基于聚类分析的梅梁湖水质影响因子研究
关键词：梅粱湖；聚类分析；水质因子
Abstract:Cluster analysis were applied to the analysis of the blue-green algae density, chlorophyll, TN and TP, such as 14 water quality factors in this paper, based on emergency monitoring data of the Meiliang Lake measured by Wuxi environmental monitoring centre in 2008 from April to November. The 14 Water quality factors was divided into 4 categories by the R-Cluster analysis, and 22 sites was divided into 7 categories by the Q-Cluster analysis. The results showed that the Meiliang lake algae growth and reproduction was still the main problems to face; TN was a major factor in the pollution of organic pollutants in Meiliang Lake; Compared to TN, the TP was a nutrient limiting factors. Meiliang Lake north-west was still the most polluted area.
Key words:Meiliang Lake; cluster analysis; water quality factors
梅梁湖是无锡市太湖水质监测的重点，有沙渚、马山、小湾里等重要饮用水源地，关系到全市人民的饮水安全。自2007年“供水危机”后。国家和地方政府都相继投入了极大的“人力和物力”进行综合治理，在“节能减排”、“控源截污”、“蓝藻打捞”、“调水引流”和“生态修复”等方面均有极大的投入并产生了显著的成效。目前，梅梁湖的生态环境已发生了较大的改变，而这些改变对浮游植物的生长又至关重要。为了更好的掌握和研究梅梁湖的水质状况，确保无锡市饮用水源地的水质安全，本文旨在通过对梅梁湖浮游植物的生物指标以及环境因子等14个指标的R型聚类分析，以及22个站点的Q型聚类分析。探讨梅梁湖水质的富营养化特征，以期为今后的梅梁湖的监测和治理提供理论支持。
1 材料方法
1.1 样点布置与采样时间
根据2008年4月～11月无锡市环境监测中心站对梅梁湖及其附近水域夏季藻类应急巡视要求，本次监测共设22个站点，考虑到夏季东南风和调水引流等对梅梁湖富营养化的影响，其中不但包括湖主体13个站点，还包括拖山及沙渚水域等9个站点。应急巡视的频率要求是除台风等恶劣天气不能行船外，22个站点每天巡视一次。
1.2 理化指标与测定方法
水质指标测定方法：高锰酸盐指数(COD)用酸性法、氨氮(NI-13-N)用纳氏试剂分光光度法、总磷(TP)用铝锑抗分光光度法，和总氮(TN)用过硫酸钾氧化——紫外分光光度法测定。理化项目采样为2008年4月～11月的每个星期一。
现场测定电导率、水温(WT)、溶解氧(DO)、pH、浊度、蓝绿藻类密度(藻密度)和叶绿素等指标由仪器YSl6600水质多参数分析仪(美国)测定。风速和风向由现场风速风向仪测定；光照强度由光照计现场测定；透明度(SD)用萨氏盘测定。YSl6600水质多参数分析仪数据均和实验室国标方法做过比对，数据无显著性差异。现场巡视的项目是在巡视期间每天进行(台风等恶劣天气除外)。
1.3 数据统计与分析方法
运用SPSS13.0软件进行聚类分析。对梅梁湖及其附近水域22个站点的生物及环境因子等14个因子进行R型聚类分析，以及22个站点的Q型聚类分析。
2 结果与讨论
本文主要运用系统聚类，系统聚类分析分为两种形式，一是对研究对象本身进行分类，称为Q型聚类，另一类是对观察对象的指标进行分类，R型聚类。
2.1 R型聚类
R型聚类反映出梅梁湖水质环境的重要特征，详见图2。
(1)14个指标总体总体可分为4类：藻密度、pH、DO、WT和光照；叶绿素、氨氮、TP、TN、电导率和CODMn；浊度和风速；SD。
(2)在聚类过程中藻密度和pH的相关系数最大．最先聚_在一起。pa是藻类生长的重要环境条件，夏季梅梁湖的优势种主要是微囊藻(Microcysfis spp．)，pH在8.0～9.5之间为宜，水温在28℃～32℃时繁殖快，生长旺盛。随后，藻密度和oH又与DO聚在一起。夏季微囊藻的大量繁殖，往往会因为强光合作用而使水体中的DO和pH升高，因此，三者之间往往呈协同的正相关关系。光照和水温聚在一起，表明水温的升高与光照有着较为密切的关系。随后，光照和水温又与藻密度、pH、DO同聚一类，可见，这一大类主要与藻类的生长繁殖有关。
(3)TN和电导率聚在一起后，又与COD相聚；叶绿素与氨氮聚在一起后，又与TP相聚；随后两类再聚在一起。表明TN相对于水体中的其他离子来说，其对电导率贡献量最大。可见TN的污染较为严重。由于水体当中的氨氮是可被植物吸收的最主要的氮营养盐存在形式，所以最先与代表藻类生长状况的叶绿素聚在一起；TP往往被认为是藻类生长的限制因子，调查期间，梅梁湖TP为0.09 mg／L，N／P为29，可见相对于TN来说，也许TP是梅梁湖藻类的营养盐限制因子。这一大类主要反映了水体当中无机营养盐的主要组成，以及藻类生长的限制性因子。
(4)浊度最先与风速聚在一起。说明浊度与风速的关系最为密切，梅梁湖是一个浅水型湖泊，平均水深不到2 m，所以风浪很容易使底泥泛起，从而影响到浊度。SD与其他各类指标关系密切程度最差，一般而言，湖泊中的藻密度和叶绿素a与透明度有较好的相关性，但这种关系在梅梁湖数据分析的结果中却并不明显。推测太湖流域水土流失是可能的影响因素，梅梁湖湖周围大量泥沙进入湖体，使湖水透明度与藻密度和叶绿素a之间的相关性受到了干扰。
Q型聚类反映出梅梁湖采样站点之间的关系与归类。
2.2 Q型聚类
(1)22个站点总体总体可分为7类：东部水域：2#、3#、4#、5#和6#；沙渚水域：7#、8#、10#和11#；拖山水域：9#、13、14#和15#；北部水域：19#、20#、21#和22#；湖心水域：16#、17#和18#；梅园水厂：1#；乌龟山：12#。
(2)东岸水域和湖心水域关系密切，最先聚在一起；拖山水域和沙渚水域关系密切，最先聚一起；上述4个水域聚在一起后，又与西北水域聚在一起。表明西北部水域与其他水域的关系较为疏远，西部水体的外源污染较为严重，近年来梅梁湖西部通过武进港和直湖港接纳了大量无锡、常州废水和生活污水，并通过间江口进入太湖，加之梅梁湖夏季盛行东南季风．所以西北部水域往往成为梅梁湖污染最为严重的水域。
3 结论
R型聚类分析表明，目前梅梁湖藻类的大量生长和繁殖仍将是要面对的最主要问题；1N和cODMn的关系密切，表明在梅梁湖有机污染中，1N是主要的污染因子；TP相对于TN来说，与生物指标(藻密度和叶绿素)有着更加密切的关系，表明相对于TN来说，TP可能是梅梁湖藻类生长的营养盐限制因子。
O型聚类分析表明，7类水域在污染状况上的空间分布与梅梁湖富营养化分布趋势基本一致，西北部水域仍然是梅粱湖较为独立的水域。尽管近年来，为了改善梅梁湖的水体循环(尤其是北部水域水质)，进行了从望虞河调水，然后再从北部粱溪河将湖水引入运河，以期提高水体流动和自净能力的“引江济太”的工程。但是由于梅粱湖的本底污染比较严重，加之调水的频次和水量有限，在今后一段时间内梅梁湖西北部仍将是污染最为严重的水域。 4 梁象秋等.水生生物学[M].北京:农业出版社,1995:14
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