2004和2005年长江口及其邻近海域富营养化程度比较

2004和2005年长江口及其邻近海域富营养化程度比较

苏畅,沈志良,曹海荣,姚云　(1.辽宁医学院,辽宁锦州121001;2.中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室,

山东青岛266071;3.淮北煤炭师范学院附中,安徽淮北235000;4.青岛科技大学计算机与化工研究所,山东青岛266042)

1

2

3

4

摘要　根据2005年2、5、8、11月4个季度月的调查资料,利用人工神经网络模型对长江口及其邻近海域的营养水平进行评价,并结合2004年研究结果,比较2个年度富营养化程度。结果表明,2个年度中5和8月均有超过70%的站位评价结果为中营养型和富营养型;而2和11月均有超过40%的站位呈现中营养型和贫营养型。无论从范围还是站位的多少上来看,2005年富营养化程度都比2004年严重;2004年从2到11月富营养化程度依次为5、8、11、2月;而2005年则是5、8、2、11月。富营养化高发季节均为春季的5月。关键词　长江口;富营养化;人工神经网络;评价;比较中图分类号　X821;X131.2　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2009)06-02696-04ComparisonoftheEutrophicationExtentinYangtzeRiverEstuaryandItsAdjacentWatersin2004and2005SUChangetal　(LiaoningMedicalUniversity,Jinzhou,Liaoning121001)

Abstract　Basedonthefourmonths’investigationsin2005,andusedtheartificialneuralnetworktoassesseutrophicationoftheYangtzeRiverEstuaryanditsadjacentwaters,thisstudyaimedtointegratetheresearchresultsin2004,andcomparetheextentofeutrophicationinthetwoyears.Theresultsshowedthatover70%samplestationsinMayandAugustofbothtwoyearsweremesotrophyandeutrophication;andover40%samplestationsinFebruaryandNovemberweremesotrophyandoligotrophyinbothyears.Itwasmoreseriousin2005than2004,notonlythesamplestationsofeutrophication,butalsotheextensionofit;theeutrophicationextentin2004fromFebruarytoNovemberwereMay,August,NovemberandFebruary;andin2005wereMay,August,FebruaryandNovember.ThehighincidenceseasonofeutrophicationwasMayinspring.

Keywords　YangtzeRiverEstuary;Eutrophication;Artificialneuralnetwork;Assessment;Comparison

　　河口是陆源污染物入海的主要通道,世界上许多著名河口、海湾由于受营养盐、有机物和重金属等污染,对近岸和邻近海域的生态环境构成严重威胁

[1-2]

度富营养化的程度,为控制长江口富营养化,保护生态环境,保障渔业生产可持续发展以及制订有关防治水体富营养化的对策都有重要的意义。1　材料与方法1.1　调查和方法　于2005年2、5、8、11月对长江口及其邻

。长江口是我国最

[3]

大的河口,随着沿江经济快速发展,使得该水域N、P含量不断增加,富营养化程度加重,生态环境日趋恶化。笔者利用人工神经网络模型对长江口水域的富营养化现状进行评价,分析2005年长江口及其邻近海域富营养化的水平分布、季节变化、年均变化等特征,并结合2004年长江口及其邻近海域富营养化水平评价一文

[4]

近水域进行调查,设采样站位39个。由于每次调查站位有所不同,或者个别站位数据缺失,为了增加可比性,取4个季度月相同的站位(28个)进行分析(图1)。2004年相同的调查站位共25个

[4]

,比较了2个年,2个年度相同的站位共有20个。根据水

图1　2004和2005年长江口调查站位示意

Fig.1　SamplestationsintheYangtzeRiverEstuaryin2004and2005

深情况,取表层、10m、20m、30m、底层为采水水层,用不锈钢颠倒采水器采水。测营养盐的水样经直径为25mm预先

基金项目　中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX32SW2232)

资助;国家自然科学重点基金(50339040)资助;国务院三峡工程建设委员会资助项目(SX20042010)资助。

()作者简介　苏畅1980-,女,辽宁抚顺人,硕士,助教,从事水域生态方面研究与教学。

致　　谢　感谢张启龙研究员提供盐度数据,张芳博士提供叶绿素数据!收稿日期　2009201209

灼烧过的WhatmanGF/F玻璃纤维素膜过滤,用浓度为0.3%氯仿固定,低温冷冻保存,带回实验室分析。溶解氧用碘量滴定法测定,化学耗氧量用碱性高锰酸钾法测定,硝态氮用镉铜还原法测定,亚硝态氮用重氮-偶氮法测定,氨氮用靛酚兰法测定,磷酸盐用磷钼蓝法测定。各项营养盐测试在荷兰制造的SkalarSan&plus微量自动分析系统上完成。硝态氮、亚硝态氮和氨氮之和为总溶解无机氮。叶绿素和盐度等数据由课题组其他研究人员提供。

37卷6期　　　　　　　　　　　　　　　　苏畅等　2004和2005年长江口及其邻近海域富营养化程度比较2697

1.2　评价方法及建模　参考已有的研究成果

[4-6]

,采用人2　结果与分析

2.1　富营养化水平的水平分布特征　与2004年类似

[3]

工神经网络模型中多层前馈神经网络模型的B-P算法

(backpropagationalgorithm)简称为BP神经网络模型(图2)。此种评价模型特别适用于机理复杂,影响因素较多及难

,

2005年河口内37、38、39站和口门外40、16、21、22、23、24站

在4个季度月评价结果均为富营养化(图3)。2月份除上述站位呈现富营养化外,远离河口的11、26站也呈现富营养化。5月份出现的富营养化站位最多,范围扩大到口门外并向东和东北延伸至19站(约123°00′E);8月份富营养化站位数比5月少2个,范围退缩至122°40′E的6站;11月富营养化范围最小,退缩至口门附近的24站(122°30′E)。中营养化范围分布没有富营养化有规律,11月最多,5月其次,2、8月份最少。贫营养化的范围5月最小,8、11、2月范围越来越大。2005年的富营养化站位分布也是随盐度的变化而有一定的规律,除了2、5月少数站外,富营养化站位均位于20等盐线内侧。2005与2004年共同的站位中,2月份的11、16、23站位为富营养化;5月份的5、6、11、12、19站位为富营养化;8月份的5站位为富营养化;11月份的16、30站位为富营养化,而2004年这些站位的评价结果均为非富营养化。　　由图4可知,2月份出现异常现象。由于远离河口的

11、24、26三个站位DIN平均含量为0.90mg/L,严重超过富

以建立有效数学模型的非线性问题。评价因子选取化学耗氧量(COD)、溶解氧(DO)、活性磷酸盐(PO42P)、溶解无机氮

(DIN)和生物学参数叶绿素a(Chl2a)5个主要指标。BP网

络结构为3层

[7]

,其中输入层有5个神经元(分别为5个评

[5-6]

价指标),隐含层有3个神经元,输出层有1个神经元。参考

GB3097-1997海水水质标准和已有的研究成果

,将长江

口水域富营养化水平评价标准分为3级,将三类等级的期望输出分别定为1(贫营养)、2(中营养)、3(富营养)(表1)。

营养化评价标准(0.40mg/L);而PO42P平均含量为0.0372

mg/L,也超过中营养化标准(0.030mg/L),导致该区出现富

图2　长江口富营养化评价的BP网络结构

Fig.2　BPneuralnetworkstructurefortheYangtzeRiverEstu2

aryeutrophicationassessment

营养化,因此富营养化范围分布不集中,但还是以河口附近为主。5月份富营养化范围由口门向东扩展到约123°E处,此

用MATLAB中的rand()函数在每个评价等级规定的范围内进行随机取值,共生成750个学习样本,增加了BP网络的泛化能力。为了便于学习样本的训练,用MATLAB提供的最大最小函数premnmx():function[pn,minp,maxp,tn,mint,

maxt]=premnmx(p,t)对学习样本进行预处理,将各参数的

区域内大片水域均为富营养化,且分布较集中;从口门向东,富营养化程度逐渐降低,由中营养型向贫营养型过渡。8月份富营养化范围缩小至约122°40′E。11月份富营养范围主要集中在长江口口门内和河口附近,范围又缩小到约

122°30′E。贫营养化的范围2月出现在调查区122°30′E以

值量化到范围[-1,1]内。用工具箱提供的训练函数Leven2

berg-Marquardt(简称LM)算法进行网络权重和阈值训练,LM算法是一种改进的高斯-牛顿法,其形式为

T

东的大片水域,5月仅仅出现在调查区东南部少量水域,而从

8月开始贫营养化范围扩大,东部有大部分水域出现贫营养化。2.2　富营养化水平的季节变化　根据人工神经网络方法评

[8]

:Δx=

-[J(x)J(x)μI]J(x)e(x)。在训练的过程中,网络的权

-1

价长江口水域表层水富营养化的结果,分析2004和2005年长江口富营养化的季节变化特征。

由表2可见,2005年富营养化程度为:5月>8月>2月

>11月。5月富营养化分别占64.3%;2004年5月富营养

值和阈值被反复调整,直到达到性能函数mseBP网络模型,调用仿真函数sim()实现对长江口海区水体

化站位占56%。2005年贫营养化站位总数2月最多,11月其次,5月最少;中营养化站位总数11月最多,5月其次,2、8月最少。总的来说,2005年是贫营养型和富营养型占主导,

2005年各个季度月的富营养化程度比2004年大。营养盐DIN以及PO42P的分布情况均是在河口以及河口附近浓度

的富营养化评价输出,其中年平均结果是各个季度月各个评价指标在每个站位取平均值以后得到的平均值,再进行评价得出的结果。

表1　长江口海水富营养评价标准

Table1　AssessmentstandardsforeutrophicationintheYangtzeRiver

Estuary

较高,随着离岸距离的增加,浓度逐渐减少

[9]

。长江口富营

养化各项评价指标中DIN的超标比较严重,其他评价指标情况较好。推测DIN对整个评价过程的影响占主导地位。春季5月,长江流域进入丰水期,降水量增多,携带大量地表径流及生活工业用水进入长江口,使营养盐大大增多(表2)。比较各个月份各评价指标含量可知,5月的各项评价指标中,

DIN平均含量0.74mg/L,处于高浓度水平;PO42P平均含量0.023mg/L,属于中营养化水平;Chl2a平均含量1.40mg/m,COD平均含量为1.87mg/L,DO平均含量为10.57

3

营养等级

Nutrientlevel

DINmg/L

PO42Pmg/L0.0150.0300.045

Chl2a

3

mg/m1.03.05.0

CODmg/L2.03.04.0

DOmg/L6.05.04.0

期望输出值

Desiredoutputvalue

123

贫营养型Ⅰ0.20中营养型Ⅱ0.30富营养型Ⅲ0.40

2698　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年

mg/L,均不超标。因此,5月份富营养化现象最为严重,富营养化可能是引发长江口赤潮的重要原因之一。

图3　2005年长江口富营养化评价的水平变化

Fig.3　HorizontalvariationsofeutrophicationintheYangtzeRiverEstuaryin2005图4　2005年长江口富营养化评价的等值线分布

Fig.4　IsolinedistributionsofeutrophicationintheYangtzeRiverEstuaryin2005

表2　2004和2005年各调查月份各营养等级分布

Table2　Distributionofeachnutritiongradeineveryinvestigatedmonthin2004and2005

%

营养等级

Nutritionlevel

2月2004

403624

200546.414.339.3

200483656

5月

200510.725.064.3

2004202852

8月

200528.614.357.1

2004403228

11月

200535.728.635.7

年均Annualmean

2004283240

200535.710.753.6

贫营养型Ⅰ中营养型Ⅱ富营养型Ⅲ

2.3　比较两个年度的富营养化水平变化　年均评价因子是年的年度平均变化特征。由图5可见,两年共同站位共20个,2004年评价结果为富营养化的站位比例占40%(8个站位),其余站位的富营养化评价结果均为中营养化;由表3可见,2005年评价结果为富营养化的站位比例占60%(12个站

根据各个季度月各个评价指标在每个站位取平均值以后得到的平均值,再进行评价得出的结果。根据人工神经网络方法评价富营养化的结果,分析长江口富营养化2004和2005

37卷6期　　　　　　　　　　　　　　　　苏畅等　2004和2005年长江口及其邻近海域富营养化程度比较2699

　　由图6可见,2004年均富营养化水平最高的依然是35、

37、38、39等河口内站位和40、16、22、23、29、30等口门附近站

位。2005年富营养化水平最高的也是37、38、39等河口内站位以及口门外的诸多站位。共同的站位中2004年的37、38、

39、40、16、22、23、30站为富营养化,除了这8个站位以外,还

有35、29两个富营养化站位;而共同的站位中2005年比

2004年增加4个富营养化站位,除此之外还有21、24、313个

富营养化站位。2005年比2004年多5个富营养化站位,富营养化站位2004年为40.0%,2005年为53.6%;中营养化站位2004年为32.0%,2005年为10.7%;贫营养化站位2004年为28.0%,2005年为35.7%。长江口年均富营养化评价

图5　2004、2005年共同站位评价结果比较

Fig.5　Comparisonoftheassessmentresultsincommonstations

in2004and2005

结果等值线分布可见,2004、2005年富营养化范围从口门区向东分别延伸至122°20′E和122°40′E。可见无论是富营养化站位多少还是范围大小,2005年都比2004年严重,长江口生态环境不容乐观。

位),中营养化站位占15%,贫营养化站位占25%。

表3　2005年各评价指标的含量

Table3　Contentsofeachassessmentindexin2005

PO42P∥mg/L

3

月份

Month258110.0.0.0.COD∥mg/LDO∥mg/LDIN∥mg/LChl2a∥mg/m

范围

Range

02～3.9721～4.1157～3.7835～2.34平均

Mean1.761.871.901.139.6.5.7.范围

Range76～12.5768～17.7120～16.7263～9.14平均

Mean10.4710.579.648.010.0.0.0.范围

Range14～1.8007～1.50015～1.5004～1.38平均

Mean0.750.740.670.510.0.0.0.范围

Range022～0.065005～0.0530009～0.053004～0.062平均

Mean0.0340.0230.0190.0260.0.1.0.范围

Range14～6.1015～5.7493～9.8629～1.94平均

Mean1.221.404.800.62注:a为2004年;b为2005年。

Note:a.2004;b.2005.

图6　2004、2005年长江口年均评价结果

Fig.6　AverageannualassessmentresultsofeutrophicationintheYangtzeRiverEstuaryin2004and2005

3　结论

(1)2004年长江口口门内35、37、38、39站和口门外40、22站在4个季度月评价结果均为富营养化,富营养化范围从122°10′E(2月)扩大到122°40′E(5月)。2005年河口内37、38、39站和口门外40、16、21、22、23、24站在4个季度月评价

结果均为富营养化,范围从122°30′E(11月)扩大到123°E(5月)。从口门向东,富营养化程度逐渐降低,贫营养程度增大。

　　(2)2005年2月富营养化站位分布不集中,出现异常现

(下转第2720页)

2720　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年

品,为旅游者提供更多选择,以服务和产品质量吸引客源;设计合理的人才培养计划,为优秀人才提供基础支持。另外,散客时代的到来也为旅行社的改革提供一定的发展机遇。

5.3　改变目前导游薪酬现状　应提高导游自身的素质,加

务系统,使旅游者能够更加便利地了解旅游目的地的相关旅游购物信息,借助市场和政府的双重力量建立信息服务系统,以网络为支持平台,及时发布相关信息。公布诚信旅游购物企业名单、特色旅游购物商品、产品质量信息等,还可以定期对违法违规经营企业进行曝光,设立游客在线咨询投诉版块,并保证信息的实效性。

5.7　加强旅游购物市场的监管力度　旅游当局是保证旅游

强自身修养,关注自身合法权益,树立形象地位,改变目前的收入现状,充分发挥导游在旅游业中的作用,改革导游薪酬体系,尝试实施小费机制;由于导游是旅游目的地的形象代表,应进一步提高导游人员的学历要求。

5.4　转变旅游购物商店经营模式　开拓更广泛的销售地点

购物市场健康运行的重要力量,要加强旅游市场监管,为旅游信息的透明度提供政府支持,加大旅游违法乱纪行为的打击力度,规范旅游商店与旅行社之间的最高佣金比率,加大对旅行社挂靠现象的查处,加强旅游立法,完善相关法律法规制度,为旅游购物市场地健康发展提供良好社会环境。

6　启示

和销售模式,例如,在对到达桂林旅游的旅游者的调查中发现,45.4%的游客愿意在步行街形式的购物点购物,13.3%的游客愿意在定点购物商店购物,36.7%的游客愿意在大型购物超市中购物。这种现象说明旅游者更愿意在开放式的旅游购物地点进行购物。因此,应该建立专门的大型旅游商品销售场所,即可面对旅游者,也能满足当地居民的需要,及时向旅游者发布旅游商品相关信息,使旅游者能够更加便捷地了解到目的地旅游购物商品信息,关注产品质量和特色,了解游客需求,加强与旅游生产商的反馈机制。降低经营成本,提高服务质量,避免一次性交易行为,以保证旅游购物商店地长远发展。

5.5　建立专门旅游商品生产基地　旅游商品生产基地的建

散客旅游时代的到来,为旅游购物市场发展注入了新活力,旅游者购物需求的高弹性特征对旅游购物市场的发展提出了较高的要求。如何改变现有的购物关系,建立健康的旅游购物市场是保证旅游市场健康发展的重要方面。健康的旅游购物市场将是一个多方共同收益的格局,旅游者的合法权益得到保护,购物需求得到最大满足,促进旅游目的地经济发展并提供大量就业机会,多方共赢的局面需要旅游购物市场相关利益主体的共同努力。参考文献[1]林南枝,李天元.旅游市场学[M].天津:南开大学出版社,1997.

[2]李瑞玲.导游实务[M].郑州:郑州大学出版社,2003.

[3]陈丕积.旅游市场信息不对称及政府行为[J].旅游学刊,2000(2):27-30.

立将为旅游购物市场健康长远发展提供有力的基础支持。开展旅游市场调查,及时挖掘游客需求,设计富有特色、类型多样的旅游产品,提高旅游产品质量,注重旅游专业设计人才的使用。

5.6　加强旅游购物市场信息的透明度　建立旅游者信息服(上接第2699页)

2005年富营养化程度比2004年相对严重一些。长江口富营

象,这主要是因为营养盐分布不集中,在离岸较远的站位出现高营养盐的现象。

(3)2个年度中5月和8月均有超过70%的站位评价结

养化现象比较严重,生态环境不容乐观。参考文献

[1]PEREIRA2FILHOJ,SCHETTINICAF,RORIGL,etal.Intratidalvari2

ationandnettransportofdissolvedinorganicnutrients,POCandChloro2phyllaintheCamboriuRiverEstuary,Brazil[J].Estuarine,CoastalandShelfScience,2001,53(2):249-257.

[2]SHENZL.Historicalchangesinnutrientstructureanditsinfluenceson

PhytoplanktoncompositioninJiaozhouBay[J].Estuarine,CoastalandShelf,2001,52(2):211-224.

[3]钟霞芸,杨鸿山,赵立清,等.长江口水域氮、磷的变化及其影响[J].中

()国水产科学,1999,65:6-9.

[4]苏畅,沈志良,姚云,等.长江口及其邻近海域富营养化水平评价[J].

水科学进展,2008,19(1):99-105.

[5]王冬云,黄焱歆.海水富营养化评价的人工神经网络方法[J].河北建

筑科技学院学报,2001,18(4):27-29.

[6]姚云,沈志良.胶州湾海水富营养化水平评价[J].海洋科学,2004,28

(6):14-22.

[7]王伟.人工神经网络原理[M].北京:北京航空航天大学出版社,1995:

20-76.

[8]阮仕平,党志良,胡晓寒,等.人工神经网络在综合水质评价中的应用

[J].水资源研究,2004,25(2):21-23.

[9]叶仙森,张勇,项有堂.长江口海域营养盐的分布特征及其成因[J].海

洋通报,2000,19(1):89-92.

果都为中营养型和富营养型;而2月和11月均有超过40%的站位都呈现中营养型和贫营养型。无论从范围还是站位的多少上来看,2004年从2月到11月富营养化程度依次为

5、8、11、2月;而2005年则是5、8、2、11月。富营养化高发季

节为春季的5月。

(4)2年中共同的站位中2004年有8个富营养化站位,2005年有12个。2004年共有10个富营养化站位,2005年比2004年增加5个富营养化站位。

(5)长江口水域两年富营养化年均评价结果显示,2004

年为贫营养型和中营养型类水占大多数;2005年为富营养化型占大多数。富营养化水域从河口向东分别延伸至约

122°20′E和122°40′E,可以说从河口到122°20′E这一区域

是富营养化高发区。

(6)无论是富营养化范围大小还是站位数量,总的来说