基于CDOM光學(xué)參數(shù)建立近海富營養(yǎng)化快速評(píng)價(jià)技術(shù).pdf

1、隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，大量富含氮、磷的工業(yè)廢水和城市生活污水排放入海，使我國近岸海域富營養(yǎng)化問題日漸突出，渤海、黃海、東海的富營養(yǎng)化問題更為嚴(yán)重。水體嚴(yán)重缺氧、有害有毒藻類的爆發(fā)、魚類和底棲動(dòng)物的減少，嚴(yán)重影響了生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。目前，富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法是研究熱點(diǎn)之一，多用到營養(yǎng)鹽、化學(xué)需氧量(COD)等水質(zhì)參數(shù)的傳統(tǒng)富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)近海富營養(yǎng)化狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，也是海洋生

2、態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要任務(wù)之一。
　　近年來，光學(xué)參數(shù)的測(cè)定具有快速、無催化、現(xiàn)場(chǎng)提取大量信息等的特性，使得三維熒光技術(shù)和紫外可見吸收技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，本文以建立渤海、黃海、東海等近岸海域的富營養(yǎng)化快速評(píng)價(jià)技術(shù)為目的，基于有色溶解有機(jī)物(CDOM)的紫外可見吸收光譜以及三維熒光光譜(EEMs)，結(jié)合溫度(T)、鹽度(S)、溶解氧(DO)、葉綠素a(Chl a)、濁度(Tur)等可在線監(jiān)測(cè)的參數(shù)，利用平行因子分析(P

3、ARAFAC)、偏最小二乘回歸(PLSR)、支持向量機(jī)(SVM)等化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，建立中國近岸海域富營養(yǎng)化快速評(píng)價(jià)技術(shù)。論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)以(富營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù))TRIX法對(duì)黃渤海航次、黃東海航次、東海航次的富營養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明三個(gè)航次的平均值分別為5.62、5.68、5.39。在渤海海域除黃河入?？诩爸苓吅Ｓ虮憩F(xiàn)為高富營養(yǎng)化水平，其它海域大多處于中等富營養(yǎng)化水平;在黃海，除周邊海域表現(xiàn)為中等富營養(yǎng)

4、化狀態(tài)，其它海域大多表現(xiàn)為低富營養(yǎng)化水平;在東海，長江口附近海域和杭州灣外海域富營養(yǎng)化程度較為嚴(yán)重，表現(xiàn)為高富營養(yǎng)化，其它海域均表現(xiàn)為低富營養(yǎng)化狀態(tài)。
　　(2)用PARAFAC模型對(duì)渤海、黃海以及東海樣品的EEMs進(jìn)行解析，共解析出三個(gè)熒光組分:2個(gè)類腐殖質(zhì)組分C1(340/435 nm)和C2(270(390)/500 nm)，1個(gè)類蛋白質(zhì)組分C3(280/350 nm)。通過熒光組分和紫外可見吸收系數(shù)間的相關(guān)性分析可知，C1

5、和C2有相同的來源，主要來自陸源。而C3有不同的來源，主要來自生物降解。
　　(3)通過對(duì)渤海、黃海、東海海域的營養(yǎng)鹽參數(shù)與光學(xué)參數(shù)的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)鹽參數(shù)與易測(cè)水質(zhì)參數(shù)DO、T、S、Tur、Chl a以及光學(xué)參數(shù)中紫外吸收系數(shù)a220、a254、a270、 a350以及三維熒光組分C1、C2、C3具有不同程度的相關(guān)性。總的來說，渤海、黃海、東海海域的總氮(TN)、總磷(TP)與易測(cè)參數(shù)的相關(guān)性差異較大。但是代表無機(jī)因子的a2

6、20與TN、TP呈顯著性相關(guān)，代表有機(jī)因子的a254、a270、a350、C1、C2、C3與TN、TP也有不同程度的相關(guān)性。在這三個(gè)海域中，DO、Tur、Chl a和TN、TP之間也存在不同程度的相關(guān)性。
　　(4)本文基于水體中CDOM的紫外可見吸收系數(shù)a220、a254、a270、a350、三維熒光組分C1、C2、C3以及T、S、DO、Chl a、Tur等可在線監(jiān)測(cè)的參數(shù)，以TRIX指數(shù)值為參照，利用SVM和PLSR技術(shù)分別建

7、立了渤海、黃海、東海的富營養(yǎng)化快速評(píng)價(jià)技術(shù)。基于SVM的富營養(yǎng)化快速評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)渤海、黃海、東海采集樣品的分類準(zhǔn)確率分別為100％、85.0％和90.5％;基于PLSR模型的富營養(yǎng)化快速評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)渤海、黃海、東海采集樣品的分類準(zhǔn)確率分別為100％、87.8％和88.9％。在我國近海，富營養(yǎng)化狀態(tài)受季節(jié)和陸源輸入的影響較為明顯。因此用溫度校正季節(jié)差異，鹽度校正陸源輸入的影響。結(jié)果表明，溫度、鹽度對(duì)模型的建立都有一定的影響。在渤海溫和黃海，溫

8、度的影響較為顯著，鹽度的影響相對(duì)較小:在黃海，溫度對(duì)富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)模型有顯著的作用。主要因?yàn)辄S海建立模型時(shí)，用到6月份和11月份兩個(gè)季節(jié)的數(shù)據(jù)，這兩個(gè)季節(jié)的溫度有一定差異，使得溫度在富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)模型建立的過程中起顯著性作用。在東海，鹽度在富營養(yǎng)化快速評(píng)價(jià)技術(shù)的建立的過程中，作用較為顯著，而溫度的影響相對(duì)較小。
　　綜上所述，用溶解氧、溫度、鹽度、濁度、葉綠素a以及紫外吸收系數(shù)a220、a254、a270、a350以及三維熒光組分C1