爾王莊水庫總磷、總氮、溶解氧與藻類計數相關性的研究

王 翠，姜 鑫，劉 佳

(天津泰達水業有限公司 天津300457)

爾王莊水庫總磷、總氮、溶解氧與藻類計數相關性的研究

王 翠，姜 鑫，劉 佳

(天津泰達水業有限公司 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，其相關系數R＝0.889，并對其相關性進行顯著性檢驗。檢驗結果表明，總磷、總氮、溶解氧對水庫藻類計數有極顯著的影響。運用該方程驗證水庫藻類計數，大部分數值均可控制在相對偏差30%,以內。因此可通過該方程估算水庫藻類總量，提高工作效率，方便指導生產。

多元線性 回歸分析 藻類計數

隨著社會和經濟的發展，人類活動所造成的污染加劇了水體富營養化的進程，[1]特別是大量含氮、磷廢水排入水體，容易引發藻類的大規模快速生長，造成水華和赤潮。[2]自20世紀90年代以來，我國淡水水體的富營養化趨勢明顯增加，水庫、湖泊和河流頻繁發生藻類水華危害。[3]水體富營養化已嚴重干擾水資源利用。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。藻類還會嚴重堵塞濾池，造成濾池運行周期縮短，降低產水率。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。藍藻作為大量繁殖的藻類，會產生藻毒素，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肝臟腫大或出血，甚至誘發癌癥，會極大地危害人體健康，[4]因此藻類計數的檢測尤為重要。目前，研究藻類計數的文獻有很多，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，總結影響藻類生長的多因素與藻類計數的線性關系，估算藻類計數的數值，該方法具有可操作性強、方法簡便、工作量少、準確性高等優點，比《水和廢水監測分析方法》介紹的顯微鏡直接計數法[5]更有利于指導生產。

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。

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，由國家標準物質中心購得標準溶液配制)；堿性過硫酸鉀溶液；鹽酸溶液(1＋9)；硝酸鹽氮溶液(10.0,μg/mL，由國家標準物質中心購得標準溶液配制)；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 藻類計數的檢測方法

將1,000,mL水樣，取出約971,mL，經抽濾裝置進行過濾。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，至濾膜上重現本色無其他雜質為止。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，注入計數框內，小心蓋好玻片，使樣品均勻分布，且保證計數框內無氣泡，然后在10×40倍顯微鏡下計數。通過公式(2)計算藻類計數值：

式中：N——每升水中浮游植物的數量(萬個/L)；Cs——計數框面積(mm2)，一般為400,mm2；Fs——每個視野的面積(mm2)；Fn——每片計數過后視野數；Pn——每片通過計數實際數出的藻類個體數或細胞數；V——1,L水濃縮后的體積；U——計數框的體積，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 實驗結果與分析

3.1 總氮的標準曲線

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，氮含量為橫坐標繪制工作曲線，如圖1所示。

圖1 總氮工作曲線Fig.1 TN working curve

3.2 總磷的標準曲線

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，磷含量為橫坐標繪制工作曲線，如圖2所示。

圖2 總磷工作曲線Fig.2 TP working curve

3.3 相關系數的檢驗

本文選取爾王莊水庫2013—2015年30組總磷、總氮、溶解氧和藻類計數的監測數據。這些數據基本反映了水體的水質情況，匯總結果如表1所示。假設4者之間存在線性關系且關系式為y＝a+b1,x1+b2,x2+ b3x3+b4x4，根據檢測結果匯總，通過多元線性回歸分析可得線性回歸方程：

經相關系數臨界值表查得，當自由度df＝26，給定顯著水平α＝0.01時，相關系數的最小值Rmin＝0.479。所得方程的相關系數R＞Rmin，因此所得線性方程成立，即總磷、總氮、溶解氧與藻類計數之間存在線性相關性。

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

3.4 方差分析及F檢驗

根據F檢驗的公式分別計算30組數據的各差異源的自由度、平方和以及均方，總結結果如表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、溶解氧與藻類計數之間存在極顯著的線性相關性。用總磷、總氮、溶解氧的檢測數值計算藻類計數存在可行性。

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

通過數據分析得出總磷、總氮、溶解氧與藻類計數之間存在極顯著線性相關性的結論，得到三元一次方程。根據方程計算出爾王莊水庫30,m的藻類計數結果與檢測所得藻類計數結果比較，計算相對誤差，誤差結果如表3所示。

表3 藻類計數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組數據中有6組數據的相對誤差超過30%,，其中兩組誤差偏大。這主要是由于當月藻類計數含量較低造成的。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月高藻期藻類計數的統計與檢測具有重要意義。

4 結果與討論

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，其相關系數R＝0.889，并對其相關性進行了顯著性檢驗。檢驗結果表明，總磷、總氮、溶解氧對水庫藻類計數具有極顯著性影響。運用該方程驗證水庫藻類計數，大部分數值均可控制在相對偏差30%,以內，且更加適合高藻期藻類計數的統計。因此可通過該方程估算水庫藻類總量，提高工作效率，方便指導生產。

通過數據檢驗能夠得出各因素對藻類計數影響的主次順序，便于找出爾王莊水庫藻類爆發的主要因素。通過控制主要因素控制水庫藻類爆發，是今后研究的方向。同時還能通過數據分析設立低溫期主要因素的預警線，充分利用低溫期藻類生長周期長的特點，做好轉年高藻期藻類的控制與富營養化發生的預警。■

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

［2］ 張曉明. 富營養化水源中藻類爆發的控制與去除[J].科技創新導報，2011(1)：107.

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

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

［5］ 國家環境保護總局水和廢水監測分析方法編委會. 水和廢水監測分析方法[M]. 北京：中國環境科學出版社，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