应用主成分法和聚类分析法分析吕四渔场近岸海水水质

应用主成分法和聚类分析法分析吕四渔场近岸海水水质

第2 8卷第 3期 20 06年 0 8月

海洋渔业Ma e dn Fih re seis

Vo . 8.No 3 12 . Au ., 2 0 g 06

文章编号：10 2 9 (0 6 0 0 l 0 04— 4 0 20 )3— 2 7— 5

应用主成分法和聚类分析法分析吕四渔场近岸海水水质刘绿叶，国铭，培廷，孙刘汤建华，张美如(苏省海洋水产研究所，苏南通江江 260 ) 20 7

摘

要：应用主成分法和聚类分析法对 20 0 5年 5月吕四渔场近岸海水中 l 6个水质指标的监测数据进行了

分析研究。结果表明： I D N的超标率最高， 5 .%,n空间变异最为明显； I达 71 Z D N与水温相关性明显，已被这人们所认识； P与营养盐 ( I p 4 _ )较好的正相关性；成分因子 (,, ),的贡献率达 TH D N、 o p有 3 -主 中 3 .6, 7 7%其可能代表的是外来污染源的影响；各水质因子可大致聚为三类，一类由 D N、 P C、 O、 s第 I T H、u D A、 P 4 _ c组成， O 3 p和 d -表明它们与其它各因子相关性变化程度是基本相同的。此外，本文提出了三点建议，以供监测参考。 关键词：主成分法；聚类分析法；岸海水水质；四渔场近吕中图分类号：￥ 3 . 9 13文献标识码：A

An a a y i n t n ho e wa e ua iy o h s s n r un s n l ss o he i s r t r q l n t e Lu if hi g g o d t i

b rn ia o o e ta ayi P A)a d cu tra ayi yp icp l mp n n n ls c s( C n lse n ls sL U L— e U o mi g I e—i g ANG Ja— u,Z I u y,S N Gu— n,L U P i n,T t in h a HANG M e—u i r

( r eFse e Istt o aguPoic, a tn 2 60,C ia Mai i rs ntu J ns r ne N nog 2 0 7 hn ) n h i i ef i v

Absr c: e uai o i s o e t a t Th q lt f n h r wa e o t e u i is n g o n i Ma 0 wa a ay e by sn y tr n h L s f hi

g r u ds n y 2 05 s n ls d u i g

p n i l o p nn nls P A)a d c s raayi h eut so e h t a oo eo d s n ad i p r c a c m o e t ayi C a s( n l t n l s ue s .T e r l hw d ta rt fb yn t d r s s i a( B )o D N w stehget ec ig5 .%,n p t l a a o f nw s h ot b i s I n R S f I a i s,rahn 7 1 adsai r t no Z a em s o vo .D N a d h h avi i t uwae e e aur o e a g o ee a c t rt mp r t e b r o d rl v n e,a d c e ce t mo n o f in sa ngTPH n N,PO4一 ha i h rp st e i a d DI P d a h g e o ii v

c r l i .A n rep n ia cm o et at s(,,=, c n b td3 . , hc eh p or a o e t n mogt e r cpl o p n n fc r / ) o t ue 7 7% w i p ra s h i o I i r l hr p e e td t xe na o r e fp lu i n.Al s a trie o l e r u h yc a sfe n ot e nd,o e r s n e hee tr ls u c so ol to l e wa e t msc u d b o g l l s i d i t hr eki s f iwhih t e frtk n sc mp s d o N,TPH,Cu,DO,As,PO4一 n c h s i d wa o o e fDI i P a d Cd,whih i d c t d t tt er c n i ae ha h i

c a g swi t rf co s we e b sc ly i e t a .Mo e v r h e o o a swe e h r i u o wa d. h n e t ohe a t r r a i al d n i 1 h c r o e,t r e pr p s l r e e n p tf r r

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收稿日期：2 0 0 0 6— 7—2 8

基金项目：农业部东海区渔业生态环境监测项目(0 5; 20 )江苏省海洋水产研究所所长启动基金( 0 52 200 )作者简介：刘绿叶 ( 9 9一)男，南邵阳人，理研究员，士， 17,湖助硕主要从事海岸带生态环境研究。T l0 1 e: 53—8 2 8 7 E—mal l y l@ t m. o 5 2 2 3, i:u ei u o cr n

通讯作者：培廷，刘 E—m i lt 6 yhocn.n a: 1@ ao.o c lp9

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海

洋

渔

业

20 0 6笠

吕四渔场位于江苏省南通市和盐城市的东部，2。0 E以西， 12 3 南部与长江口渔场相连，东部与大沙渔场相邻，北部与海州湾和连青石渔场相接，面积约 2 0 0 m,我国著名的沙洲渔场。近年来，总 80 k是 和其它主要渔场一样，由于捕捞力量增加过快，区生态环境恶化等原因，致渔场渔业资源出现明显海导

衰退。国内专家对捕捞方式、网具、捞力度、业资源生产模式等做了相关研究捕渔

,对渔场环境因但

子的分布变化规律特征研究相对较少。本研究对吕四渔场海区表层水体中 1水质指标进行了采样 6个监测，最终数据进行了变异系数计算、对相关性分析、主成分分析和聚类分析，求找到渔场水体中各水力质指标的分布变化规律特征，吕四渔场生态环境监测保护和渔业资源可持续发展提供科学依据。为

1材料与方法20 0 5年 5月下旬在江苏省吕四渔场海区设置了

7个站位 ( 1采集表层水样。采样时严格按照图 )《海洋监测规范》执行，中，金属水样均采用 其重硝酸浸泡过的聚四氟乙烯瓶采集，并加酸酸化后低温保存。采集的水样在现场或实验室里分析测试了以下 1 6个水质指标：温 ( )盐度 ( )酸碱度水 T、 S、 ( H)溶解氧 ( O)化学需氧量 ( O、氨氮 p、 D、 C D)总

( H .、酸盐氮 ( O一N)亚硝酸盐氮 N N)硝 N,一、 ( O一N)活性磷酸盐 ( O .)油类 ( P、 N .、 P P、 T H)铜( u、 ( n、 ( b)镉 ( d、汞 ( g、 C )锌 Z )铅 P、 C )总 H )

砷 ( s,中， H N、 O一N、 O一 N三者之和为 A )其 N N, N -总溶解无机氮 ( N计 )英文缩写为 D N。各指标以， I分析测试方法分别对应如下：度计法、度计温盐法、H计法、 p溶氧仪法、性高锰酸钾法、溴酸钠碱次图1采样位置示意图

氧化法、锌镉还原法、乙二胺光度法、钼兰光度萘磷

Fg1 Telai fa pi t i h ctnosm lgse . o o n is

法、紫外光度法。分析评价标准为：H、O、P C、nP、d H、 s p D T H、u Z、b C、 gA参照《业水质标准》 G 10渔 ( B167—

8 )C D、 I P .照《水水质标准》 G 0 7—19 )中一类水质标准。统计分析主要采 9;O DN、O P参海 ( B39 97。

用相关系数矩阵分析、主成分分析和最短距离法聚类分析，始数据用标准差标准化处理后，出矩阵，原列

然后用 S S P S和 Saiia统计软件进行主成分分析和聚类分析 ttt s sc

2结果 通过对各水质指标平均值、超标率、标准差和变异系数进行计算，结果 (见表 1表明： I ) DN的超标率最高， 5 .%, 7个站位中有 3个已经超标，明吕四渔场受到无机氮等营养盐的影响较为严达 71即说

重，这与长江口及其邻近渔业水域环境现状有相似之处；P T H超标率也达到了将近 5%,可能与航 0这运和捕捞船只排污有关； O . P P和 Z n等略有超标；它各指标均未超出标准规定范围其次，变异其从

系数可以看出，nD N等的变异情况较为明显，它指标变异系数较小，间上变化不明显。 Z、I其空

3分析与讨论3 1各指标相关系数矩阵 .

从表 2可以看出， I D N与水温有很好的相关性，关系数为 0 7这与水温升高导致细菌等微生物相 .7,

生长繁殖活跃，使得有机物分解速度加快，以及海水垂直交换等有关。盐度与 D DN、P等有一 O、 I T H定的负相关性；H与水温、 n和 P p Z b等水质指标有一定的相关性；P与无机营养盐 ( I P 一 ) TH D N、 O P有

较好的正相关性，是由于营养盐丰富，得浮游生物量增加，这使对脂类成分町能

有贡献作用。P P O卜一与盐度等水质因子均无明显相关性，明 P P的浓度受到沿岸陆源输入、物活动及高盐外海水输说 O卜.生

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人等多个过程共同控制。其次，分重金属间具有一定的相关性， z部如 n和 P,明这些物质的来源 b表具有同一性。另外，些水质指标之间相互关系出现反常现象， D有如 O与 C D出现正相关，可能与吕 O这

四渔场所处位置——辐射沙洲区水动力条件、地质地貌情况非常复杂 关。 m有表 1各因子平均值、标率、准差及变异系数超标 T b 1 T eaea e rt f eo d s n ad R S,tn a dd v t n ( t. a . h vrg,ai o y n t d r ( B ) s d r ei i Sd D) o b a a ao a dcef i t f ait n C n o fc n rai ( V)o e i e ov o ftms i

表 2各因子相关系数矩阵Ta . Co r l t n ma r x o e n s m p i g sts b2 r e a i t i i m i a l ie o f ts n

3 2主成分分析和聚类分析 . 3 2 1主成分分析、.

通过对各因子进行主成分分析 ( C发现 (表 3:主成分因子 ( P A)见 ) 3个

)累计贡献率达到了

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海

洋

渔

业

20 0 6钜

8.9表明该 3个因子基本包含了海区水体中水质指标主要受到的影响来源。负荷阵中， O 09%, D、DN、P A、 O H、u的正相负荷量均较大，度出现较高的负相负荷量 ( .64,者认为可 I T H、sC D、 gC盐 0 98 )作能代表人为污染源，沿岸工厂排放的废水、市居民排放的生活污水以及水产养殖业等农业引起的非如城

点源污染，这是因为 C D重金属、 O、营养盐等均为沿岸水体中主要的环境污染因子，且当该类物质排放增加、污水量增加时，1、 a等相对减少， C一N导致了盐度的降低。若上述论点成立，则可以看出人类生产生活排放的废水和污水对吕四渔场的生态环境影响是比较显著的，累计贡献率达 3 .6。第二主其 77%成分因子 ( ) z P 对 n、b的影响较大，而对 p却

产生较明显负面影响，明.的物理意义为沉积物的释 H说 放影响，因为 p的降低有利于沉积物中重金属离子的释放。主成分负荷阵中，O卜- C、 s的 H . P P、d A负荷量较大，明 .主成分因子与环境本底值有关，表 因为近岸水体中磷营养盐通常比较丰富。表 3各因子主成分分析T b 3 P ic a o o e t nls ( C a . rni l mp n n ayi P A)o e p c a s ft i ms

为合成的有机化合物和石油制品通过污水排放或交通工具泄漏 而 z、 b等重金属主要来源是土挖， nP壤、矿物矿石，是沿岸电镀、工等企业排放的废或化

图2最短距离法聚类图 Fg2 h ottiac edorm i T ehrsd t e nrga . s e s n d:水温W r t pru,: ar me te s盐度S it e e ar any li

水；第三类由 p H和盐度组成， H、 g从聚类图距离可以看出，该类水质因子与其它因子的相似程度距离较

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远，也就是说，它们的分布变化规律既不同于第一类水质因子，不同于第二类水质因子，明它们的变也说化十分复杂。33建议 .

根据吕四渔场海水水质监测数据及主成分法和聚类分析法分析结果，吕四渔场生态环境的监控对管理提出以下建议： ( )吕四渔场近岸海水营养盐超标情况突出， I超标率达 5 .%, O卜.标率也达到了 1 DN 7 1 P P超 1.%,体环境有富营养化趋势。因此，必要对吕四渔场近岸海水中营养盐进行连续监测，水体 73水有对富营养化状况进行分析预报，以防止或减少对近岸养殖业和近海渔业造成影响和损失。T H超标率也 P

达到了近 5%, 0对人为引起的油类污染 (船舶运输、如沿岸企业有机污染物排放等 )要加强管理控制。 ( )重金属离子中，有 z 2只 n存在部分站位超标，超标率为 1.%,明吕四渔场重金属污染状况 43说不是很严重，由于重金属会在生物体内富集，但最终对海产品的质量造成影响，因此，要对渔场沿岸电需镀、工类企业的排污进行严加管理。

化

( )吕四渔场处于辐射沙洲区，特殊的地质地貌特征使得渔场的水质变化规律非常复杂多变， 3其同时，渔场部分区域受到长江径流及沿岸各种排污的影响，得各水质因子的相关性规律、该使主成分特征等更为不确定性。这在以后的监测过程中，要进一步分析。需参考文献：[]葛海祥. 1 浅论吕四渔场渔业资源保护和合理利用[]中国水产， 0,8: 7 . J. 2 3 ( )7 0 4— 7[]孙满昌， 2张健，樊伟.吕四渔场虾桁拖网最小网目尺寸的研究[]海洋渔业，0 2 2 3 11—14 J. 2 0,4( ):2 2.

[]陆杰华， 3王广州，李建新，人口、等.消费、技术模式变化对我国海洋渔业生产影响的实证研究~以浙江舟山渔场为例[]人口与 J.经济，0 3 1 8 3:—7 2 0,3 ( ) 1 . []国家质量技术监督局. B 7 7 . 4 G 13 85—19 . 9 8海洋监测规范[]北京： s.中国标准出版社，9 8 19、 []郭笃发. 5莱州湾东南岸海水入侵区地下水中若干离子的主成分分析[]海洋科学，04,8 9: 9 J. 20 2 ( )6— .[] 6 LeM A, eK T S i e L ,ha GY.E vrn e t cos soit i ef mao fav nhr siggon snte o t a r o e h ni m na f t scae wt t r t no raa coyfhn ru d a a w ts f o la r a d hh o i l l i i h cs l e suh et aw n J . r eBooy 19,2 ( ) 6 1— 2 . o tw s T ia[] Ma n i g,9 5 1 1 4:2 6 5 i l[]全为民， 7沈新强 .江口及邻近水域渔业环境质量的现状及变化趋势研究[]海洋渔业，04,6 2:4— 8长 J. 20 2 ( )9 9 .[]石晓勇， 8王修林，秀荣，长江口邻近海域营养盐分布特征及其控制过程的初步研究[]应用生态学报，0 3 1 ( ) 18 韩等. J. 20,4 7:0 6—1 92 O .

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