顧嫻靜

（上海市徐匯區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，上海 200233）

1 前言

水體富營養(yǎng)化是由于氮、磷等其他不同類型營養(yǎng)元素的不斷增多，造成水體中出現(xiàn)大量藻類，或者是其他浮游生物，從而破壞整個(gè)水生自然環(huán)境的均衡[1]，造成水體有臭味，而且變得十分渾濁，這是一個(gè)全球性的環(huán)境問題。氮、磷等元素是最基礎(chǔ)的化學(xué)循環(huán)元素，是造成水體富營養(yǎng)化的原因，它們主要是由一些生活和工業(yè)污水形成的污染導(dǎo)致而成[2]。所以，氨氮、總氮和總磷是最關(guān)鍵的污染物，針對他們的監(jiān)測分析至關(guān)重要。

本文通過分析徐匯區(qū)部分地表水?dāng)嗝姘钡?、總氮、總磷之間的關(guān)系，建立回歸方程，研究其線性特征，最終的分析結(jié)果有益于審核人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)把控。在實(shí)際工作中，便于利用其中某一種參數(shù)的測量值對另外兩種參數(shù)的濃度范圍作出預(yù)測，從而設(shè)定適當(dāng)?shù)南♂尡稊?shù)，判斷水體所處范圍的標(biāo)準(zhǔn)，提升了數(shù)據(jù)分析效果。

2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于2020年上海市徐匯區(qū)地表水6個(gè)斷面（點(diǎn)位）的監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中2019年12月至2020年3月為枯水期，4月～5月、10月～11月為平水期，6月～9月為豐水期，6個(gè)斷面每月月初監(jiān)測一次，分為上下頻，數(shù)據(jù)已作均值處理，共獲得了216個(gè)數(shù)據(jù)。

3 研究方法

3.1 分析方法

氨氮項(xiàng)目的分析采用了《水質(zhì) 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》（HJ 535-2009）[3]，分析總氮項(xiàng)目時(shí)主要參考了《水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）[4]，而分析總磷項(xiàng)目時(shí)主要參考了《水質(zhì) 總磷的測定鉬酸銨分光光度法》（GB 11893-1989）[5]。

3.2 數(shù)據(jù)處理

通過使用數(shù)據(jù)分析軟件SPSS來全面分析所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)，剖析這些數(shù)據(jù)之間的皮爾遜相關(guān)性，如果最終分析結(jié)果呈顯著性相關(guān)關(guān)系，那么可以借助origin進(jìn)行曲線繪制，建立一元線性回歸方程；如果最終分析結(jié)果沒有顯著性相關(guān)關(guān)系，則不繪制曲線，無相關(guān)性關(guān)系。

4 結(jié)果與討論

2020年度6個(gè)斷面的氨氮、總氮、總磷監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。地表水采樣及分析、數(shù)據(jù)處理均參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)范要求進(jìn)行。

表1 2020年度氨氮、總氮、總磷的監(jiān)測結(jié)果匯總（單位：mg/L）

4.1 氨氮、總氮、總磷比值的時(shí)間變化趨勢

圖1顯示多數(shù)斷面在豐水期氨氮-總氮比值最高，枯水期總體數(shù)值比平水期低。通常地表水中監(jiān)測的總氮數(shù)值包括氨氮數(shù)值、硝氮數(shù)值、亞硝氮數(shù)值以及有機(jī)態(tài)氮數(shù)值，多位研究人員發(fā)現(xiàn)[6]，當(dāng)前對于遭受嚴(yán)重污染的水體來說，氨氮-總氮的占比相對較高，說明氨氮的形態(tài)也相對較多。因此不難分析出，在高水位時(shí)期，水體受到的損害和污染較為嚴(yán)重，而在干旱和平坦的水體中，其受到的污染程度較小。

圖1 不同時(shí)期氨氮-總氮比值變化趨勢圖

圖2顯示枯水期期間氨氮-總磷占比較高，而豐水期比值最低。究其原因主要是由于季節(jié)性的變化導(dǎo)致總磷含量也會發(fā)生相應(yīng)改變，相較于平水期和枯水期的水體來說，豐水期的水體總磷含量明顯較高。一般情況下，地表水體中的總磷形態(tài)多種多樣，比如有溶解無機(jī)磷等，而水體中藻類生長的主要營養(yǎng)元素來自于磷[7]，總磷的季節(jié)性變化與藻類多少變化相符。

圖2 不同時(shí)期氨氮-總磷比值變化趨勢圖

與氨氮-總磷比值相似，從圖3中不難看出枯水期的總氮-總磷含量，與高水豐期和正常水豐期相比明顯增加。同樣，這與總磷的顯著季節(jié)性變化有關(guān)。

圖3 不同時(shí)期總氮-總磷比值變化趨勢圖

4.2 氨氮、總氮、總磷的相關(guān)性研究

4.2.1 氨氮與總氮的相關(guān)性研究

通過對表1的氨氮與總氮數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以得出，以氨氮濃度為x，總氮濃度為y，創(chuàng)建的回歸方程為y=ax+b，其中a為斜率，b為截距，并繪制兩者的線性相關(guān)性圖。通過表2中數(shù)據(jù)結(jié)果看，每個(gè)不同時(shí)期呈現(xiàn)的相關(guān)性曲線也有很大不同，具體如圖4、圖5、圖6所示。在枯水期，氨氮與總氮之間呈現(xiàn)出顯著性的相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.964，皮爾遜相關(guān)性為0.966，二者之間的顯著水平為0.01，表明二者間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系；在平水期，二者間同樣呈現(xiàn)出顯著性的相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.903，皮爾遜相關(guān)性為0.907，二者之間的顯著水平為0.01，表明二者間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系；在豐水期，二者間同樣呈現(xiàn)出顯著性的相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.98，皮爾遜相關(guān)性為0.981，二者間的顯著水平為0.01，表明二者之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。相比之下，豐水期相關(guān)性最高，枯水期次之，平水期最低。

表2 2020年度不同時(shí)期氨氮與總氮相關(guān)性情況

圖4 枯水期氨氮與總氮線性關(guān)系

圖5 平水期氨氮與總氮線關(guān)系

圖6 豐水期氨氮與總氮線性關(guān)系圖

4.2.2 氨氮與總磷的相關(guān)性研究

對表1中氨氮與總磷監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以氨氮濃度為x，總磷濃度為y，創(chuàng)建一元線性回歸方程y=ax+b，其中a為斜率，b為截距，繪制兩者的線性相關(guān)系圖。表3顯示的是氨氮與總磷的線性情況，圖7、圖8、圖9展示的是多個(gè)時(shí)期的相關(guān)性曲線情況。按照表3和圖7、圖8、圖9所示的結(jié)果來看，在枯水期，氨氮與總磷之間呈現(xiàn)出顯著性的相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.928，皮爾遜相關(guān)性為0.932，二者間的顯著水平為0.01，表明二者間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系；在平水期，兩者之間的相關(guān)性也很明顯，相關(guān)系數(shù)為0.831，皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.839，二者間的顯著水平為0.01，這表明二者間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系；在豐水期，相關(guān)系數(shù)和皮爾遜相關(guān)性分別為0.951和0.954，二者間的顯著水平為0.01，表明二者間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。而豐水期相關(guān)性最為突出，枯水期次之，平水期最低。

表3 2020年度不同時(shí)期氨氮與總磷相關(guān)性情況

圖7 枯水期氨氮與總磷線性關(guān)系

圖8 平水期氨氮與總磷線關(guān)系

圖9 豐水期氨氮與總磷線性關(guān)系圖

4.2.3 總氮與總磷的相關(guān)性研究

對表1中總氮與總磷監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以總氮濃度為x，總磷濃度為y，創(chuàng)建回歸方程y=ax+b，其中a為斜率，b為截距，并繪制兩者的線性相關(guān)性圖。表4為總氮與總磷的線性情況，圖10、圖11、圖12為不同時(shí)期的線性相關(guān)性曲線。在枯水期，總氮與總磷之間呈現(xiàn)出顯著性的相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.906，皮爾遜相關(guān)性為0.910，二者之間的顯著水平為0.01，這表明二者之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系；在平水期，相關(guān)系數(shù)為0.961，皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.963，二者之間的顯著水平為0.01，這表明二者之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系；在豐水期，二者之間同樣的呈現(xiàn)出顯著性的相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.941，皮爾遜相關(guān)性為0.943，二者之間的顯著水平為0.01，這表明二者之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。由此可見，平水期相關(guān)性最高，豐水期第二，枯水期最低。

圖10 枯水期總氮與總磷線性關(guān)系

圖11 平水期總氮與總磷線性關(guān)系

圖12 2020年豐水期總氮與總磷線性關(guān)系

表4 2020年度不同時(shí)期總氮與總磷相關(guān)性情況

5 結(jié)語

（1）通過研究不同時(shí)期徐匯區(qū)地表水各個(gè)斷面氨氮-總氮比值、氨氮-總磷比值、總氮-總磷比值，最終總結(jié)得出，在豐水期，氨氮-總氮含量占比最大，而氨氮-總磷含量占比以及總氮-總磷含量占比在這個(gè)時(shí)期相對最小，說明豐水期期間氨氮、總磷的整體含量相對較高，水體富營養(yǎng)化情況也十分嚴(yán)重，平水期與枯水期相對受到的環(huán)境污染較少。

（2）相關(guān)性研究表明，徐匯區(qū)地表水?dāng)嗝娴陌钡?、總氮與總磷之間的關(guān)系較為顯著，成正相關(guān)關(guān)系，尤其是在豐水期，相較于平水期和枯水期，這三者之間的相關(guān)關(guān)系較高，而總氮與總磷之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在平水期的相關(guān)性最高。

（3）綜上所述，針對這三者之間的相關(guān)性關(guān)系創(chuàng)建回歸方程并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析研究非常重要，這對于以后的日常監(jiān)測具有不容小覷的指導(dǎo)意義，按照這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行關(guān)系測定，判斷另外兩種參考值的大致含量范圍，可以預(yù)測稀釋倍數(shù)，并提升檢測分析的效果。