùn)河、張家港河及橫河表現(xiàn)為正相關(guān)，DO在白屈港河為正相關(guān)，CODMn在錫澄運(yùn)河為正相關(guān)，TOC在白屈港河、張家港河及橫河為正相關(guān)，此外，橫河還有入選因子NH3-N和TP，兩者與Chla含量分別為正相關(guān)和負(fù)相關(guān)關(guān)系。由上文分析可知，DO主要受WT控制，而CODMn和TOC同為有機(jī)物質(zhì)總量的綜合表征指標(biāo)。

表2 Chla含量與環(huán)境因子的逐步回歸統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

(1)該研究中的4條河道中Chla含量呈現(xiàn)一定的時間和空間變化。季節(jié)變化模式為溫暖季節(jié)高峰、寒冷季節(jié)低谷。錫澄運(yùn)河、張家港河和白屈港河各自采樣點(diǎn)間Chla從上游到下游(自長江向南)基本呈遞增趨勢，橫河Chla含量空間差異不大。總體來說，Chla含量從高到低順序?yàn)榘浊酆?、張家港河、橫河、錫澄運(yùn)河。

(2)由Chla含量和理化環(huán)境因子的Pearson指數(shù)相關(guān)分析結(jié)果，不同河道Chla含量與水質(zhì)因子間的相關(guān)性存在差異。4條河道都與 TOC、CODMn顯著正相關(guān)，錫澄運(yùn)河Chla與WT、TN顯著正相關(guān)，張家港河Chla與WT、NH3-N顯著正相關(guān)，白屈港河 Chla與 TN、NH3-N顯著正相關(guān)，橫河Chla與TP、SS顯著負(fù)相關(guān)。

(3)由Chla含量與理化環(huán)境因子的逐步回歸分析結(jié)果，各個河道篩選出的對Chla含量有顯著影響的因子各不相同。錫澄運(yùn)河、白屈港河及張家港河Chla含量變化的主要影響因子為WT和外源輸入(氮和有機(jī)物)，而橫河除了這兩個因子外，還受營養(yǎng)鹽影響，尤其是TP，可能為橫河浮游藻類生長的限制因子。

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Dynamic Characteristics and Correlative Analysis to its Environmental Factors of Chlorophyll-a in Main Rivers of Jiangyin City

SONG Xiao-lan1，Duan Xue-hua2，LU Wei-min1，ZHENG Ke1，BIAN Jin-liang1，HUANG Zhen-rong1，ZHANG Jie1
(1.Jiangyin Environmental Monitoring Station，Jiangyin，Jiangsu 214400，China;2.Jiangyin Municipal Water Conservancy Bureau，Jiangyin，Jiangsu 214400，China)

According to the monitoring data in Xicheng canal，Baiqugang river，Zhangjiagang river and Heng river of Jiangyin city，the relationship between chlorophyll a(Chl.a)concentrations and physio － chemical factors was investigated.Besides，the factors that are significantly correlated with Chl.a using the methods of multiple linear stepwise regressions were selected.The results indicated that there was an obvious temporal and spatial variation of Chl.a.Correlation analysis showed that the significantly important environmental factors which affect Chl.a were not always the same in four investigated rivers.In general，the main environmental factors affecting Chl.a were water temperature and exogenous inputs for the first three rivers，plus phosphorus and ammonia for Heng river.

Jiangyin;rivers;chlorophyll a;correlative analysis

X824

A

1674-6732(2012)-03-0040-05

10.3969/j.issn.1674-6732.2012.03.010

2011-08-29;

2011-09-17

江蘇省環(huán)境監(jiān)測科研基金項(xiàng)目(1002)。

宋曉蘭(1980—)，女，工程師，博士，從事環(huán)境監(jiān)測與管理工作。

(本欄目編輯 陸敏)