一種淡水水體中氮和/或磷含量檢測的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種建立淡水水體中氮和/或磷含量檢測的數(shù)學模型的方法和一種 淡水水體中氮和/或磷含量檢測的方法，屬于水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與生態(tài)安全評價領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨社會快速發(fā)展，大量污染物尤其是氮、磷等植物性營養(yǎng)物質(zhì)排入自然水體，富 營養(yǎng)化問題造成水環(huán)境質(zhì)量急劇惡化。對水體營養(yǎng)水平進行測定與評價，已經(jīng)成為水質(zhì)監(jiān) 測以及水華防控的關(guān)鍵內(nèi)容。氮、磷含量是衡量水質(zhì)狀況的重要指標。常規(guī)總氮、總磷的測 定方法，都需要利用壓力容器加熱促進氧化分解，穩(wěn)定性較差。消解后還需冷待常溫，再用 紫外可見分光光度計、離子色譜儀、氣相色譜儀等大型儀器精密測定，操作過程往往耗時、 復(fù)雜。探尋一種便捷、有效的氮磷監(jiān)測方法，有助于快速評定水體污染程度以及確立污染防 治手段。
[0003] 浮游植物作為水體初級生產(chǎn)力的重要組成者，其固碳釋氧作用對于維持整個生態(tài) 系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要。由于種類豐富、體積微小、數(shù)量巨大，浮游植物生物量及其種群組成 對水環(huán)境條件變化反應(yīng)迅速，藻相特征可以作為衡量水體污染狀況的一項重要指標，具有 顯著的環(huán)境指示意義。水體遭受污染后，原有生態(tài)平衡被破壞，致使浮游植物敏感種消失， 而耐污種旺盛生長。水體氮磷營養(yǎng)狀況對藻相結(jié)構(gòu)具有決定作用，氮磷濃度不但影響藻類 優(yōu)勢種屬的變動，也能夠引起藻門的更替。Cuvin-Aralar等研宄菲律賓淺水湖時發(fā)現(xiàn)娃藻 是低氮磷比時的優(yōu)勢種，而高氮磷比時綠藻成為優(yōu)勢。孫凌等在對天津景觀湖水進行室內(nèi) 模擬時發(fā)現(xiàn)綠藻成為高磷處理的絕對優(yōu)勢，而高氮條件下則以藍藻為主。各類浮游植物的 色素組成及含量存在差異，不同浮游植物藻門葉綠素a變化，可以對藻相結(jié)構(gòu)進行反映。葉 綠素熒光光譜特征的深入研宄，也推動了原位測量裝置對于多組分混合藻類樣品識別功能 的實現(xiàn)。目前利用藻類指標評價水體水質(zhì)狀況，一般基于葉綠素a總體水平或藻類群落結(jié) 構(gòu)、多樣性指數(shù)以及指示物種等生物學方法展開定性分析，不能夠利用葉綠素熒光光譜識 別技術(shù)對營養(yǎng)水平進行實時定量檢測。
[0004] 常規(guī)水質(zhì)測定方法的復(fù)雜性，促使數(shù)值模擬成為一種可替代的重要研宄手段。特 定的水生生態(tài)系統(tǒng)中，生物因子與水環(huán)境因子間總存在一定響應(yīng)關(guān)系，通過建立適宜的數(shù) 學模型可以對這種關(guān)系予以描述。目前基于大量實測水質(zhì)數(shù)據(jù)，所建立的統(tǒng)計模型，往往強 調(diào)水環(huán)境因子對藻類生長的影響，模型相對簡單，但精確度較低。其中藻類指標多為葉綠素 a、細胞密度、生物量等，葉綠素a因測定簡便、直觀、準確，在模型中應(yīng)用居多。而在各類統(tǒng) 計模型中，線性回歸模型因?qū)?shù)據(jù)要求較低、建模方法簡便，且因果關(guān)系直觀，應(yīng)用最為廣 泛。多元線性回歸以及逐步回歸模型方法的發(fā)展，提高了模型的準確性，并為后期機理研 宄提供了更大幫助。篩選出適宜參量進一步提高模型精確度和可行性是當前建模的關(guān)鍵內(nèi) 容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種建立淡水水體中氮和/或磷含量檢測的數(shù)學模型的方 法，同時本發(fā)明還提供了一種淡水水體中氮和/或磷含量檢測建模及其測定方法。
[0006] 本發(fā)明提供的建立淡水水體中氮和/或磷含量檢測的數(shù)學模型的方法，包括如下 步驟：1)選取該淡水水體的采樣點，采取水樣；
[0007] 2)對所述水樣的理化指標和浮游植物量測定，得到理化指標數(shù)據(jù)和浮游植物數(shù) 據(jù)；
[0008] 3)對所述理化指標數(shù)據(jù)和所述浮游植物數(shù)據(jù)進行正態(tài)分析，對符合正態(tài)分布的所 述理化指標數(shù)據(jù)和所述浮游植物數(shù)據(jù)保留，對不符合正態(tài)分布的所述理化指標數(shù)據(jù)和所述 浮游植物數(shù)據(jù)進行正態(tài)轉(zhuǎn)化，得到符合正態(tài)分布的理化指標數(shù)據(jù)和符合正態(tài)分布的浮游植 物數(shù)據(jù)；
[0009] 4)對所述符合正態(tài)分布的理化指標數(shù)據(jù)和所述符合正態(tài)分布的浮游植物數(shù)據(jù)的 進行雙變量相關(guān)性檢驗，證明二者具有顯著性相關(guān)性；
[0010] 5)將步驟4)中所述符合正態(tài)分布的理化指標數(shù)據(jù)和所述符合正態(tài)分布的浮游植 物數(shù)據(jù)采用逐步線性回歸法建立多元線性回歸方程，即得到所述淡水水體中氮和/或磷含 量檢測的數(shù)學模型；
[0011] 所述數(shù)學模型如下式I所示，
[0013]式I中，e表示偶然因素引起的隨機誤差；
[0014] 0p0i為多元線性回歸方程系數(shù)；
[0015] i表示模型中理化指標數(shù)據(jù)和浮游植物數(shù)據(jù)總和的數(shù)目；
[0016] \表示理化指標數(shù)據(jù)和浮游植物數(shù)據(jù)總和中第i個正態(tài)化數(shù)值。
[0017] 上述的方法，當所述淡水水體為河流時，所述采樣點為所述河流的上、中和下游均 至少布設(shè)1個監(jiān)測斷面；
[0018] 當所述淡水水體為湖庫時，所述采樣點為所述湖庫的周向的至少5個檢測面；
[0019] 所述水樣的采取時間為至少1周年，采取的次數(shù)為至少12次，采取的時間間隔為 至少1個月。
[0020] 上述的方法，所述理化指標包括水溫、酸堿度、溶解氧、生化需氧量、化學需氧量、 氨氮、硝酸鹽氮、總氮、總磷、懸浮顆粒物和透明度中至少一種，但必需包括水溫、酸堿度、 溶解氧、總氮和總磷；
[0021] 所述浮游植物量為浮游植物細胞豐度值或浮游植物葉綠素a濃度；所述浮游植物 包括綠藻門、藍藻門、硅藻門、甲藻門和隱藻門中至少一種，但必需包括綠藻門、藍藻門和硅 藻門。
[0022] 上述的方法，所述水溫采用溫度計測定，所述酸堿度采用便攜式pH計測定，所述 溶解氧采用便攜式溶解氧測定儀測定，所述生化需氧量采用采用國標稀釋接種法測定，所 述化學需氧量采用重鉻酸鉀法測定，所述氨氮采用納氏試劑分光光度法測定，所述硝酸鹽 氮采用酚二磺酸紫外分光光度法，所述總氮堿性采用過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定， 所述總磷采用鉬藍法測定；所述懸浮顆粒物采用0. 45 y m孔徑微孔濾膜抽濾后稱重的方法 測定，所述透明度采用薩氏盤測定；
[0023]所述浮游植物細胞豐度值和所述浮游植物葉綠素a濃度均藻類熒光分析儀測定。
[0024] 上述的方法，所述正態(tài)分析、所述雙變量相關(guān)性檢驗和所述逐步線性回歸法均采 用SPSS軟件進行分析，采用OnesampleK-Stest法；
[0025] 所述正態(tài)轉(zhuǎn)化采用如下述式1進行轉(zhuǎn)換，
[0026] Xj=Ln(Xi0+l) 式 1
[0027] 式1中％表示對原始參量的實測值進行正態(tài)轉(zhuǎn)化后所得值，Ln表示函數(shù)求自然 對數(shù)值，Xi(l表示原始參量的實測值。
[0028] 本發(fā)明中，所述多元線性回歸方程系數(shù)是利用SPSS統(tǒng)計軟件按照逐步線性回歸 方法計算所得。
[0029] 本發(fā)明還提供了上述的方法建立的淡水水體中氮和/或磷含量檢測的數(shù)學模型。
[0030] 本發(fā)明進一步提供了一種淡水水體中氮和/或磷含量檢測的方法，包括如下步 驟：1)在待檢測的淡水水體中采取水樣，測定所述水樣的理化數(shù)據(jù)和浮游植物量；
[0031] 2)采用權(quán)利要求6所述淡水水體中氮和/或磷含量檢測的數(shù)學模型，將所述理化 數(shù)據(jù)和所述浮游植物量的數(shù)據(jù)代入所述數(shù)學模型如下式I進行計算，即得到所述淡水水體 中氮和/或磷含量；
[0033] 式I中，e表示偶然因素引起的隨機誤差；
[0034] 0。、0 :為多元線性回歸方程系數(shù)；
[0035] i表示模型中理化指標數(shù)據(jù)和浮游植物數(shù)據(jù)總和的數(shù)目；
[0036] \表示理化指標數(shù)據(jù)和浮游植物數(shù)據(jù)總和中第i個正態(tài)化數(shù)值。
[0037] 上述的方法