尔王庄水库总磷总氮溶解氧与藻类计数相关性的研究

第43卷第8期2016年8月天津科技TIANJINSCIENCE&TECHNOLOGYVol.43No.8Aug.2016收稿日期：2016-07-06基础研究尔王庄水库总磷、总氮、溶解氧与藻类计数相关性的研究王翠，姜鑫，刘佳(天津泰达水业有限公司天津300457)摘要：通过多元线性回归分析，建立尔王庄水库总磷、总氮、溶解氧与藻类计数之间的线性回归方程y＝6,175.2＋28,389.7,x1－26.5,x2－523.4,x3，其相关系数R＝0.889，并对其相关性进行显著性检验。检验结果表明，总磷、总氮、溶解氧对水库藻类计数有极显著的影响。运用该方程验证水库藻类计数，大部分数值均可控制在相对偏差30%,以内。因此可通过该方程估算水库藻类总量，提高工作效率，方便指导生产。关键词：多元线性回归分析藻类计数中图分类号：TV211文献标志码：A文章编号：1006-8945(2016)08-0035-03CorrelationofTotalPhosphorus，TotalNitrogen，DissolvedOxygenwithAlgaeCountsinErwangzhuangReservoirWANGCui，JIANGXin，LIUJia(TianjinTEDAWaterCo.，Ltd.，Tianjin300457，China)Abstract：Throughmultiplelinearregressionanalysis，thispaperestablishesalinearregressionequationofErwangzhuangReservoir’srelationshipsamongtotalphosphorus，totalnitrogen，dissolvedoxygenandalgaecounts．Theequationisy＝6,175.2＋28,389.7,x1－26.5,x2－523.4,x3，andthecorrelationcoefficientisR＝0.889．Asignificanttestofitsrelevancewascarriedout．Testresultsshowedthattotalphosphorus，totalnitrogen，dissolvedoxygenhaveasignificantimpactonreser-voiralgaecount．Usingtheequationverificationreservoiralgaecount，mostvaluecanbecontrolledwithinarelativedevia-tionof30%．Therefore，thetotalamountofreservoiralgaecanbeestimatedbytheequation，whichwillimproveworkefficiencyandguideproduction.Keywords：multiplelinear；regressionanalysis；algaecount随着社会和经济的发展，人类活动所造成的污染加剧了水体富营养化的进程，[1]特别是大量含氮、磷废水排入水体，容易引发藻类的大规模快速生长，造成水华和赤潮。[2]自20世纪90年代以来，我国淡水水体的富营养化趋势明显增加，水库、湖泊和河流频繁发生藻类水华危害。[3]水体富营养化已严重干扰水资源利用。大量繁殖的藻类会使水体pH值增高，总碱度降低，影响混凝效果。藻类还会严重堵塞滤池，造成滤池运行周期缩短，降低产水率。此外，有些藻类有霉臭味，同时藻类的死亡腐败也会增加水体的腥臭味，影响水体感官。蓝藻作为大量繁殖的藻类，会产生藻毒素，轻则增加水体处理难度，重则使水体丧失饮用水功能。人类饮用含有藻毒素的水源会引发肝脏肿大或出血，甚至诱发癌症，会极大地危害人体健康，[4]因此藻类计数的检测尤为重要。目前，研究藻类计数的文献有很多，但大部分都是总磷、总氮、耗氧量、水温、光照、pH值等单因素对藻类生长的影响，鲜有综合考虑多因素对藻类影响的研究。本文通过多元线性回归分析，总结影响藻类生长的多因素与藻类计数的线性关系，估算藻类计数的数值，该方法具有可操作性强、方法简便、工作量少、准确性高等优点，比《水和废水监测分析方法》介绍的显微镜直接计数法[5]更有利于指导生产。1仪器与材料1.1实验仪器岛津紫外分光光度计UV-1750；高压蒸汽灭菌·36·天津科技第43卷第8期器；Milli-Q纯水机；0.1,mL计数框(20,mm×20,mm)；盖玻片(22,mm×22,mm)；Olympus显微镜(400～600倍)；ProODO型溶氧仪：YSI生产。1.2实验材料过硫酸钾(50,g/L)；抗坏血酸(100,g/L)；硫酸(1＋1)；钼酸盐溶液(此溶液贮于棕色试剂瓶中，冷藏可保存2,m)；磷溶液(2.0,µg/mL，由国家标准物质中心购得标准溶液配制)；碱性过硫酸钾溶液；盐酸溶液(1＋9)；硝酸盐氮溶液(10.0,µg/mL，由国家标准物质中心购得标准溶液配制)；无氨水(新制备的去离子水)；鲁哥氏碘液。2实验方法2.1总氮的检测方法取10.00,mL水样于25,mL比色管，加入5,mL碱性过硫酸钾溶液，封紧瓶塞，在高压蒸气灭菌器中(120～124,℃)加热半小时，冷却后加盐酸溶液1,mL，用纯水稀释至25,mL刻度线。若试样含悬浮物，完成全部工作后取上清液，用1,cm石英比色皿，利用紫外分光光度计，在波长220,nm与275,nm处测定吸光度。并用公式(1)计算出校正吸光度A：2202752AAA=−(1)2.2总磷的检测方法取25,mL水样于50,mL比色管，加4,mL过硫酸钾溶液封紧瓶塞，在高压蒸气灭菌器中(120～124,℃)加热半小时，冷却后加1,mL抗坏血酸溶液，30,s后加2,mL钼酸盐溶液，室温下放置15,min后，使用3,cm比色皿，在700,nm波长下，以水做参比，测定吸光度A。2.3藻类计数的检测方法将1,000,mL水样，取出约971,mL，经抽滤装置进行过滤。将滤水后的滤膜取出，放入盛有剩余29,mL水样的烧杯中，将其放入超声波振荡器振荡15,min左右，至滤膜上重现本色无其他杂质为止。去除振荡后的滤膜，将浓缩后的水样定容至30,mL后，加入2～3滴鲁哥氏碘液，摇匀后立即用0.1,mL吸管在中央部吸出样品，注入计数框内，小心盖好玻片，使样品均匀分布，且保证计数框内无气泡，然后在10×40倍显微镜下计数。通过公式(2)计算藻类计数值：N＝CsFsFn××VU×Pn(2)式中：N——每升水中浮游植物的数量(万个/L)；Cs——计数框面积(mm2)，一般为400,mm2；Fs——每个视野的面积(mm2)；Fn——每片计数过后视野数；Pn——每片通过计数实际数出的藻类个体数或细胞数；V——1,L水浓缩后的体积；U——计数框的体积，0.1,mL。2.4溶解氧的检测方法按仪器使用说明书，直接读取水中溶解氧含量。3实验结果与分析3.1总氮的标准曲线用分度吸管向一组比色管中，分别加入硝酸盐氮溶液0,mL、0.20,mL、0.50,mL、1.00,mL、3.00,mL和7.00,mL稀释至10.00,mL，按2.1处理。以扣除空白试样后的吸光度为纵坐标，氮含量为横坐标绘制工作曲线，如图1所示。图1总氮工作曲线Fig.1TNworkingcurve3.2总磷的标准曲线取7支具塞刻度试管分别加入0,mL、0.50,mL、1.00,mL、3.00,mL、5.00,mL、8.00,mL和10.00,mL磷酸盐溶液，加水至25,mL，按2.2处理。以扣除空白试样后的吸光度为纵坐标，磷含量为横坐标绘制工作曲线，如图2所示。图2总磷工作曲线Fig.2TPworkingcurve3.3相关系数的检验本文选取尔王庄水库2013—2015年30组总磷、总氮、溶解氧和藻类计数的监测数据。这些数据基本反映了水体的水质情况，汇总结果如表1所示。假设2016年8月王翠等：尔王庄水库总磷、总氮、溶解氧与藻类计数相关性的研究·37·4者之间存在线性关系且关系式为y＝a+b1,x1+b2,x2+b3x3+b4x4，根据检测结果汇总，通过多元线性回归分析可得线性回归方程：y＝6,175.2＋28,389.7,x1－26.5,x2－523.4,x3，其相关系数R＝0.889。经相关系数临界值表查得，当自由度df＝26，给定显著水平α＝0.01时，相关系数的最小值Rmin＝0.479。所得方程的相关系数R＞Rmin，因此所得线性方程成立，即总磷、总氮、溶解氧与藻类计数之间存在线性相关性。表1尔王庄水库总磷、总氮、溶解氧、藻类计数检测结果Tab.1TP，TN，DOandalgaecountsinErwangzhuangReservoir序号x1(总磷，mg/L)x2(总氮，mg/L)x3(溶解氧，mg/L)y(藻类计数，万个/L)10.032.2811.895820.021.8410.591,24130.021.857.43,20640.031.186.683,85950.050.929.092,68660.041.413.846870.053.4612.986980.051.2813.245190.041.677.63,852100.031.5510.21,027110.062.6413.7626120.042.5911965130.022.5810.61,104140.022.99.61,452150.061.798.25,059160.044.387.43,965170.043.959.23,202180.033.5310.41,534190.065.9813.2372200.034.6311.4650210.033.9410.41,315220.043.378.83,178230.042.627.42,155240.042.268.83,394250.023.1711.4982260.054.46111,630270.042.558.42,184280.051.986.92,698290.041.596.43,367300.041.348.572,3953.4方差分析及F检验根据F检验的公式分别计算30组数据的各差异源的自由度、平方和以及均方，总结结果如表2所示。通过表2可以看出，在给定的显著性水平α＝0.01下，从F分布表中查得F0.01(3，26)＝4.64，而计算所得F＝32.79，由于F＞F0.01(3，26)，所以判定即总磷、总氮、溶解氧与藻类计数之间存在极显著的线性相关性。用总磷、总氮、溶解氧的检测数值计算藻类计数存在可行性。表2多元回归方程的方差分析表Tab.2Analysisofvarianceinmultipleregressionequation差异源SSMSFF0.01(3，26)显著性回归分析338,267,00512,755,66832.794.64**残差2610,113,166388,967.9总计2948,380,171注：SS——平方和；df——自由度；MS——均方。3.5误差检验与分析通过数据分析得出总磷、总氮、溶解氧与藻类计数之间存在极显著线性相关性的结论，得到三元一次方程。根据方程计算出尔王庄水库30,m的藻类计数结果与检测所得藻类计数结果比较，计算相对误差，误差结果如表3所示。表3藻类计数检测值与计算值之间相对误差汇总表Tab.3Listofrelativeerrorsbetweentestingdataandcalculationdataofalgaecounts序号y(藻类计数，万个/L)ÿ(藻类计数，万个/L)误差195879017.5021,2411,1517.2233,2062,82112.0143,8593,4999.3252,6862,813－4.7164685189.15786975113.568451652－44.5493,8523,28914.62101,0271,647－60.38116