千島湖藍藻密度制約因素分析

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千島湖藍藻密度制約因素分析

摘 要：千島湖，位于錢塘江上游，既是國家級重要風景名勝區(qū)，也是浙江省會杭州市及下游其他市、縣重要的飲用水源地，保護地位十分重要。由于建湖時間短、入湖污染少，目前千島湖的生態(tài)環(huán)境和地表水質(zhì)量仍屬優(yōu)秀。然而，由于千島湖流域社會經(jīng)濟的發(fā)展、不合理的開發(fā)和湖泊自身的演變，千島湖已從建湖初期的貧營養(yǎng)發(fā)展到現(xiàn)在的中營養(yǎng)狀態(tài)，甚至于98、99年局部水域出現(xiàn)了季節(jié)性的藍藻生長旺盛現(xiàn)象，引起了政府部門和各級環(huán)境科研機構(gòu)的關(guān)注。本文以千島湖監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，運用相關(guān)性分析和多元逐步回歸統(tǒng)計方法，對藍藻密度與環(huán)境理化指標的關(guān)系進行研究分析，找出與藍藻密度顯著相關(guān)的環(huán)境因子，建立多元逐步回歸方程，預測千島湖藍藻密度的變化情況。分析結(jié)果表明，水溫、水深和總磷為藍藻密度的顯著相關(guān)因子。其中，適宜的高水溫是藍藻生長旺盛的外界誘導因子，高水位運行不利于千島湖水質(zhì)保護，而磷元素是限制藍藻生長規(guī)模的最主要營養(yǎng)物質(zhì)。
 
關(guān)鍵詞：千島湖  多元逐步回歸 藍藻密度 預測
 
   
      千島湖是一個集發(fā)電、防洪、飲用、養(yǎng)殖、旅游和工農(nóng)業(yè)用水等多種功能于一體的大型水庫，也是作為浙江省和杭州市生命線的錢塘江的重要水源。千島湖歷來以四周樹木蔥郁，生物多樣性豐富，湖水清澈澄明，環(huán)境優(yōu)美而著稱。然而，隨著庫區(qū)及上游流域社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人民生活水平的提高，以及千島湖的自然環(huán)境特點和自身的演變，千島湖已從建湖時期的貧營養(yǎng)發(fā)展到現(xiàn)在的中營養(yǎng)狀態(tài),98、99年局部水域曾出現(xiàn)了季節(jié)性的藍藻生長旺盛現(xiàn)象,引起了政府部門和相關(guān)科研機構(gòu)的關(guān)注。 PH計| 酸堿計| 糖度計| 鹽度計| 酸堿度計| 電導計| 水分測定儀|
 
1 研究方法
1.1數(shù)據(jù)來源
     千島湖布設(shè)10個常規(guī)采樣點，見圖1，各測點名稱分別為：1#街口，2#12號航標，3#小金山，4#排嶺水廠，5#航頭島，6#積嶺口，7#茅頭尖，8#三潭島，9#密山，10#大壩前，監(jiān)測頻次為每月一次，進行理化指標和藻類定量監(jiān)測。
 

 

 

 

 

圖1 千島湖采樣點位圖

Figure.1  Sampling points in the Qian-dao Lake

 

1.2  統(tǒng)計方法
1.2.1  相關(guān)性分析
      將監(jiān)測數(shù)據(jù)表除時間數(shù)列外從Excel文件中拷入SPSS 11.0統(tǒng)計分析程序，形成SPSS數(shù)據(jù)文件，運用SPSS程序的相關(guān)性分析模塊，進行藍藻和理化指標的兩兩相關(guān)分析。
1.2.2  建立預測方程
      以與藍藻總量預測相關(guān)的環(huán)境理化因子為自變量，以藍藻密度（CD）為因變量，運用SPSS程序的多元逐步回歸統(tǒng)計分析方法，逐步剔除相關(guān)性不大的因子，得到各采樣點及全湖平均值的與CD關(guān)系最接近的環(huán)境因子，進而得到回歸方程和復相關(guān)系數(shù)等。
1.2.3  預測方程的檢驗
      將相關(guān)環(huán)境因子的實測值代入預測方程，計算通過預測方程求得的藍藻密度統(tǒng)計值，比較實測值與統(tǒng)計值的差異。
 
2 分析結(jié)果
2.1千島湖環(huán)境因子對藍藻密度的影響
      通過SPSS11.0程序的相關(guān)性分析，得出千島湖主要理化因子和藍藻密度之間的相關(guān)系數(shù)和顯著性差異數(shù)值，見下表1。(CD為藍藻密度Cyanophyceae density的簡寫。)

 

表1   千島湖一些理化指標與藍藻密度的線性相關(guān)矩陣

Tab. 1 Pearson correlation between Cyanophyceae density and some physical-chemical factors

(in the Thousand-island Lake)
 
項目
 
WT
PH
D
COD
TN
TP
SD
DO
CD
Pearson
Correclation
WT
1.000
 
 
 
 
 
 
 
 
PH
.833**
1.000
 
 
 
 
 
 
 
D
.332
.268
1.000
 
 
 
 
 
 
COD
.290
.313
.029
1.000
 
 
 
 
 
TN
-.202
-.115
-.355
-.004
1.000
 
 
 
 
TP
.150
.263
.186
.074
-.023
1.000
 
 
 
SD
-.554**
-.460*
-.331
-.205
-.181
-.056
1.000
 
 
DO
-.424*
-.007
-.153
-.124
.321
.205
.049
1.000
 
CD
.543**
.681**
.542**
.222
-.162
.704**
-.296
.035
1.000
Sig
(2-tailed)
WT
PH
D
COD
TN
TP
SD
DO
CD
 
.000
.105
.135
.303
.446
.002
.025
.003
 
 
.196
.105
.560
.176
.014
.972
.000
 
 
 
.891
.082
.373
.106
.466
.005
 
 
 
 
.984
.707
.296
.530
.257
 
 
 
 
 
.907
.357
.096
.410
 
 
 
 
 
 
.775
.295
.000
 
 
 
 
 
 
 
.804
.127
 
 
 
 
 
 
 
 
.860
 

**. Correlation  is significant at the 0.01 level(2-tailed).

 *. Correlation  is significant at the 0.05 level(2-tailed).

         由表1可知，千島湖的藍藻密度，與水溫、PH值、水深、總磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系，其一次線性方程分別如下：
      CD=12.69×WT－177.5   (R=0.543，F(xiàn)=10.88，sig=0.003)
      CD=272.0×PH－2103.4  (R=0.681，F(xiàn)=22.47，sig<0.001)
      CD=28.30×D－2715.9   (R=0.542， F=9.57， sig=0.005)
      CD=12899×TP－138.3   (R=0.704， F=25.60，sig<0.001)
 
2.2 千島湖藍藻密度的逐步回歸統(tǒng)計分析
      由于藻類光合作用產(chǎn)氧而影響水體溶解氧的水平，PH值受藻類生長的影響而變化，所以溶解氧、PH值變化，可以說是以藻類生長為“原因”而產(chǎn)生的“結(jié)果”，難以預測藻類生長情況。在運用逐步回歸統(tǒng)計方法預測千島湖藍藻密度的變化，將溶解氧、PH值等因素剔除，并以藍藻密度為因變量，計算逐步回歸方程，得出表2。
 
表2   千島湖藍藻密度與環(huán)境因子的逐步回歸統(tǒng)計結(jié)果
Tab.2  Backward multiple regression between environmental factors

                                                ＆Cyanophyceae density (×104個/升) in the Thousand-island Lake

 

點位
入選變量
逐步回歸方程
復相關(guān)系數(shù)
綜合F值
綜合Sig
街口
1 WT
CD=12.49×WT－176.6
0.540
10.71
0.003
12航標
1 WT
CD=13.16×WT－184.6
0.638
15.82
0.001
小金山
1 SD
2 D
CD=－132.78×SD＋68.73×D
－6032.6
0.645
7.49
0.003
排嶺水廠
1 TP
2 D
3 COD
CD=25908×TP+56.62×D
+459.2×COD－2333.1
0.863
19.28
＜0.001
航頭島
1 WT
2 D
CD=10.12×WT+33.73×D
－995.3
0.625
7.390
0.003
積嶺口
1 WT
2 D
CD=3.14×WT+3.05×D
－109.7
0.630
8.21
0.001
茅頭尖
1 WT
2 COD
CD=2.69×WT+36.06×COD
－66.7
0.621
7.21
0.004
三潭島
1 TP
2 D
CD=5103×TP+5610×D
－972.8
0.766
18.46
＜0.001
密山
1 WT
2 D
CD=1.66×WT+5.03×D
－326.1
0.700
10.07
0.001
大壩前
1 SD
CD=49.9－5.35×SD
0.425
5.08
0.034
全湖平均
1 WT
2 TP
3 D
CD=9.20×WT+11166×TP
+15.95×D－848.2
0.888
26.08
＜0.001
 
       千島湖藍藻密度與有關(guān)理化因子的逐步回歸結(jié)果顯示，影響千島湖總體藍藻水平的因素主要為水溫和總磷、水深，各測點除大壩前藍藻密度與理化因子的關(guān)系較不明顯外，其余測點復相關(guān)系數(shù)0.540～0.863，綜合F值為7.21～19.28，綜合sig值為<0.001 ～0.004，相關(guān)性較好。
 
2.3千島湖藍藻密度的初步預測
      由上節(jié)分析結(jié)果顯示，千島湖的藍藻密度平均值與環(huán)境因子的逐步回歸結(jié)果，以水溫和總磷、水深為顯著因子,其回歸方程為：
     CD= 9.20×WT+11166×TP+15.95×D－848.2
      其中，CD(藍藻密度)為因變量,WT(水溫)和TP(總磷)、D（水深）為自變量，該預測方程復相關(guān)系數(shù)0.888，綜合F值為26.08，綜合sig值為 <0.001。
      千島湖藍藻密度平均值的實測值與預測值的變化曲線見圖2，由圖2可以看出，藍藻密度實測值與預測值的變化狀況基本吻合，預測模型具有一定的參考價值。
 
圖2千島湖藍藻密度平均值的實測值與預測值的比較
Fig.2 The observed and calculated Cyanophyceae average density in the Thousand-island Lake
 
 
3 小結(jié)
 
     本文以千島湖監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，運用SPSS11.0軟件的相關(guān)性分析和多元逐步回歸統(tǒng)計方法，對環(huán)境理化指標與藍藻密度的影響關(guān)系進行了研究分析。分析結(jié)果表明，千島湖藍藻密度最顯著的制約因素為水溫和總磷、水深，其中適宜的高水溫是藍藻生長旺盛的外界誘導因子，磷元素是限制藍藻生長規(guī)模的最主要營養(yǎng)物質(zhì)，而千島湖水位的高低決定了陸源營養(yǎng)物質(zhì)的入湖負荷量的多少（據(jù)調(diào)查，千島湖CODcr、TN、TP的入湖負荷總量中50%以上來自流域面源污染）。因而，對于千島湖富營養(yǎng)化的防治，控制外界含磷營養(yǎng)物質(zhì)的輸入量，是切實必要的。而要控制千島湖外界營養(yǎng)物質(zhì)的入湖量，一方面要通過工業(yè)污染源、生活污染源的治理，通過產(chǎn)業(yè)調(diào)整、禁止重污染企業(yè)上馬等行政管理措施，控制點污染源污染物入湖量；更重要的是需要通過生態(tài)環(huán)境的保護，控制水土流失，從而降低陸源面污染源的入湖污染負荷。同時，研究結(jié)果也表明，從水質(zhì)保護目的出發(fā)，千島湖應盡量避免高水位運行方式（通過分期泄洪等手段）。
發(fā)布人：2011/1/22 10:38:002573 發(fā)布時間：2011/1/22 10:38:00 此新聞已被瀏覽:2573次