爾王莊水庫(kù)總磷、總氮、溶解氧與藻類(lèi)計(jì)數(shù)相關(guān)性的研究

王 翠，姜 鑫，劉 佳

(天津泰達(dá)水業(yè)有限公司 天津300457)

爾王莊水庫(kù)總磷、總氮、溶解氧與藻類(lèi)計(jì)數(shù)相關(guān)性的研究

王 翠，姜 鑫，劉 佳

(天津泰達(dá)水業(yè)有限公司 天津300457)

通過(guò)多元線(xiàn)性回歸分析，建立爾王莊水庫(kù)總磷、總氮、溶解氧與藻類(lèi)計(jì)數(shù)之間的線(xiàn)性回歸方程y＝6,175.2＋28,389.7,x1－26.5,x2－523.4,x3，其相關(guān)系數(shù)R＝0.889，并對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果表明，總磷、總氮、溶解氧對(duì)水庫(kù)藻類(lèi)計(jì)數(shù)有極顯著的影響。運(yùn)用該方程驗(yàn)證水庫(kù)藻類(lèi)計(jì)數(shù)，大部分?jǐn)?shù)值均可控制在相對(duì)偏差30%,以?xún)?nèi)。因此可通過(guò)該方程估算水庫(kù)藻類(lèi)總量，提高工作效率，方便指導(dǎo)生產(chǎn)。

多元線(xiàn)性 回歸分析 藻類(lèi)計(jì)數(shù)

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)所造成的污染加劇了水體富營(yíng)養(yǎng)化的進(jìn)程，[1]特別是大量含氮、磷廢水排入水體，容易引發(fā)藻類(lèi)的大規(guī)?？焖偕L(zhǎng)，造成水華和赤潮。[2]自20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)淡水水體的富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)明顯增加，水庫(kù)、湖泊和河流頻繁發(fā)生藻類(lèi)水華危害。[3]水體富營(yíng)養(yǎng)化已嚴(yán)重干擾水資源利用。大量繁殖的藻類(lèi)會(huì)使水體pH值增高，總堿度降低，影響混凝效果。藻類(lèi)還會(huì)嚴(yán)重堵塞濾池，造成濾池運(yùn)行周期縮短，降低產(chǎn)水率。此外，有些藻類(lèi)有霉臭味，同時(shí)藻類(lèi)的死亡腐敗也會(huì)增加水體的腥臭味，影響水體感官。藍(lán)藻作為大量繁殖的藻類(lèi)，會(huì)產(chǎn)生藻毒素，輕則增加水體處理難度，重則使水體喪失飲用水功能。人類(lèi)飲用含有藻毒素的水源會(huì)引發(fā)肝臟腫大或出血，甚至誘發(fā)癌癥，會(huì)極大地危害人體健康，[4]因此藻類(lèi)計(jì)數(shù)的檢測(cè)尤為重要。目前，研究藻類(lèi)計(jì)數(shù)的文獻(xiàn)有很多，但大部分都是總磷、總氮、耗氧量、水溫、光照、pH值等單因素對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)的影響，鮮有綜合考慮多因素對(duì)藻類(lèi)影響的研究。本文通過(guò)多元線(xiàn)性回歸分析，總結(jié)影響藻類(lèi)生長(zhǎng)的多因素與藻類(lèi)計(jì)數(shù)的線(xiàn)性關(guān)系，估算藻類(lèi)計(jì)數(shù)的數(shù)值，該方法具有可操作性強(qiáng)、方法簡(jiǎn)便、工作量少、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)，比《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》介紹的顯微鏡直接計(jì)數(shù)法[5]更有利于指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 儀器與材料

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

島津紫外分光光度計(jì)UV-1750；高壓蒸汽滅菌器；Milli-Q純水機(jī)；0.1,mL計(jì)數(shù)框(20,mm× 20,mm)；蓋玻片(22,mm×22,mm)；Olympus顯微鏡(400～600倍)；ProODO型溶氧儀：YSI生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

過(guò)硫酸鉀(50,g/L)；抗壞血酸(100,g/L)；硫酸(1＋1)；鉬酸鹽溶液(此溶液貯于棕色試劑瓶中，冷藏可保存2,m)；磷溶液(2.0,μg/mL，由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心購(gòu)得標(biāo)準(zhǔn)溶液配制)；堿性過(guò)硫酸鉀溶液；鹽酸溶液(1＋9)；硝酸鹽氮溶液(10.0,μg/mL，由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心購(gòu)得標(biāo)準(zhǔn)溶液配制)；無(wú)氨水(新制備的去離子水)；魯哥氏碘液。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 總氮的檢測(cè)方法

取10.00,mL水樣于25,mL比色管，加入5,mL堿性過(guò)硫酸鉀溶液，封緊瓶塞，在高壓蒸氣滅菌器中(120～124,℃)加熱半小時(shí)，冷卻后加鹽酸溶液1,mL，用純水稀釋至25,mL刻度線(xiàn)。若試樣含懸浮物，完成全部工作后取上清液，用1,cm石英比色皿，利用紫外分光光度計(jì)，在波長(zhǎng)220,nm與275,nm處測(cè)定吸光度。并用公式(1)計(jì)算出校正吸光度A：

2.2 總磷的檢測(cè)方法

取25,mL水樣于50,mL比色管，加4,mL過(guò)硫酸鉀溶液封緊瓶塞，在高壓蒸氣滅菌器中(120～124,℃)加熱半小時(shí)，冷卻后加1,mL抗壞血酸溶液，30,s后加2,mL鉬酸鹽溶液，室溫下放置15,min后，使用3,cm比色皿，在700,nm波長(zhǎng)下，以水做參比，測(cè)定吸光度A。

2.3 藻類(lèi)計(jì)數(shù)的檢測(cè)方法

將1,000,mL水樣，取出約971,mL，經(jīng)抽濾裝置進(jìn)行過(guò)濾。將濾水后的濾膜取出，放入盛有剩余29,mL水樣的燒杯中，將其放入超聲波振蕩器振蕩15,min左右，至濾膜上重現(xiàn)本色無(wú)其他雜質(zhì)為止。去除振蕩后的濾膜，將濃縮后的水樣定容至30,mL后，加入2～3滴魯哥氏碘液，搖勻后立即用0.1,mL吸管在中央部吸出樣品，注入計(jì)數(shù)框內(nèi)，小心蓋好玻片，使樣品均勻分布，且保證計(jì)數(shù)框內(nèi)無(wú)氣泡，然后在10×40倍顯微鏡下計(jì)數(shù)。通過(guò)公式(2)計(jì)算藻類(lèi)計(jì)數(shù)值：

式中：N——每升水中浮游植物的數(shù)量(萬(wàn)個(gè)/L)；Cs——計(jì)數(shù)框面積(mm2)，一般為400,mm2；Fs——每個(gè)視野的面積(mm2)；Fn——每片計(jì)數(shù)過(guò)后視野數(shù)；Pn——每片通過(guò)計(jì)數(shù)實(shí)際數(shù)出的藻類(lèi)個(gè)體數(shù)或細(xì)胞數(shù)；V——1,L水濃縮后的體積；U——計(jì)數(shù)框的體積，0.1,mL。

2.4 溶解氧的檢測(cè)方法

按儀器使用說(shuō)明書(shū)，直接讀取水中溶解氧含量。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 總氮的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

用分度吸管向一組比色管中，分別加入硝酸鹽氮溶液0,mL、0.20,mL、0.50,mL、1.00,mL、3.00,mL和7.00,mL稀釋至10.00,mL，按2.1處理。以扣除空白試樣后的吸光度為縱坐標(biāo)，氮含量為橫坐標(biāo)繪制工作曲線(xiàn)，如圖1所示。

圖1 總氮工作曲線(xiàn)Fig.1 TN working curve

3.2 總磷的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

取7支具塞刻度試管分別加入0,mL、0.50,mL、1.00,mL、3.00,mL、5.00,mL、8.00,mL和10.00,mL磷酸鹽溶液，加水至25,mL，按2.2處理。以扣除空白試樣后的吸光度為縱坐標(biāo)，磷含量為橫坐標(biāo)繪制工作曲線(xiàn)，如圖2所示。

圖2 總磷工作曲線(xiàn)Fig.2 TP working curve

3.3 相關(guān)系數(shù)的檢驗(yàn)

本文選取爾王莊水庫(kù)2013—2015年30組總磷、總氮、溶解氧和藻類(lèi)計(jì)數(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)基本反映了水體的水質(zhì)情況，匯總結(jié)果如表1所示。假設(shè)4者之間存在線(xiàn)性關(guān)系且關(guān)系式為y＝a+b1,x1+b2,x2+ b3x3+b4x4，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果匯總，通過(guò)多元線(xiàn)性回歸分析可得線(xiàn)性回歸方程：

經(jīng)相關(guān)系數(shù)臨界值表查得，當(dāng)自由度df＝26，給定顯著水平α＝0.01時(shí)，相關(guān)系數(shù)的最小值Rmin＝0.479。所得方程的相關(guān)系數(shù)R＞Rmin，因此所得線(xiàn)性方程成立，即總磷、總氮、溶解氧與藻類(lèi)計(jì)數(shù)之間存在線(xiàn)性相關(guān)性。

表1 爾王莊水庫(kù)總磷、總氮、溶解氧、藻類(lèi)計(jì)數(shù)檢測(cè)結(jié)果Tab.1 TP，TN，DO and algae counts in Erwangzhuang Reservoir

3.4 方差分析及F檢驗(yàn)

根據(jù)F檢驗(yàn)的公式分別計(jì)算30組數(shù)據(jù)的各差異源的自由度、平方和以及均方，總結(jié)結(jié)果如表2所示。

通過(guò)表2可以看出，在給定的顯著性水平α＝0.01下，從F分布表中查得F0.01(3，26)＝4.64，而計(jì)算所得F＝32.79，由于F＞F0.01(3，26)，所以判定即總磷、總氮、溶解氧與藻類(lèi)計(jì)數(shù)之間存在極顯著的線(xiàn)性相關(guān)性。用總磷、總氮、溶解氧的檢測(cè)數(shù)值計(jì)算藻類(lèi)計(jì)數(shù)存在可行性。

表2 多元回歸方程的方差分析表Tab.2 Analysis of variance in multiple regression equation

3.5 誤差檢驗(yàn)與分析

通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出總磷、總氮、溶解氧與藻類(lèi)計(jì)數(shù)之間存在極顯著線(xiàn)性相關(guān)性的結(jié)論，得到三元一次方程。根據(jù)方程計(jì)算出爾王莊水庫(kù)30,m的藻類(lèi)計(jì)數(shù)結(jié)果與檢測(cè)所得藻類(lèi)計(jì)數(shù)結(jié)果比較，計(jì)算相對(duì)誤差，誤差結(jié)果如表3所示。

表3 藻類(lèi)計(jì)數(shù)檢測(cè)值與計(jì)算值之間相對(duì)誤差匯總表Tab.3List of relative errors between testing data and calculation data of algae counts

通過(guò)分析可以看出，30組數(shù)據(jù)中有6組數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差超過(guò)30%,，其中兩組誤差偏大。這主要是由于當(dāng)月藻類(lèi)計(jì)數(shù)含量較低造成的。一般情況下，低溫期藻類(lèi)含量低，不利于用該線(xiàn)性方程推算藻類(lèi)計(jì)數(shù)含量，而越是高溫期誤差越小，因此運(yùn)用該方法對(duì)于每年6～10月高藻期藻類(lèi)計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)與檢測(cè)具有重要意義。

4 結(jié)果與討論

本文通過(guò)多元線(xiàn)性回歸分析，建立了爾王莊水庫(kù)總磷、總氮、溶解氧與藻類(lèi)計(jì)數(shù)之間的線(xiàn)性回歸方程：y＝6,175.2＋28,389.7,x1－26.5,x2-523.4,x3，其相關(guān)系數(shù)R＝0.889，并對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行了顯著性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果表明，總磷、總氮、溶解氧對(duì)水庫(kù)藻類(lèi)計(jì)數(shù)具有極顯著性影響。運(yùn)用該方程驗(yàn)證水庫(kù)藻類(lèi)計(jì)數(shù)，大部分?jǐn)?shù)值均可控制在相對(duì)偏差30%,以?xún)?nèi)，且更加適合高藻期藻類(lèi)計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)。因此可通過(guò)該方程估算水庫(kù)藻類(lèi)總量，提高工作效率，方便指導(dǎo)生產(chǎn)。

通過(guò)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)軌虻贸龈饕蛩貙?duì)藻類(lèi)計(jì)數(shù)影響的主次順序，便于找出爾王莊水庫(kù)藻類(lèi)爆發(fā)的主要因素。通過(guò)控制主要因素控制水庫(kù)藻類(lèi)爆發(fā)，是今后研究的方向。同時(shí)還能通過(guò)數(shù)據(jù)分析設(shè)立低溫期主要因素的預(yù)警線(xiàn)，充分利用低溫期藻類(lèi)生長(zhǎng)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，做好轉(zhuǎn)年高藻期藻類(lèi)的控制與富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的預(yù)警?！?/p>

［1］ 張榆霞，金玉，施擇，等. 富營(yíng)養(yǎng)化水體藻類(lèi)顯微鏡計(jì)數(shù)方法改進(jìn)研究[J]. 福建分析測(cè)試，2014，23(1)：13-16.

［2］ 張曉明. 富營(yíng)養(yǎng)化水源中藻類(lèi)爆發(fā)的控制與去除[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(1)：107.

［3］ 趙孟緒. 水庫(kù)藻類(lèi)監(jiān)測(cè)原理與分析方法[J]. 廣東水利水電，2010(8)：61-63.

［4］ 李森. 查干湖低溫期內(nèi)源磷的釋放與其對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的影響[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2013.

［5］ 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法編委會(huì). 水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002：701-705.

Correlation of Total Phosphorus，Total Nitrogen，Dissolved Oxygen with Algae Counts in Erwangzhuang Reservoir

WANG Cui，JIANG Xin，LIU Jia
(Tianjin TEDA Water Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China)

Through multiple linear regression analysis，this paper establishes a linear regression equation of Erwangzhuang Reservoir’s relationships among total phosphorus，total nitrogen，dissolved oxygen and algae counts．The equation is y＝6,175.2＋28,389.7,x1－26.5,x2－523.4,x3，and the correlation coefficient is R＝0.889．A significant test of its relevance was carried out．Test results showed that total phosphorus，total nitrogen，dissolved oxygen have a significant impact on reservoir algae count．Using the equation verification reservoir algae count，most value can be controlled within a relative deviation of 30%．Therefore，the total amount of reservoir algae can be estimated by the equation，which will improve work efficiency and guide production.

multiple linear；regression analysis；algae count

TV211

A

1006-8945(2016)08-0035-03

2016-07-06