龍?zhí)煊?李祥華,吳 磊

(重慶大學(xué)三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶400045)

灰色關(guān)聯(lián)分析水位下降對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)的影響

龍?zhí)煊?李祥華,吳 磊

(重慶大學(xué)三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶400045)

在營(yíng)養(yǎng)鹽比較充裕的條件下,水動(dòng)力條件成為藻類(lèi)生長(zhǎng)的重要影響因素。本實(shí)驗(yàn)利用對(duì)比裝置研究水位下降對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)影響,結(jié)果表明:水位下降產(chǎn)生的垂向流速這一特定的水動(dòng)力條件因素能夠促進(jìn)藻類(lèi)的生長(zhǎng),在諸因素中,水動(dòng)力條件成為制約藻類(lèi)生長(zhǎng)的重要影響因子。

藻類(lèi);水位下降;灰色關(guān)聯(lián)

Abstract:Through the simulation test,the influence of the vertical disturbing caused by the fall of water level on algae’s density and chlorophyll-a’s concentration was studied.The results showed that the feeble vertical disturbing resulted from the fall of water level could promote the growth of algae.The hydrodynamic condition is a very impo rtant impact factor among all the facto rs.

Key words:algal;the fall of water level;the grey relation

藻類(lèi)生長(zhǎng)的影響因素有很多,主要有營(yíng)養(yǎng)鹽、光照、溫度、酸堿度、濁度以及水動(dòng)力條件等[1]。眾多學(xué)者在研究水動(dòng)力條件對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)的影響時(shí),著重研究水平流對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)影響。本實(shí)驗(yàn)的出發(fā)點(diǎn)是研究水位下降即垂向流對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)的影響。根據(jù)力學(xué)相似原理搭建了兩個(gè)同樣的水族箱,一個(gè)用來(lái)做水位下降對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)影響實(shí)驗(yàn),一個(gè)用來(lái)做對(duì)照。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)來(lái)得出水位下降對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)影響的結(jié)果。由于是對(duì)照試驗(yàn),所用的水源(嘉陵江源水)相同,兩水族箱所處的環(huán)境相同,而主要測(cè)量一些重要的影響指標(biāo),如 TN,TP,TN/TP,溫度 T,葉綠素-a(Chla),下降速度v。

灰色關(guān)聯(lián)分析是對(duì)系統(tǒng)的變化或者是系統(tǒng)中各因素之間的變化,在發(fā)展過(guò)程中隨時(shí)間推移而發(fā)生的相對(duì)變化,研究變化的大小、方向以及速度等的接近程度,來(lái)衡量它們之間關(guān)聯(lián)性大小[2-5]。關(guān)聯(lián)度是一個(gè)衡量的標(biāo)尺,關(guān)聯(lián)度越大,說(shuō)明關(guān)聯(lián)越密切;關(guān)聯(lián)度越小,說(shuō)明關(guān)聯(lián)性越疏遠(yuǎn)。本實(shí)驗(yàn)就是研究TN、TP、TN/TP、溫度 T、下降速度 v等各因素的對(duì)藻類(lèi)Chla的關(guān)聯(lián)度。

1 試驗(yàn)方法

1.1 材料與方法

水族箱的尺寸為800 mm×300 mm×1200 mm(長(zhǎng)×寬×高),在一側(cè)面中部設(shè)置取樣口10個(gè),間距為100 mm,第1個(gè)取樣口距底部200 mm。在另一側(cè)面中部距底部200 mm處設(shè)泄水閥,每天泄水高度約40 mm/d。試驗(yàn)時(shí)間為2009年3-4月。試驗(yàn)用水取長(zhǎng)江一級(jí)支流嘉陵江水,每次試驗(yàn)前取水。

1.2 測(cè)定方法

參數(shù)測(cè)定按《水和廢水檢測(cè)分析方法》(第4版)進(jìn)行。溫度采用水銀溫度計(jì);TP采用鉬銻抗分光光度法;TN采用過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法;Chla采用常規(guī)分光光度法[6-8]。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

測(cè)量指標(biāo)如表1、表2。

表1 2009年03月份水位下降組測(cè)量數(shù)據(jù) mg/L

表2 2009年03月份對(duì)照組測(cè)量數(shù)據(jù) mg/L

2.1 數(shù)據(jù)無(wú)量綱化處理

利用灰關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的灰數(shù)等權(quán)處理方法,對(duì)以上測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行均值化無(wú)量綱處理,處理公式:,得到無(wú)量綱化數(shù)據(jù)表,見(jiàn)表3、表4。

表3 2009年03月份水位下降組無(wú)量綱化數(shù)據(jù)

表4 2009年03月份對(duì)照組無(wú)量綱化數(shù)據(jù)

2.2 計(jì)算Δ0i(tj)

完成無(wú)量綱數(shù)據(jù)之后,就可以計(jì)算每個(gè)時(shí)刻點(diǎn)上的母序列與各子序列差的絕對(duì)值Δ0i(tj),即:Δ0i(tj)=X0(tj)-Xi(tj),可得到如下數(shù)據(jù),見(jiàn)表5、表6。

表5 2009年03月份水位下降組Δ0i(tj)

表6 2009年03月份對(duì)照組Δ0i(tj)

2.3 求關(guān)聯(lián)系數(shù)

求在各時(shí)刻點(diǎn)上母序列 X0與各子序列 Xi的關(guān)聯(lián)系數(shù),如表7、表8。灰關(guān)聯(lián)系數(shù)是作為灰關(guān)聯(lián)程度的一種衡量尺度,其計(jì)算公式為:

式中,Δmax為的最大值,Δmin為的最小值,Δ0i(tj)為tj時(shí)刻的值。ρ為分辨系數(shù),其作用在于提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異顯著性。ρ∈(0,1)一般情況取0.1～0.5,通常取0.5。

表7 2009年03月份水位下降組關(guān)聯(lián)系數(shù)Li(tj)值

表8 2009年03月份對(duì)照組關(guān)聯(lián)系數(shù)Li(tj)值

2.4 計(jì)算關(guān)聯(lián)度

表9 兩組實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)度 mg/L

2.5 分析

通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)的計(jì)算結(jié)果,可以看出水位下降這一因素對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)有明顯影響。在水位下降組,γ下降速度v>γTN/TP> γ溫度>γTP> γTN。對(duì)照組,γTN/TP>γ溫度T>γTN>γTP。

從葉綠素-a的濃度數(shù)據(jù)也可以看出,有水位下降的時(shí)候,Chla濃度要高于對(duì)照靜態(tài)組的Chla濃度,說(shuō)明在本實(shí)驗(yàn)水位下降速度范圍內(nèi),水位下降能夠促進(jìn)藻類(lèi)生長(zhǎng)。其原因如下:一是一定速度的水位下降,能夠促進(jìn)水體中營(yíng)養(yǎng)鹽的均散,更有利于藻類(lèi)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收;二是由于水位下降引起的細(xì)微擾動(dòng),能夠提高藻細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的利用率;三是藻類(lèi)的繁殖方式有營(yíng)養(yǎng)繁殖無(wú)性生殖和有性生殖,在多種藻類(lèi)生長(zhǎng)環(huán)境里,輕微擾動(dòng)對(duì)藻類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)繁殖和無(wú)性生殖并沒(méi)有影響,但能促進(jìn)有性生殖藻類(lèi)的結(jié)合,使有性生殖藻類(lèi)的繁殖加快,因而水位下降組的藻類(lèi)密度就大于對(duì)照靜態(tài)組的藻類(lèi)密度;四是垂向速度的存在改變沿垂向的壓強(qiáng)分布,減少下沉的藻類(lèi)數(shù)量。

3 結(jié)論

在氮磷濃度滿足藻類(lèi)生長(zhǎng)的最低要求后,氮和磷就不是藻類(lèi)生長(zhǎng)的限制性因子,而水動(dòng)力條件成了藻類(lèi)生長(zhǎng)的重要影響因子。水位下降能夠促進(jìn)藻類(lèi)的生長(zhǎng),水位下降對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)的影響程度要大于總氮總磷以及氮磷比對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)的影響程度。

[1] 張 晟,李崇明,鄭丙輝,等 .三峽庫(kù)區(qū)次級(jí)河流營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)及營(yíng)養(yǎng)鹽輸出影響[J].環(huán)境科學(xué),2007,28(3):500-505.

[2] 鄧聚龍.灰色系統(tǒng)理論教程[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社,1990.

[3] 王治禎,柏景方.灰色系統(tǒng)及模糊數(shù)學(xué)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2007.

[4] 易德生,郭 萍.灰色理論與方法[M].北京:石油工業(yè)出版社,1992.

[5] 王學(xué)萌,張繼忠,王 榮,等.灰色系統(tǒng)分析及實(shí)用計(jì)算程序[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2001.

[6] 顏潤(rùn)潤(rùn),逄 勇,陳曉峰,等.不同風(fēng)等級(jí)擾動(dòng)對(duì)貧富營(yíng)養(yǎng)下銅綠微囊藻生長(zhǎng)的影響 [J].環(huán)境科學(xué),2008,29(10):2749-2753.

[7] 劉信安,張密芳.重慶主城區(qū)三峽水域優(yōu)勢(shì)藻類(lèi)的演替及其增殖行為研究[J].環(huán)境科學(xué),2008,29(7):1839-1843.

[8] 張毅敏,張永春,張龍江,等.湖泊水動(dòng)力對(duì)藍(lán)藻生長(zhǎng)的影響[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2008,27(5):707-711.

Grey Relation Analysis for the Influence of Algae Growth caused by the Fall of Water Level

LONG Tian-yu,LI Xiang-hua,WU Lei

(Key Laborato ry of Eco-environments in Three Go rges Reservoir Region,M inistry of Education,Chongqing University,Chongqing 400045,China)

X171.5

A

1674-2842(2010)03-0008-03

2010-01-20

科技部科技重大專項(xiàng)(2009ZX07104-002);國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性試驗(yàn)(CQUCX-G-2007-26)

龍?zhí)煊?1960-),女,教授,博導(dǎo),從事水污染控制與水環(huán)境模擬等領(lǐng)域的研究。