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黄岐半岛海域赤潮高发区水环境因子与叶绿素a的通径分析

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陈佩君. 黄岐半岛海域赤潮高发区水环境因子与叶绿素a的通径分析[J]. 环境保护科学, 2020, 46(2): 49-52. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.02.010
引用本文: 陈佩君. 黄岐半岛海域赤潮高发区水环境因子与叶绿素a的通径分析[J]. 环境保护科学, 2020, 46(2): 49-52. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.02.010
shu
CHEN Peijun. Path Analysis of Water Environmental Factors and Chl-a in Red Tide Area of Huangqi Peninsula[J]. Environmental Protection Science, 2020, 46(2): 49-52. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.02.010
Citation: CHEN Peijun. Path Analysis of Water Environmental Factors and Chl-a in Red Tide Area of Huangqi Peninsula[J]. Environmental Protection Science, 2020, 46(2): 49-52. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.02.010
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黄岐半岛海域赤潮高发区水环境因子与叶绿素a的通径分析

  • 福建省渔业资源监测中心，福建 福州 350003

    • 作者简介: 陈佩君（1983 −），女，硕士、工程师。研究方向：渔业资源与环境监测、水产品质量安全检测。E-mail：13799308231@163.com
  • 基金项目:
    国家重点研发计划资助项目（2017YFC1404804）

  • 中图分类号: X824

Path Analysis of Water Environmental Factors and Chl-a in Red Tide Area of Huangqi Peninsula

  • Fujian Fishery Resources Monitoring Center, Fujian, Fuzhou 350003, China

  • 摘要: 2016年对黄岐半岛海域赤潮高发区进行了水环境调查，获取了水温、盐度、pH、溶解氧、化学耗氧量和营养盐等水质因子调查数据，利用多元线性回归方法对叶绿素a的各影响因子进行回归分析，并用通径分析原理分析各水质因子对叶绿素a的影响程度。结果表明：对叶绿素a产生影响的水质因子有水温、盐度、pH、溶解氧、化学需氧量、活性磷酸盐和亚硝酸盐-氮。通径系数分别为−0.546、−0.888、1.134、1.428、−0.335、−0.775和−1.300。其中溶解氧对叶绿素a正向影响最大，而亚硝酸盐对叶绿素a负向影响最大。
    Abstract: In 2016, a water environment survey was conducted in the red tide area of the Huangqi Peninsula. The survey data of water temperature, salinity, pH, DO, COD and nutrient salt were obtained. Multiple linear regression method was used to analyze the influencing factors of the Chl-a. The influence of the water factors on the Chl-a was also analyzed based on the path analysis principle. The results showed that the Chl-a was affected by the water temperature, salinity, pH, DO, COD, PO4-P and NO2-N. The path coefficients of these factors were −0.546, −0.888, 1.134, 1.428, −0.335, −0.775, −1.300, respectively. DO affected the Chl-a with the greatest positive effect, while NO2-N had the greatest negative effect on the Chl-a.
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  • 图 1  监测站位图

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    表 1  近10年黄岐半岛附近海域赤潮发生情况

    t/a发生时间最大影响面积/km2优势种毒性
    20105月10日～13日10东海原甲藻无毒
    20106月17～13日150东海原甲藻无毒
    20125月27～6月8日40米氏凯伦藻、东海原甲藻有毒
    20126月12日～15日20中肋骨条藻、刚毛根管藻无毒
    20145月25日～6月2日10东海原甲藻、米氏凯伦藻有毒
    20154月7日～9日10中肋骨条藻无毒
    20184月12日～14日8中肋骨条藻无毒
    20186月7日～12日15米氏凯伦藻有毒
    t/a发生时间最大影响面积/km2优势种毒性
    20105月10日～13日10东海原甲藻无毒
    20106月17～13日150东海原甲藻无毒
    20125月27～6月8日40米氏凯伦藻、东海原甲藻有毒
    20126月12日～15日20中肋骨条藻、刚毛根管藻无毒
    20145月25日～6月2日10东海原甲藻、米氏凯伦藻有毒
    20154月7日～9日10中肋骨条藻无毒
    20184月12日～14日8中肋骨条藻无毒
    20186月7日～12日15米氏凯伦藻有毒
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    表 2  黄岐半岛海域水环境各因子结果统计分析

    项目ST/℃pHDO/
    mg·L−1    		COD/
    mg·L−1    		PO4−P/
    mg·L−1    		NO2−N/
    mg·L−1    		NO3−N/
    mg·L−1    		NH4−N/
    mg·L−1    		Chl−a/
    µg·L−1
    极小值16.5814.47.95.280.450.0020.0010.0030.0040.29
    极大值33.2429.88.438.81.620.0510.0720.4390.10312.49
    均值27.124.448.147.560.980.020.030.190.022.84
    标准差3.844.390.130.920.290.010.020.130.023.03
    项目ST/℃pHDO/
    mg·L−1    		COD/
    mg·L−1    		PO4−P/
    mg·L−1    		NO2−N/
    mg·L−1    		NO3−N/
    mg·L−1    		NH4−N/
    mg·L−1    		Chl−a/
    µg·L−1
    极小值16.5814.47.95.280.450.0020.0010.0030.0040.29
    极大值33.2429.88.438.81.620.0510.0720.4390.10312.49
    均值27.124.448.147.560.980.020.030.190.022.84
    标准差3.844.390.130.920.290.010.020.130.023.03
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    表 3  水质因子之间相关性

    项目Chl-aSTpHDOCODPO4-PNO2-NNO3-NNH4-N
    Chl-a1
    S0.0811
    T−0.084 0.2681
    pH0.387−0.003 −0.703 1
    DO0.452−0.372 −0.555 0.71 1
    COD0.065−0.375 0.34−0.241 −0.097 1
    PO4−P−0.483 −0.592 0.035−0.461 −0.299 0.2231
    NO2−N−0.274 −0.006 0.261−0.562 −0.464 0.1490.3321
    NO3−N−0.408 −0.731 −0.396 −0.07 0.0340.1380.7790.0281
    NH4−N−0.177 −0.673 −0.025 −0.127 0.33 0.1430.326−0.086 0.2571
    项目Chl-aSTpHDOCODPO4-PNO2-NNO3-NNH4-N
    Chl-a1
    S0.0811
    T−0.084 0.2681
    pH0.387−0.003 −0.703 1
    DO0.452−0.372 −0.555 0.71 1
    COD0.065−0.375 0.34−0.241 −0.097 1
    PO4−P−0.483 −0.592 0.035−0.461 −0.299 0.2231
    NO2−N−0.274 −0.006 0.261−0.562 −0.464 0.1490.3321
    NO3−N−0.408 −0.731 −0.396 −0.07 0.0340.1380.7790.0281
    NH4−N−0.177 −0.673 −0.025 −0.127 0.33 0.1430.326−0.086 0.2571
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    表 4  回归系数输出结果及检验

    项目非标准化系数标准误差标准系数tSig.
    (常量)128.15145.437 －2.820.007
    S−0.9440.189−1.194−4.9910.000
    T−0.2270.125−0.328−1.8190.005
    pH−11.3765.078−0.48−2.240.030
    DO1.1040.5620.3361.9650.045
    COD−54.26518.986−0.351−2.8580.006
    PO4−P−28.3284.922−1.221−5.7550.000
    NO2−N−126.06921.992−0.878−5.7320.000
    项目非标准化系数标准误差标准系数tSig.
    (常量)128.15145.437 －2.820.007
    S−0.9440.189−1.194−4.9910.000
    T−0.2270.125−0.328−1.8190.005
    pH−11.3765.078−0.48−2.240.030
    DO1.1040.5620.3361.9650.045
    COD−54.26518.986−0.351−2.8580.006
    PO4−P−28.3284.922−1.221−5.7550.000
    NO2−N−126.06921.992−0.878−5.7320.000
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    表 5  模型方差分析

    平方和df均方FSig.
    回归327.478 746.78312.5610.000
    残差178.77648 3.724
    总计506.25455
    平方和df均方FSig.
    回归327.478 746.78312.5610.000
    残差178.77648 3.724
    总计506.25455
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    表 6  各水质因子对Chl-a影响系数

    自变量与Chl-a的
    相关系数    		直接通径
    系数    		间接通径
    系数    		影响系数
    S0.081−1.1940.648−0.546
    T−0.084−0.328−0.560−0.888
    pH0.387−0.481.6141.134
    DO0.4520.3361.0921.428
    COD0.065−0.3510.016−0.335
    PO4−P−0.483−1.2210.446−0.775
    NO2−N−0.274−0.878−0.422−1.300
    自变量与Chl-a的
    相关系数    		直接通径
    系数    		间接通径
    系数    		影响系数
    S0.081−1.1940.648−0.546
    T−0.084−0.328−0.560−0.888
    pH0.387−0.481.6141.134
    DO0.4520.3361.0921.428
    COD0.065−0.3510.016−0.335
    PO4−P−0.483−1.2210.446−0.775
    NO2−N−0.274−0.878−0.422−1.300
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    表 7  各Chl-a多元线性回归因子对比

    对比文献模型因子分析区域
    [6]NH4-N、DO、TP、TN、NO3-N湖光岩玛珥湖
    [9]S、T、NO2-N、NH4-N、Si、PO4-P、DO、pH南海北部
    [10]pH、TP、NH4-N、NO3-N罗非鱼养殖池塘
    [11]TP、TOC、NH4-N、NO3-N、TN尖山蟹养殖塘
    [12]NO2-N、S雷州半岛近海
    [13]DIN、DIP诏安湾
    对比文献模型因子分析区域
    [6]NH4-N、DO、TP、TN、NO3-N湖光岩玛珥湖
    [9]S、T、NO2-N、NH4-N、Si、PO4-P、DO、pH南海北部
    [10]pH、TP、NH4-N、NO3-N罗非鱼养殖池塘
    [11]TP、TOC、NH4-N、NO3-N、TN尖山蟹养殖塘
    [12]NO2-N、S雷州半岛近海
    [13]DIN、DIP诏安湾
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  • [1] 王莹. 连江黄岐半岛滨海旅游区的发展规划分析[J]. 福建建材, 2017(12): 33 − 34.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-13
  • 刊出日期:  2020-04-01
陈佩君. 黄岐半岛海域赤潮高发区水环境因子与叶绿素a的通径分析[J]. 环境保护科学, 2020, 46(2): 49-52. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.02.010
引用本文: 陈佩君. 黄岐半岛海域赤潮高发区水环境因子与叶绿素a的通径分析[J]. 环境保护科学, 2020, 46(2): 49-52. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.02.010
shu
CHEN Peijun. Path Analysis of Water Environmental Factors and Chl-a in Red Tide Area of Huangqi Peninsula[J]. Environmental Protection Science, 2020, 46(2): 49-52. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.02.010
Citation: CHEN Peijun. Path Analysis of Water Environmental Factors and Chl-a in Red Tide Area of Huangqi Peninsula[J]. Environmental Protection Science, 2020, 46(2): 49-52. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.02.010
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黄岐半岛海域赤潮高发区水环境因子与叶绿素a的通径分析

    作者简介: 陈佩君（1983 −），女，硕士、工程师。研究方向：渔业资源与环境监测、水产品质量安全检测。E-mail：13799308231@163.com
  • 福建省渔业资源监测中心，福建 福州 350003
  • 收稿日期:  2019-08-13
  • 网络出版日期:  2020-06-05
基金项目:
国家重点研发计划资助项目（2017YFC1404804）

摘要: 2016年对黄岐半岛海域赤潮高发区进行了水环境调查，获取了水温、盐度、pH、溶解氧、化学耗氧量和营养盐等水质因子调查数据，利用多元线性回归方法对叶绿素a的各影响因子进行回归分析，并用通径分析原理分析各水质因子对叶绿素a的影响程度。结果表明：对叶绿素a产生影响的水质因子有水温、盐度、pH、溶解氧、化学需氧量、活性磷酸盐和亚硝酸盐-氮。通径系数分别为−0.546、−0.888、1.134、1.428、−0.335、−0.775和−1.300。其中溶解氧对叶绿素a正向影响最大，而亚硝酸盐对叶绿素a负向影响最大。

English Abstract

    全文HTML

  • 福州市连江县黄岐半岛位于福建省东部海岸，向东北伸入罗源湾与定海湾、黄岐湾之间，以出产鲜美海鲜闻名，是福建省重要的渔区之一。半岛总面积约135 km2，包括黄岐镇、筱埕镇、坑园镇、安凯乡、苔菉和下宫乡等6个乡镇[1-2]。

    相对其他海区而言，黄岐半岛海域发生的赤潮又具有持续时间长，藻种多等特点[3]。近10年来，黄岐半岛附近海域一直是福建省赤潮高发区，见表1。

    其中，2010年的东海原甲藻赤潮是福建省爆发的面积最大的赤潮之一，而2012年6月爆发的米氏凯伦藻有毒赤潮造成了10多亿元的经济损失[4]，对当地渔业生产造成了毁灭性打击。

    研究表明，水体中叶绿素a的含量直接反映了浮游植物生物量的多少，因此，探寻叶绿素a和其他水质因子的相关关系，能有效辅助赤潮的预警预报[5-6]。

    通径分析可以通过对自变量和因变量之间直接相关性的分解，来研究自变量对因变量的直接重要性和间接重要性[7-8]。本研究以2016年连江黄岐半岛海域赤潮高发区水质调查数据为基础，基于通径分析方法来探讨各水环境因子对叶绿素a的影响程度，从而为赤潮防灾减灾工作提供科学依据。

1.   材料和方法

    1.1.   样品采集与运输

  • 2016年在连江黄岐半岛海域赤潮高发区布设8个调查站位，于4月～10月间对其海域水体进行每月2次采样监测，监测站位见图1。水样的采集依据《海洋监测规范 第3部分样品采集、贮存和运输：GB 17378.3—2007》执行。

    • 1.2.   调查项目与检测方法

  • 调查项目有：叶绿素a（Chl-a）、水温（T）、盐度（S）、pH、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、活性磷酸盐(PO4-P)、氨氮（NH4-N）、亚硝酸盐-氮（NO2-N）、硝酸盐-氮（NO3-N）。检测方法按照《海洋监测规范 第四部分：海水分析 GB 17378.4—2007》执行。

    • 1.3.   统计分析方法

  • 以Chl-a为因变量，其余水质因子为自变量，运用SPSS19.0软件中的多元线性回归分析法，计算环境因子对Chl-a影响的通径系数、相关系数，以及进行显著性检验。

    任一自变量xi对因变量y的影响系数=xi与y之间的直接通径系数+所有xi与y的间接通径系数。直接通径系数即因变量多元线性回归后的标准系数。而任一自变量对因变量的间接通径系数=相关系数×通径系数[7]。

2.   结果和讨论

  • 黄岐半岛海域水环境各因子的描述统计见表2。

    黄岐半岛海域水环境各因子的相关系数矩阵，见表3。

    表3可知，Chl-a和DO、PO4-P和NO3-N的相关性较强。DO提供了水体中浮游植物呼吸作用所需要的氧，PO4-P和NO3-N提供了浮游植物生长所需要的营养物质。而从相关性上看，S、T和COD对Chl-a的相关性并不强。

    以Chl-a为因变量，其他水质因子为自变量，采用逐步向后回归法对Chl-a进行线性拟合。最终多元线性回归方程为：

    Chl-a=128.151−0.944S-0.227T−11.376pH+1.104DO-54.265COD-28.328PO4-P−126.069NO2-N

    最终有S、T、pH、DO、COD、PO4-P和NO2-N 7个水质因子入选模型，NO3-N和NH4-N 2个因子被剔除。从模型的各因子显著性检验看出，Sig.值均小于0.05，因此，各因子对该模型的贡献都是显著的。回归方程R2=0.804，整体拟合效果可以接受。模型及回归系数输出结果见表4。

    模型方差分析结果见表5，F值检验显著性检验（Sig.）值小于0.01，最终模型的整体线性关系显著成立[8]。

    通过通径分析，各水质因子对Chl-a的影响系数，见表6。

    表6可知，黄岐半岛海域PO4-P对浮游植物的直接作用最大，且为负面影响，DO对浮游植物的正向直接作用最大。通过各因子之间相互关系的累积效应，再来看各水质因子对浮游植物的影响，则发现pH和DO 2个因子对Chl-a产生正面影响，而S、T、COD、PO4-P和NO2-N对Chl-a产生的是负面影响。DO对Chl-a的产生正面影响最大，而NO2-N对Chl-a的产生负面影响最大。pH对Chl-a的直接通径系数为−0.48，影响并不显著，然而对其他水质因子的内在影响强烈，因此导致其间接通径系数1.614，显著提升了pH对Chl-a的综合作用。

    在对比其他Chl-a的多元线性回归分析文献时发现，Chl-a的大部分多元线性回归模型的因子大多和环境理化因子、营养盐相关[6, 9-13]，对比结果见表7。

    文章的最终回归因子和龙爱民等[9]的结论最为接近，而和其他学者的结论有一定差别，主要原因可能在于黄岐半岛海域和南海北部海域都较为开阔，海水交换能力较强，而其他区域都为封闭式的养殖池塘和湖泊。

3.   结论

  • 1）黄岐半岛海域浮游植物的生长是盐度、水温、pH、溶解氧、化学需氧量、活性磷酸盐和亚硝酸盐共同作用的结果。溶解氧对促进浮游植物生长正向贡献作用最大，而亚硝酸盐与浮游植物生长的负相关关系则更为明显。

    2）浮游植物在封闭型淡水水域生长所需要的营养物质主要为NH4-N和NO3-N，而在开阔的海域则以PO4-P和NO2-N为主。

    3）从相关性上看，一些水质因子和Chl-a的相关关系并不显著，但是通过通径分析，可以发掘出各水质因子与Chl-a之间的内在联系，从而对海域赤潮灾害防控对策研究提供帮助。

参考文献 (13)

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