江阴地区主要内河叶绿素a动态特征及其与环境因子的相关分析

宋晓兰，段学花，吕伟民，郑 科，卞金良，黄峥嵘，张 洁

(1.江阴市环境监测站，江苏 江阴 214400;2.江阴市水利局，江苏 江阴 214400)

·解析评价·

江阴地区主要内河叶绿素a动态特征及其与环境因子的相关分析

宋晓兰1，段学花2，吕伟民1，郑 科1，卞金良1，黄峥嵘1，张 洁1

(1.江阴市环境监测站，江苏 江阴 214400;2.江阴市水利局，江苏 江阴 214400)

根据江阴市4条主要内河锡澄运河、白屈港河、张家港河及横河的监测数据，分析叶绿素a(Chla)的动态变化及其与理化水质因子的相关关系，并建立逐步回归多元线性模型，筛选与Chla显著相关的水质因子。结果表明，4条河道Chla存在明显的时间变化和空间分异。不同河道对Chla有显著影响的水质因子各不相同。总体来说，锡澄运河、白屈港河及张家港河Chla的主要影响因子为水温和外源输入，而横河除了这两个因子外，还受P和NH3-N影响。

江阴;内河;叶绿素a;相关分析

0 引言

江阴北依长江，南濒太湖，区域内江河水网密布，现有锡澄运河、白屈港河等5条主要通江河道，以及东横河、应天河等6条横向河道，形成主要水系，沿线由若干座涵、闸、泵站控制引水和排涝，充分利用城市水系特点和长江水文条件，通过潮汐涨落及泵站调引长江水进入内河，北引南排，使主城区骨干河道进行水体置换，改善了内河水质［1，2］。另一方面，江阴属于太湖流域的武澄锡虞水利分区，境内的锡澄运河、白屈港河、张家港河、新沟河等都为“引江济太”调水工程的重要沿线河道，其水量水质将影响到“引江济太”工程的实施效果［3］。

笔者通过对江阴境内4条主要内河锡澄运河、白屈港河、张家港河及横河叶绿素a(Chla)含量周年动态变化及其与理化环境因子的相关分析，筛选和识别决定城市河道水体Chla含量的主导理化因子，期望为城市河道的水环境质量评价和富营养化预警提供一定的生物学依据，为江阴市及太湖流域的水域管理提供基础的科学资料。

1 研究方法

1.1 研究河道概况

锡澄运河、白屈港河与张家港河为江阴中部和东部主要的南北向干河，均北起长江，在江阴境内河段分别长24 km，31 km和32 km，是太湖流域锡澄地区主要的通江引排河道和优良航道，在沿岸乡镇经济发展过程中起着重要的作用。横河为江阴市区主要的景观河道，分为东横河和西横河，东横河为沟通锡澄运河和张家港河的横向调节河道，境内长15 km，西横河为澄西地区沟通各通江河道的横向河道，全长24 km。

1.2 采样时间及点位布设

根据4条主要河道的水文特性，共设17个采样点(见图1)。其中锡澄运河5个点位(X-S1:黄田港大桥;X-S2:煤矿机械厂;X -S3:泾西货场;X S4:月城大桥;X-S5:泗河桥)，白屈港河4个点位(B-S1:金潼桥;B-S2:松桥;B-S3:峭岐大桥;B S4:湖庄桥)，张家港河4个点位(Z-S1:顾家桥;Z-S2:电厂大桥;Z-S3:陆桥;Z-S4:北国大桥)，横河4个点位(H-S1:山观东桥;H-S2:新虹桥;H-S3:缪庄桥;H- S4:南郭庄桥)。采样时间从2010年9月至2011年8月，共进行10次采样。

图1 采样点位分布(X-锡澄运河;B-白屈港河;Z-张家港河;H-横河)

1.3 监测项目及分析方法

监测项目包括水温(WT)、溶解氧(DO)、pH、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、总氮(TN)、总有机碳(TOC)、高锰酸盐指数(CODMn)、悬浮质(SS)和Chla，其中WT和DO用手提式YSI-58型溶解氧测定仪现场测定，其他指标带回实验室分析测定，参照《水和废水监测分析方法(第四版)》中的测定方法。pH用玻璃电极法测定，NH3-N、TP、TN及CODMn用SKALAR SAN++连续流动分析仪测定，TOC用非色散红外线吸收法测定，Chla采用分光光度法测定。

1.4 数据处理及统计方法

Chla含量与主要环境因子间的相关关系采用Pearson相关分析(P＜0.05)。以各个河道监测数据为基础，运用多元逐步回归统计方法，筛选出对Chla含量影响相对重要的环境因子，建立多元逐步回归模型。选择过程基于如下原则:(1)方程方差分析F值的显著水平P应小于0.05;(2)自变量与因变量之间因果关系明确，自变量之间独立性较强。分析统计软件为SPSS 19.0。

2 结果与讨论

2.1 Chla含量的时空变化特征

根据所测定的各样点Chla含量的结果(图2)，所有采样点Chla呈一定的时间变化。锡澄运河、张家港河和白屈港河Chla的高峰值基本都集中在丰水期(6—10月)，横河的高峰值出现在春季，4条河道的谷值则主要出现在枯水期(12—3月)。锡澄运河、张家港河和白屈港河各自采样点间Chla从上游到下游(自长江向南)基本呈递增趋势，且上游样点Chla的季节变化相比下游样点更显著，而横河采样点间差距不大。锡澄运河、张家港河和白屈港河属于南北向通江河道，其Chla含量随着与长江距离的变远逐渐增加，而东西向的横河Chla含量空间差异不大，这是由于靠近河口的监测点位受长江水影响较大，闸泵抽调长江水后，水体流速变快，浊度增加，不利于藻类生物量的积累，调水对中下游的影响逐渐变弱，Chla含量相对较高。总的来说，4条河道Chla的含量从高到低为白屈港河、张家港河、横河、锡澄运河，其年平均值分别为 21.2，19.6，18.1 和12.6 mg/m3。

2.2 Chla含量与主要环境因子的关系

Chla含量在一定程度上反映了水体中浮游植物的现存量，而浮游植物的生长受到多种环境因子的影响和制约。由Chla含量和环境因子的Pearson指数分析结果(表1)可知，4条河道Chla都与TOC、CODMn显著正相关，此外，锡澄运河 Chla与WT、TN显著正相关，张家港河Chla与WT、NH3-N显著正相关，白屈港河Chla与TN、NH3-N显著正 相关，横河Chla与TP、SS显著负相关。

图2 江阴市主要内河叶绿素a的时空动态

表1 Chla含量与环境因子的Pearson相关系数

采样周年内WT在8～32℃，较为适宜大部分浮游藻类生长，因此各条河Chla含量随着WT的上升呈增加趋势。4条河道pH维持在天然水的正常范围内(6～8)，Chla含量与之相关性不显著。DO与Chla含量负相关，但不显著。一般来说，表示浮游藻类生产量的Chla含量越高，DO也应该越高［4］。考虑到随着WT的上升DO将逐渐降低，以WT为控制条件，对Chla含量与DO再作偏相关分析表明，两者的相关系数只有 －0.091，P ＞0.05。由此表明，河道系统DO主要受WT影响，两者呈负相关关系 (R= － 0.573，P ＜ 0.01)。

SS表征水体的泥沙、浮游植物等悬浮颗粒含量，其反映了水体的水流动力和光照状况。SS越大表明流速越快、光照衰减越大，两者都不利于浮游藻类的生长。4条河道Chla含量与SS均呈负相关，且横河相关性显著，说明河道系统SS对浮游藻类生物量有一定的抑制作用。

氮、磷营养盐是促进藻类生长的必要因子，氮磷输入过多，将促进藻类的过量生长，导致水体富营养化。国际上公认的富营养化标准为TN质量浓度 0.2 mg/L、TP 质量浓度 0.02 mg/L，文中4 个河道的TN质量浓度为1.0～5.0 mg/L、TP质量浓度为0.05～1.0 mg/L，可见营养盐含量本底值比较高，一旦其他环境条件(WT、水流动力、光照等)满足浮游藻类生长要求，河道中也会出现富营养化问题。TN、TP与Chla含量相关分析表明，锡澄运河、白屈港河和张家港河内，TP与Chla含量之间并没有明显的关联，只有横河中两者为显著负相关(图3)，说明横河中随着浮游藻类的生长，TP被大量消耗，相比其他河道，横河中磷可能是浮游藻类生长繁殖的潜在限制因子。所有河道TN、NH3-N与Chla含量之间呈较为显著的正相关关系，尤其是白屈港河(图4)。一般来说，NH3-N是浮游藻类优先选择吸收利用的氮源形式，而城市水体主要受生活污水排放影响，NH3-N含量一般较高，因此，随着浮游藻类增多，TN、NH3-N含量并未减少，说明河道中氮源供给充足。

图3 江阴市主要内河叶绿素a与TP的相关分析

图4 江阴市主要内河叶绿素a与TN的相关分析

CODMn和TOC表征水体中有机质负荷，而有机质主要来源于陆源输入和水体中藻类的生长。该研究中4条河道Chla与CODMn、TOC均为显著的正相关关系，说明河道中有机物来源丰富，有利于浮游藻类的生长。CODMn、TOC与TN、NH3-N之间为极显著正相关(CODMn、TOC与TN相关系数0.661 和 0.546，P ＜ 0.01;CODMn、TOC 与NH3-N相关系数0.659 和0.607，P ＜ 0.01)，说明有机物和氮污染有共同的来源，即陆源(如生活污水)输入。

有研究表明，与湖库相比，河流的浮游藻类主要受水体物理特征(温度、浊度、流速)而非营养盐浓度决定［5］。城市内河往往外源输入丰富，营养盐是暴发藻类“水华”的必要因素，随着冬春季枯水期水量的锐减，水流流速变缓，早春水温升高、光照充足，利于藻类的生长聚集，将导致水体富营养程度较高。近年来，在汉江、大宁河、香溪河等长江支流频繁出现“水华”，正是由于三峡水库蓄水后河流水动力条件改变所致［6－9］。由此可见，预警及控制城市内河的富营养化，在目前营养盐和有机质本底值较高的前提下，水动力条件(闸泵的控制)是重要的考虑因素之一。

2.3 Chla含量与影响因子的逐步回归分析

根据不同河道Chla含量与影响因子的逐步回归分析结果(表2)，各个河道筛选出的对Chla含量有显著影响的因子各不相同。WT在锡澄运河、张家港河及横河表现为正相关，DO在白屈港河为正相关，CODMn在锡澄运河为正相关，TOC在白屈港河、张家港河及横河为正相关，此外，横河还有入选因子NH3-N和TP，两者与Chla含量分别为正相关和负相关关系。由上文分析可知，DO主要受WT控制，而CODMn和TOC同为有机物质总量的综合表征指标。

表2 Chla含量与环境因子的逐步回归统计

3 结论

(1)该研究中的4条河道中Chla含量呈现一定的时间和空间变化。季节变化模式为温暖季节高峰、寒冷季节低谷。锡澄运河、张家港河和白屈港河各自采样点间Chla从上游到下游(自长江向南)基本呈递增趋势，横河Chla含量空间差异不大。总体来说，Chla含量从高到低顺序为白屈港河、张家港河、横河、锡澄运河。

(2)由Chla含量和理化环境因子的Pearson指数相关分析结果，不同河道Chla含量与水质因子间的相关性存在差异。4条河道都与 TOC、CODMn显著正相关，锡澄运河Chla与WT、TN显著正相关，张家港河Chla与WT、NH3-N显著正相关，白屈港河 Chla与 TN、NH3-N显著正相关，横河Chla与TP、SS显著负相关。

(3)由Chla含量与理化环境因子的逐步回归分析结果，各个河道筛选出的对Chla含量有显著影响的因子各不相同。锡澄运河、白屈港河及张家港河Chla含量变化的主要影响因子为WT和外源输入(氮和有机物)，而横河除了这两个因子外，还受营养盐影响，尤其是TP，可能为横河浮游藻类生长的限制因子。

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Dynamic Characteristics and Correlative Analysis to its Environmental Factors of Chlorophyll-a in Main Rivers of Jiangyin City

SONG Xiao-lan1，Duan Xue-hua2，LU Wei-min1，ZHENG Ke1，BIAN Jin-liang1，HUANG Zhen-rong1，ZHANG Jie1
(1.Jiangyin Environmental Monitoring Station，Jiangyin，Jiangsu 214400，China;2.Jiangyin Municipal Water Conservancy Bureau，Jiangyin，Jiangsu 214400，China)

According to the monitoring data in Xicheng canal，Baiqugang river，Zhangjiagang river and Heng river of Jiangyin city，the relationship between chlorophyll a(Chl.a)concentrations and physio － chemical factors was investigated.Besides，the factors that are significantly correlated with Chl.a using the methods of multiple linear stepwise regressions were selected.The results indicated that there was an obvious temporal and spatial variation of Chl.a.Correlation analysis showed that the significantly important environmental factors which affect Chl.a were not always the same in four investigated rivers.In general，the main environmental factors affecting Chl.a were water temperature and exogenous inputs for the first three rivers，plus phosphorus and ammonia for Heng river.

Jiangyin;rivers;chlorophyll a;correlative analysis

X824

A

1674-6732(2012)-03-0040-05

10.3969/j.issn.1674-6732.2012.03.010

2011-08-29;

2011-09-17

江苏省环境监测科研基金项目(1002)。

宋晓兰(1980—)，女，工程师，博士，从事环境监测与管理工作。

(本栏目编辑 陆敏)