酶学研究消落带藻华形成机制

找到水体不同环境指标的年变化规律，有助于人们掌握嘉陵江主城段水体的营养情况。然而，为了探究各指标的变化机理、明确各指标的影响因素，需要对水体各指标之间的关系做进一步分析。同时，不同水环境环境指标间往往存在一定的内在联系，找到不同指标间的相关性，对于研究水体富营养化过程和藻华形成机制同样具有重要意义。

如表2.1所示为通过“Spearman双变量相关性分析”而得出的嘉陵江主城段消落带水体水文指标、常规水质指标及水体常规金属离子指标间的相关系数矩阵。其中涉及Mg、Fe、Zn的相关系数均基于全年15个时间点数据分析得出，其他相关系数均基于全年28个时间点数据分析得出。

表2.1　主要环境指标间的相关性矩阵

**.在置信度（双测）为0.01时，相关性是显著的。
*.在置信度（双测）为0.05时，相关性是显著的。

如表2.1所示，流速与水位呈极显著高度负相关，相关性因子达－0.972，此结果印证了2.4.1节中针对流速影响因子的研究结论。因此，嘉陵江主城段作为三峡库区中长江主要次级河流，其流速主要受到三峡库区蓄水位的影响，且水位越高流速越慢。水体pH被认为同时受到温度和外源污染的影响，其中水体随着温度的升高使得电离度增大，从而电离出更多的H+，导致pH的下降，因此温度应与水体pH呈负相关。然而，实际上嘉陵江主城段pH与T的相关系数为0.452，与理论推测不符，这可能是由于其他因子对pH的影响所致。例如，代表外源污染的水体CODMn与pH呈显著正相关，当夏季温度较高时，CODMn同样也处在较高水平。在CODMn与T的共同作用下，夏季pH相对冬季仍有所上升，这使得pH与T呈现正相关性。水体中DO主要受到水温的影响，表中DO与T的相关系数高达－0.903，这证明了DO与T之间的负相关关系，符合温度对水中气体溶解度的影响规律。水体生物量常用Chla的含量表示，生物量常常受到多种因素的影响，例如CODMn、金属离子等含量均与生物量成正比；pH也与Chla含量成正比，表明嘉陵江主城段水体中浮游植物偏好碱性环境；此外，流速与Chla含量成正比，流速在较缓时，水体流速的增加有利于营养盐及CO2等扩散，有助于生物量的增长，然而在流速较大时其将抑制水体生物量的增长，考虑到Chla含量受流速影响的特性，结合其他因子对Chla 含量的影响，Chla 含量与V在全年呈现中度正相关。水体透明度主要受到泥沙及水生生物分泌的有机物等因素影响[156]，因此其应与流速及生物量成反比，如表2.1所示，SD与V、Chla分别呈中度负相关性和低度负相关性，与李一平对太湖水体透明度的研究结果相似。水体高锰酸盐指数是水体污染的代表性参数之一，在流速增大时，将会有更多的污染物随着雨水的冲刷及河水的浸淋汇入水体，面源污染的加剧使得CODMn将随V增大而增大，如表2.1中所示，二者间呈现中度正相关关系。水体中金属离子主要源自面源的冲刷、浸淋以及点源的污水汇入，因此其与V、CODMn等应成正比，然而实际上金属离子与它们并无显著相关性，这是由于V增大的同时流量也在增大，对水体污染物及金属离子造成了一定的稀释作用，抵消了外源金属离子输入增多所造成的影响。

如表2.2所示为通过“Spearman双变量相关性分析”而得出的嘉陵江主城段水体不同形态碳素与相关环境指标间的相关系数矩阵，不同指标间的相关性均基于全年28个时间点数据分析得出。

表2.2　碳素与相关环境指标间的相关性矩阵

**.在置信度（双测）为0.01时，相关性是显著的。
*.在置信度（双测）为0.05时，相关性是显著的。

如表2.2所示，水体CO2含量与pH呈极显著高度负相关，且相关系数接近于－1，表明水体二氧化碳含量基本可由水体pH推算。这是由于pH的变化将对水体中存在的碳酸平衡产生影响，当pH较高时将会有更多的CO2转化为甚至，而当pH较低时，碳酸平衡将会向反方向移动。此外，水体CO2浓度还会受到大气压力和温度的影响，大气CO2分压越高，水体CO2浓度越高，而环境温度越高，水体CO2的溶解度将会降低，这符合气体在水中的溶解度变化规律。如表2.2所示，CO2浓度与T呈中度负相关性，有效印证了CO2浓度与T的关系。由于水体总碳按化学成分来看主要为无机碳，按物理形态来看主要为溶解性碳，同时DIC占TC的比例高达67.3%，因此TC、TIC、TDC及DIC这四项指标的变化规律和主要影响因素较为相似。例如夏季流量较大，会对水体碳素产生稀释作用，且稀释作用大于雨水带来的面源污染对水体碳素的补充，因此这四项碳素指标应与流量成反比；流量与水体流速又呈一定程度的正相关性，因此由以上推论得到了流速与这四类碳素高度负相关性的有效印证。另一方面，水体中CO2的溶解与转化是溶解性无机碳、溶解碳、无机碳以及总碳的重要来源[157]，因此CO2浓度与这四种碳素呈显著正相关关系。水体总有机碳浓度代表了水环境有机污染的程度，而水中的有机物主要来源于外源面源输入、外源点源输入以及内源补充[158]。具体来看，外源面源输入的有机碳主要源于雨水、河水对消落带底泥及附近区域的冲刷，因此其与流速相关；点源输入的有机碳与CODMn具有一定联系；水生生物分泌的有机物也是水体有机物的重要来源之一，因此内源补充与水体生物量相关。如表2.2所示，V与TOC呈高度正相关，CODMn、Chla含量均与TOC呈中度正相关，与上述推论一致。DOC是TOC的主要组成成分，其来源与TOC相似，不同的是DOC在流量较大时所受到的水体稀释作用要强于TOC，因此其与V、CODMn、Chla含量虽成正相关，然而其相关程度均较低。TOC的另一组成成分POC浓度在流量较大时会有显著的提高，其由冲刷带来的颗粒有机碳补充要远高于水体对其的稀释作用。PIC及TPC均与POC有类似的变化趋势，表明其来源与POC相似，均源自雨水及河水冲刷作用所带来的面源输入，因此TPC、PIC、POC与V均呈高度正相关。此外，由于水生生物能为水体带来部分颗粒有机碳，因此二者应存在一定联系，而表2.2中POC与Chla含量的极显著中度正相关关系有效证明了这一点。(www.xing528.com)

如表2.3所示为通过“Spearman双变量相关性分析”而得出的嘉陵江主城段水体不同形态氮素与相关环境指标间的相关系数矩阵，不同指标间的相关性均基于全年28个时间点数据分析得出。

表2.3　氮素与相关环境指标间的相关性矩阵

**.在置信度（双测）为0.01时，相关性是显著的。
*.在置信度（双测）为0.05时，相关性是显著的。

如表2.3所示，与TN具有内在联系的指标主要有V、CODMn、SD及Chla含量。TN与V呈中度正相关，TN主要来源有雨水带来的面源污染和排污带来的点源污染[144]，当V增大时TN同时也增大，表明嘉陵江主城段水体中雨水及河水带来的氮素补充要大于水体对氮素的稀释作用，同样也说明水体氮素受面源污染的影响要大于点源污染。TN与CODMn同样呈中度正相关，这应与二者的来源较为相似有关，且CODMn中包含了部分氮素。TN与SD呈中度负相关，这也可从SD与V之间的负相关、TN与V的正相关关系推断得出。TN与Chla含量相关性较低且相关性不显著，这表明不是所有形态的氮素均能对水生生物生长有促进作用。-N是TN的主要组成氮素之一，占TN的64.8%，因此其与各因素间的相关性与TN相似，其与V、CODMn、SD均存在内在联系。然而，事实上-N含量与V、CODMn、SD间的相关性并不高，这表明点源-N在-N中所占比例要高于点源TN在TN中所占比例。-N在水体中极不稳定，容易被氧化为-N，因此水体中-N极少，并且其与相关环境参数间的相关性较-N有很大不同。任何能降低水环境稳定性的因素，都会降低水体-N的含量[147]。例如水体溶氧升高，将会使得亚硝氮氧化为硝氮，pH的上升、温度的上升同样会使得亚硝氮显著减少，水生生物的存在也会导致-N被迅速转化，因此-N含量与表格中大部分的环境因子呈负相关性。-N是水体中另一种常见的氮形态，主要来自农业面源污染、生活污水点源污染和水生生物造成的内源污染[159]。而-N含量与V的负相关性表明，嘉陵江主城段点源氨氮影响要大于面源氨氮。

如表2.4所示为通过“Spearman双变量相关性分析”得出的嘉陵江主城段水体不同形态磷素与相关环境指标间的相关系数矩阵，不同指标间的相关性均基于全年28个时间点数据分析得出。

表2.4　磷素与相关环境指标间的相关性矩阵

**.在置信度（双测）为0.01时，相关性是显著的。
*.在置信度（双测）为0.05时，相关性是显著的。

如表2.4所示，与TP有内在联系的指标主要有V、CODMn、Chla含量、SD等。可以看到TP与V、CODMn呈高度正相关，与Chla含量呈低度正相关，与SD呈高度负相关。TP与V的正相关性主要源自河水及雨水对消落带底泥及周边的冲刷作用，由于降雨量的增加使得嘉陵江水体流量及流速均有所上升，从而导致TP浓度伴随V的升高而升高。TP与CODMn的高度正相关主要原因是磷素与CODMn来源均包括农业面源污染、消落带及生活污水点源污染，同时部分有机磷具有还原性，因此被计入CODMn中，因此二者变化规律较为相似。TP与Chla含量相关性较低且不显著，表明并不是所有的磷素均能促进水生生物的生长。TP与SD的相关性较好，其原理与TN、SD间的相关性相似，均为间接因素影响所致。TP又可分为TDP与PP，其中TDP的主要成分为SRP。因此，TDP与SRP的变化特点相似，其与各指标间的相关度也较为相似。与TDP及SRP有内在联系的指标主要有V、Chla含量、CODMn等，其中V与二者呈低度正相关，Chla含量与二者呈中度负相关，CODMn与二者呈低度正相关。流速与TDP、SRP的相关性相对总磷与二者相关性更低，这表明二者受面源污染的影响相对TP较小。Chla含量与SRP和TDP的负相关性均为－0.521，这是由于水生植物的生长需要消耗一定的溶解磷或溶解性正磷酸盐。CODMn与TDP、SRP的相关性同样较低，这是由于CODMn是水体中还原性物质和有机物的总量，而SRP为无机物且不具还原性，同时TDP也主要以SRP为主要成分。除SRP外，TDP还包括一定量的DOP，与其有内在联系的相关指标有V、Chla含量、CODMn、EHP等。从表2.4中可以发现，DOP与V无显著相关性，这是由于雨水带来的面源溶解性有机磷与流量增大形成的稀释作用相互抵消导致的。DOP与CODMn的相关性也较低，表明DOP对水体CODMn的贡献较少。DOP与Chla含量呈中度正相关，这是由于Chla含量是DOP的重要成分之一；同时DOP与EHP呈低度正相关，碱性磷酸酶的酶解对象主要是溶解性有机磷，因此其与水体DOP具有一定相关性。