基于CDOM光學參數建立近海富營養(yǎng)化快速評價技術.pdf

1、隨著沿海地區(qū)經濟的發(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)化問題更為嚴重。水體嚴重缺氧、有害有毒藻類的爆發(fā)、魚類和底棲動物的減少，嚴重影響了生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。目前，富營養(yǎng)化評價方法是研究熱點之一，多用到營養(yǎng)鹽、化學需氧量(COD)等水質參數的傳統(tǒng)富營養(yǎng)化評價方法在水質評價中得到了廣泛的應用。對近海富營養(yǎng)化狀況進行實時、快速、準確的監(jiān)測評價，也是海洋生

2、態(tài)環(huán)境監(jiān)測的主要任務之一。
　　近年來，光學參數的測定具有快速、無催化、現場提取大量信息等的特性，使得三維熒光技術和紫外可見吸收技術在水質監(jiān)測中得到了廣泛的應用。因此，本文以建立渤海、黃海、東海等近岸海域的富營養(yǎng)化快速評價技術為目的，基于有色溶解有機物(CDOM)的紫外可見吸收光譜以及三維熒光光譜(EEMs)，結合溫度(T)、鹽度(S)、溶解氧(DO)、葉綠素a(Chl a)、濁度(Tur)等可在線監(jiān)測的參數，利用平行因子分析(P

3、ARAFAC)、偏最小二乘回歸(PLSR)、支持向量機(SVM)等化學計量學方法，建立中國近岸海域富營養(yǎng)化快速評價技術。論文的主要研究內容和結果如下:
　　(1)以(富營養(yǎng)化狀態(tài)指數)TRIX法對黃渤海航次、黃東海航次、東海航次的富營養(yǎng)化狀態(tài)進行評價，結果表明三個航次的平均值分別為5.62、5.68、5.39。在渤海海域除黃河入海口及周邊海域表現為高富營養(yǎng)化水平，其它海域大多處于中等富營養(yǎng)化水平;在黃海，除周邊海域表現為中等富營養(yǎng)

4、化狀態(tài)，其它海域大多表現為低富營養(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)化程度較為嚴重，表現為高富營養(yǎng)化，其它海域均表現為低富營養(yǎng)化狀態(tài)。
　　(2)用PARAFAC模型對渤海、黃海以及東海樣品的EEMs進行解析，共解析出三個熒光組分:2個類腐殖質組分C1(340/435 nm)和C2(270(390)/500 nm)，1個類蛋白質組分C3(280/350 nm)。通過熒光組分和紫外可見吸收系數間的相關性分析可知，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)通過對渤海、黃海、東海海域的營養(yǎng)鹽參數與光學參數的相關性分析，發(fā)現營養(yǎng)鹽參數與易測水質參數DO、T、S、Tur、Chl a以及光學參數中紫外吸收系數a220、a254、a270、 a350以及三維熒光組分C1、C2、C3具有不同程度的相關性?？偟膩碚f，渤海、黃海、東海海域的總氮(TN)、總磷(TP)與易測參數的相關性差異較大。但是代表無機因子的a2

6、20與TN、TP呈顯著性相關，代表有機因子的a254、a270、a350、C1、C2、C3與TN、TP也有不同程度的相關性。在這三個海域中，DO、Tur、Chl a和TN、TP之間也存在不同程度的相關性。
　　(4)本文基于水體中CDOM的紫外可見吸收系數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)測的參數，以TRIX指數值為參照，利用SVM和PLSR技術分別建

7、立了渤海、黃海、東海的富營養(yǎng)化快速評價技術?；赟VM的富營養(yǎng)化快速評價技術對渤海、黃海、東海采集樣品的分類準確率分別為100％、85.0％和90.5％;基于PLSR模型的富營養(yǎng)化快速評價技術對渤海、黃海、東海采集樣品的分類準確率分別為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。結果表明，溫度、鹽度對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，鹽度的影響相對較小:在黃海，溫度對富營養(yǎng)化評價模型有顯著的作用。主要因為黃海建立模型時，用到6月份和11月份兩個季節(jié)的數據，這兩個季節(jié)的溫度有一定差異，使得溫度在富營養(yǎng)化評價模型建立的過程中起顯著性作用。在東海，鹽度在富營養(yǎng)化快速評價技術的建立的過程中，作用較為顯著，而溫度的影響相對較小。
　　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a220、a254、a270、a350以及三維熒光組分C1