王 翠，姜 鑫，劉 佳

(天津泰達(dá)水業(yè)有限公司 天津300457)

爾王莊水庫總磷、總氮、溶解氧與藻類計數(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)

通過多元線性回歸分析，建立爾王莊水庫總磷、總氮、溶解氧與藻類計數(shù)之間的線性回歸方程y＝6,175.2＋28,389.7,x1－26.5,x2－523.4,x3，其相關(guān)系數(shù)R＝0.889，并對其相關(guān)性進(jìn)行顯著性檢驗。檢驗結(jié)果表明，總磷、總氮、溶解氧對水庫藻類計數(shù)有極顯著的影響。運用該方程驗證水庫藻類計數(shù)，大部分?jǐn)?shù)值均可控制在相對偏差30%,以內(nèi)。因此可通過該方程估算水庫藻類總量，提高工作效率，方便指導(dǎo)生產(chǎn)。

多元線性 回歸分析 藻類計數(shù)

隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類活動所造成的污染加劇了水體富營養(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)藻類的大規(guī)模快速生長，造成水華和赤潮。[2]自20世紀(jì)90年代以來，我國淡水水體的富營養(yǎng)化趨勢明顯增加，水庫、湖泊和河流頻繁發(fā)生藻類水華危害。[3]水體富營養(yǎng)化已嚴(yán)重干擾水資源利用。大量繁殖的藻類會使水體pH值增高，總堿度降低，影響混凝效果。藻類還會嚴(yán)重堵塞濾池，造成濾池運行周期縮短，降低產(chǎn)水率。此外，有些藻類有霉臭味，同時藻類的死亡腐敗也會增加水體的腥臭味，影響水體感官。藍(lán)藻作為大量繁殖的藻類，會產(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。人類飲用含有藻毒素的水源會引發(fā)肝臟腫大或出血，甚至誘發(fā)癌癥，會極大地危害人體健康，[4]因此藻類計數(shù)的檢測尤為重要。目前，研究藻類計數(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值等單因素對藻類生長的影響，鮮有綜合考慮多因素對藻類影響的研究。本文通過多元線性回歸分析，總結(jié)影響藻類生長的多因素與藻類計數(shù)的線性關(guān)系，估算藻類計數(shù)的數(shù)值，該方法具有可操作性強、方法簡便、工作量少、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點，比《水和廢水監(jiān)測分析方法》介紹的顯微鏡直接計數(shù)法[5]更有利于指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 儀器與材料

1.1 實驗儀器

島津紫外分光光度計UV-1750；高壓蒸汽滅菌器；Milli-Q純水機；0.1,mL計數(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 實驗材料

過硫酸鉀(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，由國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心購得標(biāo)準(zhǔn)溶液配制)；堿性過硫酸鉀溶液；鹽酸溶液(1＋9)；硝酸鹽氮溶液(10.0,μg/mL，由國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心購得標(biāo)準(zhǔn)溶液配制)；無氨水(新制備的去離子水)；魯哥氏碘液。

2 實驗方法

2.1 總氮的檢測方法

取10.00,mL水樣于25,mL比色管，加入5,mL堿性過硫酸鉀溶液，封緊瓶塞，在高壓蒸氣滅菌器中(120～124,℃)加熱半小時，冷卻后加鹽酸溶液1,mL，用純水稀釋至25,mL刻度線。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，在波長220,nm與275,nm處測定吸光度。并用公式(1)計算出校正吸光度A：

2.2 總磷的檢測方法

取25,mL水樣于50,mL比色管，加4,mL過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，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波長下，以水做參比，測定吸光度A。

2.3 藻類計數(shù)的檢測方法

將1,000,mL水樣，取出約971,mL，經(jīng)抽濾裝置進(jìn)行過濾。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，注入計數(shù)框內(nèi)，小心蓋好玻片，使樣品均勻分布，且保證計數(shù)框內(nèi)無氣泡，然后在10×40倍顯微鏡下計數(shù)。通過公式(2)計算藻類計數(shù)值：

式中：N——每升水中浮游植物的數(shù)量(萬個/L)；Cs——計數(shù)框面積(mm2)，一般為400,mm2；Fs——每個視野的面積(mm2)；Fn——每片計數(shù)過后視野數(shù)；Pn——每片通過計數(shù)實際數(shù)出的藻類個體數(shù)或細(xì)胞數(shù)；V——1,L水濃縮后的體積；U——計數(shù)框的體積，0.1,mL。

2.4 溶解氧的檢測方法

按儀器使用說明書，直接讀取水中溶解氧含量。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 總氮的標(biāo)準(zhǔn)曲線

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，如圖1所示。

圖1 總氮工作曲線Fig.1 TN working curve

3.2 總磷的標(biāo)準(zhǔn)曲線

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，如圖2所示。

圖2 總磷工作曲線Fig.2 TP working curve

3.3 相關(guān)系數(shù)的檢驗

本文選取爾王莊水庫2013—2015年30組總磷、總氮、溶解氧和藻類計數(shù)的監(jiān)測數(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者之間存在線性關(guān)系且關(guān)系式為y＝a+b1,x1+b2,x2+ b3x3+b4x4，根據(jù)檢測結(jié)果匯總，通過多元線性回歸分析可得線性回歸方程：

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，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，因此所得線性方程成立，即總磷、總氮、溶解氧與藻類計數(shù)之間存在線性相關(guān)性。

表1 爾王莊水庫總磷、總氮、溶解氧、藻類計數(shù)檢測結(jié)果Tab.1 TP，TN，DO and algae counts in Erwangzhuang Reservoir

3.4 方差分析及F檢驗

根據(jù)F檢驗的公式分別計算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、溶解氧與藻類計數(shù)之間存在極顯著的線性相關(guān)性。用總磷、總氮、溶解氧的檢測數(shù)值計算藻類計數(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 誤差檢驗與分析

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

表3 藻類計數(shù)檢測值與計算值之間相對誤差匯總表Tab.3List of relative errors between testing data and calculation data of algae counts

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

4 結(jié)果與討論

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

通過數(shù)據(jù)檢驗?zāi)軌虻贸龈饕蛩貙υ孱愑嫈?shù)影響的主次順序，便于找出爾王莊水庫藻類爆發(fā)的主要因素。通過控制主要因素控制水庫藻類爆發(fā)，是今后研究的方向。同時還能通過數(shù)據(jù)分析設(shè)立低溫期主要因素的預(yù)警線，充分利用低溫期藻類生長周期長的特點，做好轉(zhuǎn)年高藻期藻類的控制與富營養(yǎng)化發(fā)生的預(yù)警。■

［1］ 張榆霞，金玉，施擇，等. 富營養(yǎng)化水體藻類顯微鏡計數(shù)方法改進(jìn)研究[J]. 福建分析測試，2014，23(1)：13-16.

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

［3］ 趙孟緒. 水庫藻類監(jiān)測原理與分析方法[J]. 廣東水利水電，2010(8)：61-63.

［4］ 李森. 查干湖低溫期內(nèi)源磷的釋放與其對富營養(yǎng)化的影響[D]. 長春：吉林大學(xué)，2013.

［5］ 國家環(huán)境保護(hù)總局水和廢水監(jiān)測分析方法編委會. 水和廢水監(jiān)測分析方法[M]. 北京：中國環(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