水庫(kù)藻類(lèi)與富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)相關(guān)性研究

單 敬

(天津水務(wù)集團(tuán)有限公司 水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心，天津 300040)

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)造成的污染加劇了水體富營(yíng)養(yǎng)化的進(jìn)程［1］，特別是水體中氮、磷含量升高，容易導(dǎo)致藻類(lèi)爆發(fā)，發(fā)生藻類(lèi)水華危害［2］。藻類(lèi)大量繁殖會(huì)使水體pH值增高，總堿度降低，影響水處理效果。藻類(lèi)的死亡、腐敗也會(huì)加重水體的腥臭味，影響水體感官，開(kāi)展藻類(lèi)總數(shù)監(jiān)測(cè)具有重要意義。

水體中葉綠素含量可以在一定程度上表征浮游藻類(lèi)的數(shù)量?？偭?、總氮也是藻類(lèi)生長(zhǎng)的影響因素，是水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的重要指標(biāo)。大量研究表明，水體中總氮、總磷、葉綠素與藻類(lèi)數(shù)量之間存在密切關(guān)系，但研究大多針對(duì)單因素對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)的影響。筆者通過(guò)擬合多元線(xiàn)性回歸方程，分析高藻期和低藻期影響藻類(lèi)生長(zhǎng)的多因素與藻類(lèi)計(jì)數(shù)的線(xiàn)性關(guān)系，并對(duì)相關(guān)性進(jìn)行驗(yàn)證，從而估算藻類(lèi)總數(shù)。

1 試驗(yàn)儀器與材料

1.1 試驗(yàn)儀器

Thermo Fisher Evolution 300紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)、Agilent Cary 1000紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)、高壓蒸汽滅菌鍋、離心機(jī)、組織研磨機(jī)、Olympus顯微鏡。

1.2 試驗(yàn)材料

總氮:堿性過(guò)硫酸鉀溶液(40 g/L)、鹽酸(1+9)溶液、硝酸鹽氮溶液。

總磷:過(guò)硫酸鉀溶液(50 g/L)、抗壞血酸溶液(100 g/L)、硫酸(1+1)溶液、鉬酸鹽溶液、磷酸鹽磷溶液。

葉綠素:飽和碳酸鎂溶液、丙酮(優(yōu)級(jí)純)。

藻類(lèi)計(jì)數(shù):魯哥氏碘液。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 總氮的檢測(cè)方法

取10．00 mL水樣于25 mL具塞磨口玻璃比色管中，加入5 mL堿性過(guò)硫酸鉀溶液，蓋緊管塞，用紗布和線(xiàn)繩扎緊。將比色管置于高壓蒸汽滅菌鍋中，加熱至120℃開(kāi)始計(jì)時(shí)，保持溫度在120～124℃之間30 min。自然冷卻后，取出比色管冷卻至室溫，按住管塞將比色管中的液體顛倒混勻2～3次。

加入1．0 mL鹽酸溶液，用水稀釋至25 mL刻線(xiàn)，蓋塞混勻。用10 mm石英比色皿，在紫外分光光度計(jì)上，以純水作參比，分別于波長(zhǎng)220和275 nm處測(cè)定吸光度。

1.3.2 總磷的檢測(cè)方法

量取25．00 mL水樣于50 mL具塞磨口玻璃比色管中，加入4 mL過(guò)硫酸鉀溶液，蓋緊管塞，用紗布和線(xiàn)繩扎緊。將比色管置于高壓蒸汽滅菌鍋中，加熱至120℃開(kāi)始計(jì)時(shí)，保持溫度在120～124℃之間30 min。自然冷卻后，取出比色管冷卻至室溫，用純水稀釋至刻線(xiàn)。

加入1 mL抗壞血酸溶液并混勻，30 s后加入2 mL鉬酸鹽溶液充分混勻。室溫下放置15 min后，用30 mm石英比色皿，以純水作參比，在700 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度。

1.3.3 葉綠素的檢測(cè)方法

將水樣盡快過(guò)濾濃縮，在過(guò)濾完成前，加入約2 mL飽和碳酸鎂溶液，以防止葉綠素降解。加入2～3 mL 90%丙酮溶液，并在500 r/min下浸漬1 min，轉(zhuǎn)移到組織研磨機(jī)進(jìn)行研磨。離心后轉(zhuǎn)移澄清提取液至1 cm比色皿中，分別在630，657和664 nm處讀取吸光度，計(jì)算葉綠素含量。

1.3.4 藻類(lèi)計(jì)數(shù)的檢測(cè)方法

向水樣中加入魯哥氏碘液進(jìn)行沉淀，轉(zhuǎn)移濃縮后的樣品，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)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 相關(guān)系數(shù)的檢驗(yàn)

選取水庫(kù)2017—2019年高藻期(5—10月)和低藻期(11—4月)各30組總氮、總磷、葉綠素與藻類(lèi)計(jì)數(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如表1和表2所示。

表1 高藻期水庫(kù)總氮、總磷、葉綠素和藻類(lèi)計(jì)數(shù)檢測(cè)結(jié)果

續(xù)表1

表2 低藻期水庫(kù)總氮、總磷、葉綠素和藻類(lèi)計(jì)數(shù)檢測(cè)結(jié)果

假設(shè)總氮、總磷、葉綠素和藻類(lèi)計(jì)數(shù)之間存在線(xiàn)性關(guān)系，關(guān)系式為y=a+b1x1+b2x2+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，得到高藻期回歸方程:y=631．5x1+36 238．4x2+124．5x3－1 920．7，r=0．917;低藻期回歸方程:y= －31．7x1－2 553．9x2+40．0x3+382．1，r=0．697。

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。擬合高藻期和低藻期回歸方程的相關(guān)系數(shù)均為r＞rmin，因此所得線(xiàn)性方程成立，即高藻期和低藻期的總氮、總磷、葉綠素和藻類(lèi)計(jì)數(shù)分別直接存在線(xiàn)性相關(guān)性。

2.2 方差分析與F檢驗(yàn)

根據(jù)F檢驗(yàn)的公式，分別計(jì)算高藻期和低藻期的30組數(shù)據(jù)之間各差異源的自由度df、平方和SS以及均方MS，結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

表3 高藻期多元回歸方程的方差分析

從表3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=46．4，由于 F ＞ F0．01(3，26)，因此判定總氮、總磷、葉綠素和高藻期的藻類(lèi)計(jì)數(shù)之間存在顯著的線(xiàn)性相關(guān)性。用總氮、總磷、葉綠素的檢測(cè)數(shù)值估算高藻期的藻類(lèi)計(jì)數(shù)存在可行性。

表4 低藻期多元回歸方程的方差分析表

通過(guò)表4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=8．20，由于 F ＞ F0．01(3，26)，因此總磷、總氮、葉綠素和低藻期的藻類(lèi)計(jì)數(shù)之間也存在顯著的線(xiàn)性相關(guān)性。

2.3 誤差檢驗(yàn)與分析

通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出，高藻期和低藻期總磷、總氮、葉綠素與藻類(lèi)計(jì)數(shù)之間分別存在顯著相關(guān)性。根據(jù)方程分別得到水庫(kù)高藻期和低藻期的藻類(lèi)計(jì)數(shù)的估算值，并與實(shí)際檢測(cè)結(jié)果比較，得到相對(duì)誤差如表5和表6所示。

表5 高藻期藻類(lèi)檢測(cè)值與估算值之間的相對(duì)誤差

表6 低藻期藻類(lèi)檢測(cè)值與估算值之間的相對(duì)誤差

續(xù)表6

通過(guò)分析可以看出，高藻期30組數(shù)據(jù)中有7組數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差超過(guò)30%，其中有3組誤差偏大，超過(guò)50%。低藻期30組數(shù)據(jù)中有8組數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差超過(guò)30%，其中有5組超過(guò)50%。利用擬合線(xiàn)性回歸方程推算高藻期的藻類(lèi)計(jì)數(shù)更加準(zhǔn)確。春夏季為高藻期，也是藻類(lèi)爆發(fā)的高峰期，應(yīng)急檢測(cè)頻率高，運(yùn)用該方法估算藻類(lèi)計(jì)數(shù)，可以縮短檢測(cè)時(shí)間，提高應(yīng)急檢測(cè)效率。

3 結(jié)果

① 通過(guò)多元線(xiàn)性回歸方程分析，建立了高藻期和低藻期總氮、總磷、葉綠素和藻類(lèi)之間的線(xiàn)性回歸方程并對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行了顯著性檢驗(yàn)，得到高藻期 y=631．5x1+36 238．4x2+124．5x3－1 920．7，r=0．917;低藻期:y= －31．7x1－2 553．9x2+40．0x3+382．1，r=0．697。

② 檢驗(yàn)結(jié)果表明，高藻期和低藻期的總氮、總磷、葉綠素對(duì)藻類(lèi)計(jì)數(shù)均具有顯著影響。運(yùn)用該方程驗(yàn)證藻類(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)，且更適合高藻期藻類(lèi)的估算，有助于縮短檢測(cè)時(shí)間，提高檢測(cè)效率，從而指導(dǎo)生產(chǎn)。