灰色关联分析水位下降对藻类生长的影响

2010-09-14 06:55龙天渝李祥华
环境影响评价 2010年3期
关键词:关联系数营养盐藻类

龙天渝,李祥华,吴 磊

(重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400045)

灰色关联分析水位下降对藻类生长的影响

龙天渝,李祥华,吴 磊

(重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400045)

在营养盐比较充裕的条件下,水动力条件成为藻类生长的重要影响因素。本实验利用对比装置研究水位下降对藻类的生长影响,结果表明:水位下降产生的垂向流速这一特定的水动力条件因素能够促进藻类的生长,在诸因素中,水动力条件成为制约藻类生长的重要影响因子。

藻类;水位下降;灰色关联

Abstract:Through the simulation test,the influence of the vertical disturbing caused by the fall of water level on algae’s density and chlorophyll-a’s concentration was studied.The results showed that the feeble vertical disturbing resulted from the fall of water level could promote the growth of algae.The hydrodynamic condition is a very impo rtant impact factor among all the facto rs.

Key words:algal;the fall of water level;the grey relation

藻类生长的影响因素有很多,主要有营养盐、光照、温度、酸碱度、浊度以及水动力条件等[1]。众多学者在研究水动力条件对藻类生长的影响时,着重研究水平流对藻类的生长影响。本实验的出发点是研究水位下降即垂向流对藻类生长的影响。根据力学相似原理搭建了两个同样的水族箱,一个用来做水位下降对藻类生长影响实验,一个用来做对照。通过对比试验来得出水位下降对藻类生长影响的结果。由于是对照试验,所用的水源(嘉陵江源水)相同,两水族箱所处的环境相同,而主要测量一些重要的影响指标,如 TN,TP,TN/TP,温度 T,叶绿素-a(Chla),下降速度v。

灰色关联分析是对系统的变化或者是系统中各因素之间的变化,在发展过程中随时间推移而发生的相对变化,研究变化的大小、方向以及速度等的接近程度,来衡量它们之间关联性大小[2-5]。关联度是一个衡量的标尺,关联度越大,说明关联越密切;关联度越小,说明关联性越疏远。本实验就是研究TN、TP、TN/TP、温度 T、下降速度 v等各因素的对藻类Chla的关联度。

1 试验方法

1.1 材料与方法

水族箱的尺寸为800 mm×300 mm×1200 mm(长×宽×高),在一侧面中部设置取样口10个,间距为100 mm,第1个取样口距底部200 mm。在另一侧面中部距底部200 mm处设泄水阀,每天泄水高度约40 mm/d。试验时间为2009年3-4月。试验用水取长江一级支流嘉陵江水,每次试验前取水。

1.2 测定方法

参数测定按《水和废水检测分析方法》(第4版)进行。温度采用水银温度计;TP采用钼锑抗分光光度法;TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法;Chla采用常规分光光度法[6-8]。

2 试验结果和分析

测量指标如表1、表2。

表1 2009年03月份水位下降组测量数据 mg/L

表2 2009年03月份对照组测量数据 mg/L

2.1 数据无量纲化处理

利用灰关联系统的灰数等权处理方法,对以上测量数据进行均值化无量纲处理,处理公式:,得到无量纲化数据表,见表3、表4。

表3 2009年03月份水位下降组无量纲化数据

表4 2009年03月份对照组无量纲化数据

2.2 计算Δ0i(tj)

完成无量纲数据之后,就可以计算每个时刻点上的母序列与各子序列差的绝对值Δ0i(tj),即:Δ0i(tj)=X0(tj)-Xi(tj),可得到如下数据,见表5、表6。

表5 2009年03月份水位下降组Δ0i(tj)

表6 2009年03月份对照组Δ0i(tj)

2.3 求关联系数

求在各时刻点上母序列 X0与各子序列 Xi的关联系数,如表7、表8。灰关联系数是作为灰关联程度的一种衡量尺度,其计算公式为:

式中,Δmax为的最大值,Δmin为的最小值,Δ0i(tj)为tj时刻的值。ρ为分辨系数,其作用在于提高关联系数之间的差异显著性。ρ∈(0,1)一般情况取0.1~0.5,通常取0.5。

表7 2009年03月份水位下降组关联系数Li(tj)值

表8 2009年03月份对照组关联系数Li(tj)值

2.4 计算关联度

表9 两组实验的关联度 mg/L

2.5 分析

通过灰色关联的计算结果,可以看出水位下降这一因素对藻类的生长有明显影响。在水位下降组,γ下降速度v>γTN/TP> γ温度>γTP> γTN。对照组,γTN/TP>γ温度T>γTN>γTP。

从叶绿素-a的浓度数据也可以看出,有水位下降的时候,Chla浓度要高于对照静态组的Chla浓度,说明在本实验水位下降速度范围内,水位下降能够促进藻类生长。其原因如下:一是一定速度的水位下降,能够促进水体中营养盐的均散,更有利于藻类对营养盐的吸收;二是由于水位下降引起的细微扰动,能够提高藻细胞对营养盐的利用率;三是藻类的繁殖方式有营养繁殖无性生殖和有性生殖,在多种藻类生长环境里,轻微扰动对藻类的营养繁殖和无性生殖并没有影响,但能促进有性生殖藻类的结合,使有性生殖藻类的繁殖加快,因而水位下降组的藻类密度就大于对照静态组的藻类密度;四是垂向速度的存在改变沿垂向的压强分布,减少下沉的藻类数量。

3 结论

在氮磷浓度满足藻类生长的最低要求后,氮和磷就不是藻类生长的限制性因子,而水动力条件成了藻类生长的重要影响因子。水位下降能够促进藻类的生长,水位下降对藻类生长的影响程度要大于总氮总磷以及氮磷比对藻类生长的影响程度。

[1] 张 晟,李崇明,郑丙辉,等 .三峡库区次级河流营养状态及营养盐输出影响[J].环境科学,2007,28(3):500-505.

[2] 邓聚龙.灰色系统理论教程[M].武汉:华中理工大学出版社,1990.

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Grey Relation Analysis for the Influence of Algae Growth caused by the Fall of Water Level

LONG Tian-yu,LI Xiang-hua,WU Lei

(Key Laborato ry of Eco-environments in Three Go rges Reservoir Region,M inistry of Education,Chongqing University,Chongqing 400045,China)

X171.5

A

1674-2842(2010)03-0008-03

2010-01-20

科技部科技重大专项(2009ZX07104-002);国家大学生创新性试验(CQUCX-G-2007-26)

龙天渝(1960-),女,教授,博导,从事水污染控制与水环境模拟等领域的研究。

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