何 荷，南 晶，楊昌濤,2,*，沈小兵，吳建斌，李建華,2

(1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092；2.東太湖水生態(tài)科學(xué)研究基地，江蘇蘇州 215200；3.蘇州市吳江區(qū)水務(wù)局，江蘇蘇州 215200)

淺水型湖泊是我國城市的重要飲用水源地，但由于全球氣候變化、富營養(yǎng)化和漁業(yè)養(yǎng)殖等一系列自然和人為因素的干擾，其提供優(yōu)質(zhì)水源的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能常常受到有害藻類暴發(fā)的威脅[1-3]。為了提升淺水型湖泊飲用水源水質(zhì)并保障水生態(tài)健康，我國投入了大量的人力、物力、財(cái)力來解決淺水型湖泊富營養(yǎng)化問題，雖然取得了一定的成效，但未來仍舊任重道遠(yuǎn)。東太湖是蘇州的重要水源地，同時(shí)也是太浦河下游城市飲用水源的重要來源，水源質(zhì)量受到如水體營養(yǎng)鹽上升、藻密度增加和水體變渾濁等多方面的威脅[4]。藻類導(dǎo)致水源產(chǎn)生嗅味，增大了后續(xù)水廠處理的難度[5]。以上問題的發(fā)生與水體中氮、磷污染上升密切相關(guān)，削減原水中營養(yǎng)鹽濃度對于確保飲用水安全和防范藻類水華的風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要[6]。浮游植物群落豐度組成結(jié)構(gòu)取決于水體的營養(yǎng)鹽濃度。研究表明，氮、磷濃度及N/P等指標(biāo)直接影響藻類的生物量與群落結(jié)構(gòu)，且藻類生物量和群落組成均能反映水體營養(yǎng)狀態(tài)[7]。綜上，在淺水型湖泊中探索氮磷削減、防范有害水華暴發(fā)的應(yīng)對措施，對提升飲用水源品質(zhì)具有重要意義。

水源型水庫是我國重要的飲用水源地和水資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地，也是滿足水源品質(zhì)提升和水生態(tài)健康保障重大需求的基礎(chǔ)。隨著人們生態(tài)保護(hù)意識(shí)的不斷提升，其水源水庫的生態(tài)效益逐漸被人們重視。嵌入式水庫是一種位于淺水型湖泊湖濱帶的水源水庫，因其嵌入在淺水型湖泊內(nèi)部，故稱嵌入式水庫。為了應(yīng)對日益嚴(yán)峻的藍(lán)藻水華問題，管理部門在東太湖近岸區(qū)域修建了嵌入式水庫用于飲用水應(yīng)急供應(yīng)，并逐漸實(shí)現(xiàn)日常供水。作為一種新型的淺水型湖泊水源水庫，需要明確其在富營養(yǎng)化淺水型湖泊中保護(hù)飲用水源水質(zhì)安全和生態(tài)健康的作用，掌握水質(zhì)和浮游植物群落的動(dòng)態(tài)變化過程，并闡明潛在的風(fēng)險(xiǎn)，從而為該類型水源水庫的保護(hù)工作提供參考。論文以東太湖湖濱帶的嵌入式水源水庫為研究對象，通過探究水源水庫內(nèi)外水質(zhì)和浮游植物群落變化規(guī)律，揭示其在水源水質(zhì)提升和水生態(tài)保護(hù)中的作用，并進(jìn)一步闡明可能面臨的潛在風(fēng)險(xiǎn)和有效措施，為富營養(yǎng)化淺水型湖泊飲用水源水質(zhì)和水生態(tài)保護(hù)提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

東太湖位于太湖東南方向，是長江中下游地區(qū)較典型的草型淺水型湖泊，面積約170 km2，全長約30 km，最大寬度為9 km，平均水深為1.2 m。嵌入式水庫位于東太湖東岸湖濱帶(31°02′6′N，120°29′47′E)，水庫設(shè)計(jì)面積為3.7 km2，庫容為751.5 m3，設(shè)計(jì)水深為3.0 m(圖1)。水庫建有12個(gè)進(jìn)水口，保證直接從湖泊或濕地取水，平均取水量約為15萬m3/d，夏季略有增加。水力停留時(shí)間約為50 d。

圖1 嵌入式水庫的研究地點(diǎn)和位置Fig.1 Study Area and Location of Embedded Reservoir

1.2 樣品采集與分析

本研究共設(shè)置了水庫內(nèi)外(庫內(nèi)S1、庫外S2，圖1)兩處進(jìn)行對比分析，于2018年9月—2019年8月每月中旬在監(jiān)測點(diǎn)采集水樣，采樣條件選擇晴朗/多云早晨、風(fēng)力小于2級、湖面風(fēng)浪小、水體較為穩(wěn)定的時(shí)段?，F(xiàn)場采用YSI EXO2水質(zhì)多參數(shù)儀(Yellow Springs Instruments，USA)測定溶解氧(DO)、pH、電導(dǎo)率和水溫，賽氏盤(secchi disk)測定透明度(SD)。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測定的指標(biāo)包含總氮(TN)、總磷(TP)、葉綠素a(Chl-a)、氨氮(NH3-N)、藻密度(AD)、總懸浮固體(TSS)。采集的水樣在4 ℃冷藏條件下運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，立刻進(jìn)行室內(nèi)分析試驗(yàn)。采用浮游植物葉綠素?zé)晒鈨x(Heinz Walz GmbH，Effeltric，德國)測定水樣中的葉綠素a(Chl-a)濃度，調(diào)制熒光儀采用標(biāo)準(zhǔn)丙酮法測定校正。水體中TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定；TP采用過硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法測定；NH3-N采用納氏試劑分光光度法測定，分光光度計(jì)型號為雙光束紫外-可見分光光度計(jì)(UV-2450，島津，日本)。另取適量原水用 0.45 μm玻璃纖維濾膜(450 °C預(yù)燒2 h)過濾。過濾后，濾膜于80 °C下烘至恒重，稱量并計(jì)算TSS含量。浮游植物水樣帶回實(shí)驗(yàn)室后，加入魯哥試劑，立即靜置沉淀，48 h后采用直徑為3 mm的軟管虹吸取上清液，最后濃縮至50 mL，并用容量瓶定容。浮游植物鑒定用顯微鏡(CX23，奧林巴斯，日本)在400倍放大倍數(shù)下隨機(jī)鑒定，計(jì)數(shù)100個(gè)視野，每個(gè)樣計(jì)數(shù)2個(gè)標(biāo)本，取平均值，藻類的鑒定主要按照Hu等[8]的方法以及藻類鑒定相關(guān)的網(wǎng)站(https://www.algaebase.org/)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)預(yù)處理及相關(guān)計(jì)算利用Excel完成。數(shù)據(jù)分析部分，差異性分析采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)方法，相關(guān)性分析采用Spearman相關(guān)性檢驗(yàn)法(p<0.05表示統(tǒng)計(jì)學(xué)差異顯著，p<0.01表示統(tǒng)計(jì)學(xué)差異極顯著)，均采用SPSS 22.0軟件。繪圖采用Origin 2019b軟件。

利用采樣期間TP、TN、Chl-a和SD指標(biāo)，評價(jià)東太湖水體營養(yǎng)化程度，計(jì)算東太湖水體的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(trophic state index，TSI)，綜合分析營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)(TSI)的時(shí)空差異，各指標(biāo)TSI的計(jì)算和總TSI的計(jì)算方法參考Zhang等[9]的研究文獻(xiàn)，如式(1)～式(5)。

TSI(Chl-a)=10(2.5+1.086lnChl-a)

(1)

TSI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

(2)

TSI(TN)=10(5.435+1.694lnTN)

(3)

TSI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)

(4)

TSI=0.326TSI(Chl-a)+0.219TSI(TN)+ 0.230TSI(TP)+0.225TSI(SD)

(5)

TN、TP、SD和Chl-a分別代表TN(mg/L)、TP(mg/L)、透明度(m)和Chl-a濃度(μg/L)。對水庫營養(yǎng)狀態(tài)的判定參考李林衡等[10]采用的水庫營養(yǎng)狀態(tài)分級，即TSI<30 貧營養(yǎng)，30≤TSI≤50 中營養(yǎng)，5070 為高度富營養(yǎng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水庫內(nèi)外水環(huán)境指標(biāo)分析

2.1.1 物理因子變化的季節(jié)特征

2018年9月—2019年8月，東太湖水體理化因子指標(biāo)(按時(shí)間順序)如表1所示。對東太湖水體理化指標(biāo)進(jìn)行長期監(jiān)測與分析，東太湖水溫存在明顯的季節(jié)性差異。調(diào)查期間，水庫內(nèi)外溫度為6.4～30.3 ℃，夏季水溫較高，冬季最低。pH值在7.75～8.9，平均值為8.39。DO為3.68～12.2 mg/L，平均值為8.72 mg/L，表明東太湖DO含量較高，水體以有氧狀態(tài)為主，其DO含量全年最高值出現(xiàn)在冬季，最低值出現(xiàn)在夏季。

表1 嵌入式水庫庫內(nèi)外水體物理因子指標(biāo)Tab.1 Physical Parameters Inside and Outside Embedded Reservoir

2.1.2 營養(yǎng)鹽與Chl-a變化特征

水庫內(nèi)外主要營養(yǎng)元素濃度范圍及獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。就空間差異而言，除透明度外，各水質(zhì)指標(biāo)在各監(jiān)測點(diǎn)的對比基本一致，整體表現(xiàn)為庫內(nèi)低，庫外高。差異性檢驗(yàn)表明，研究期間，水庫內(nèi)外水體中TP、TSS等指標(biāo)差異顯著，其中SD指標(biāo)表現(xiàn)為極顯著差異，而TN、Chl-a、NH3-N指標(biāo)差異不顯著(p<0.05)。

表2 嵌入式水庫庫內(nèi)外獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)結(jié)果及 營養(yǎng)鹽濃度均值Tab.2 T Test Results of Independent-Samples and Mean Values of Nutrition Indexes Inside and Outside Reservoir

庫內(nèi)TP濃度比庫外降低33.3%，且?guī)靸?nèi)外TP濃度的變化趨勢具有一致性，即在春季濃度較低，在夏季達(dá)到最高水平。庫內(nèi)外TSS濃度差異較為顯著，庫內(nèi)濃度比庫外降低了54.8%。庫內(nèi)外SD差異極顯著。研究表明，TSS是影響東太湖水體SD的主導(dǎo)因素[11]，表明庫內(nèi)外TSS的差異是導(dǎo)致SD空間極顯著差異的重要原因之一。Chl-a含量反映了水體中藻類生物量，是重要的水質(zhì)指標(biāo)。Chl-a濃度的季節(jié)變化趨勢：夏季>秋季>春季>冬季，庫內(nèi)Chl-a濃度比庫外降低32.6%。

平原河網(wǎng)地區(qū)淺水型湖泊是典型的磷限制型湖泊，易受風(fēng)浪擾動(dòng)影響，導(dǎo)致沉積物再懸浮，使水體SD較低[12]。圍網(wǎng)養(yǎng)殖、西太湖來水水質(zhì)較差等因素也是造成東太湖磷濃度居高不下的原因[13-14]。水生植物莖葉可以吸收水體中的顆粒物，并能夠防止沉積物再懸浮，以降低水體中的顆粒物濃度，提高水體透SD，在水庫營養(yǎng)鹽削減方面有著重要作用[15]。入庫前，水體通過以大型水生植物為主的濕地、庫內(nèi)相對穩(wěn)定的水文及營養(yǎng)環(huán)境為庫內(nèi)大型水生植物的生長奠定了條件。在水生植物豐盛期，嵌入水庫中的TP和TSS均表現(xiàn)出較高的去除效率，明顯高于庫外(圖2)，證實(shí)了大型水生植物對減少營養(yǎng)鹽的重要作用[16-17]。冬季水生植物衰亡，屏障消失，庫內(nèi)沉積物再懸浮加劇，水體懸浮顆粒物大幅上升的同時(shí)，還伴隨著關(guān)鍵營養(yǎng)鹽的釋放，浮游植物大量生長，并在盛行風(fēng)向影響下形成一定堆積，因而水體SD顯著下降，與庫外差異明顯縮小。水生植物主要通過降低水體懸浮顆粒物濃度來提升水體SD，水生植物莖、葉、表皮的吸收作用以及分泌化感物質(zhì)對浮游植物具有顯著的抑制作用，提高了水體光學(xué)特性；水體SD的升高進(jìn)一步促進(jìn)了水生植物的生長和繁殖，形成有利于草型穩(wěn)態(tài)維持的正反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。東太湖水生植物群落結(jié)構(gòu)以浮葉植物占主導(dǎo)，近岸濕地區(qū)水生植物群落組成較為復(fù)雜，在較淺的水域挺水植物占主導(dǎo)，主要為蘆葦、茭白和香蒲，而水稍深的區(qū)域則是以荷花、菱等浮葉植物和穗花狐尾藻、菹草、苦草等沉水植物為主，植物群落多樣性豐富。水源型水庫適當(dāng)種植水生植物對水體凈化有正向效應(yīng)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合原水水質(zhì)、當(dāng)?shù)貎?yōu)勢種等，合理安排種植，以提高凈化能力[18-19]；另一方面，過量種植不僅會(huì)增加投資和維護(hù)成本，還可能會(huì)因?yàn)樗参锼劳龈癄€而對水體造成二次污染。因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的植物種植結(jié)構(gòu)及種植密度。

圖2 水庫內(nèi)外水體營養(yǎng)成分(a～d)、Chl-a濃度(e)及水體SD(f)月度變化趨勢Fig.2 Monthly Variation of Nutrients (a～d), Chl-a Contents (e) and SD Values (f) of Raw Water Inside and Outside Reservoir

2.2 藻類群落組成及生物量分析

2.2.1 藻類生物量及藻密度變化

研究表明，藻類生物量和浮游植物相對豐度比其他生物指標(biāo)更能反映水生態(tài)環(huán)境變化[24]。Chl-a質(zhì)量濃度可以用來表征藻類生物量，藻密度可以直接說明水體中的藻類數(shù)量。論文中藻密度與Chl-a呈現(xiàn)極強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系(r=0.755>0.6)，藻類生物量以藻密度表征。相關(guān)研究[25]表明，優(yōu)勢種出現(xiàn)時(shí)，Chl-a與藻密度有著良好的線性關(guān)系。

水庫內(nèi)外浮游植物豐度存在月度和空間變化(圖3)，庫外及庫內(nèi)浮游植物細(xì)胞總密度分別為1.91×107～8.48×107、4.94×106～1.16×108cell/L，平均浮游植物總藻密度分別為3.13×107、2.32×107cell/L，庫內(nèi)藻密度比庫外降低25.9%。除個(gè)別月份外，庫內(nèi)藻密度均低于庫外，展現(xiàn)出水庫消減藻類數(shù)量，提高水源生態(tài)健康狀況的能力。

圖3 水庫內(nèi)外浮游藻類密度動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Variations of Algae Density Inside and Outside Reservoir

一般認(rèn)為，藻密度異常增加主要?dú)w因于高營養(yǎng)鹽濃度，特別是磷的濃度。水力停留時(shí)間、水體流量等物理因素在藻類時(shí)空動(dòng)態(tài)變化中同樣發(fā)揮著重要的作用[26]。論文中水庫內(nèi)外不同營養(yǎng)鹽濃度和水力停留時(shí)間是造成藻密度差異的主要原因。綜合水質(zhì)因子與藻類變化的相關(guān)性(表3)及水庫內(nèi)外各項(xiàng)指標(biāo)差異性，水庫內(nèi)外SD、TSS、Chl-a和TP等指標(biāo)間均呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)關(guān)系(p<0.01)。SD是最直觀反映水體光學(xué)特征的指標(biāo)，其中，SD與TSS、Chl-a呈極強(qiáng)的負(fù)相關(guān)(r=-0.903>0.6)，說明主要庫區(qū)及庫外水體光學(xué)特征的主要影響因素是TSS和Chl-a，與國內(nèi)外研究一致[27-29]。TSS與TP的強(qiáng)相關(guān)(r=0.764>0.6)說明庫內(nèi)外磷的主要存在形態(tài)為顆粒態(tài)。結(jié)合表2，TSS在水庫內(nèi)外空間差異顯著，表明嵌入式水庫對削減水體TSS、提升水體光學(xué)性質(zhì)有顯著作用。相關(guān)研究表明，藻類生長與水溫和水體光學(xué)特征顯著相關(guān)，與TN及TP的相關(guān)性次之[25]。根據(jù)研究結(jié)果，庫內(nèi)外水溫差異不明顯，因此，SD及TP是造成庫內(nèi)外藻密度差異的重要原因。

表3 營養(yǎng)元素濃度及藻密度Spearman相關(guān)性檢驗(yàn)Tab.3 Spearman Correlation Analysis Results of Nutrients Contents and Algae Density

2.2.2 藻類群落特征及組成

論文共鑒定出浮游藻類125種，隸屬7門62屬。優(yōu)勢種主要是藍(lán)藻門的微囊藻(Microcystis)和魚腥藻(Anabaena)，全年微囊藻屬為優(yōu)勢種。庫內(nèi)外水體不同季節(jié)藻密度組成比例具有明顯差異，藻種類的相對豐度和時(shí)間變化趨勢如圖4所示。研究期間，庫外藍(lán)藻(Cyanobacterial)、綠藻(Chlorophyta)、硅藻(Bacillariophyta)、隱藻(Cryptophyta)、金藻(Chrysophyta)、甲藻(Pyrrophyta)、裸藻(Euglennophyta)生物量所占比的平均值分別為74.06%、12.65%、8.91%、3.38%、0.92%、0.51%、0.29%，庫內(nèi)與之對應(yīng)的組成比例分別為52.37%、23.35%、14.42%、6.27%、1.28%、1.86%、0.45%。全年水庫內(nèi)藍(lán)藻的相對豐度降低，而綠藻、硅藻相對豐度升高。東太湖藻類生長狀態(tài)與環(huán)境因子密切相關(guān)，在季節(jié)上呈現(xiàn)顯著差異。季節(jié)性的主導(dǎo)因子差異可歸納為藻類優(yōu)勢種屬的最優(yōu)生長季節(jié)不同，另外則是由于環(huán)境條件隨季節(jié)變化導(dǎo)致的差異。按季度分析，庫內(nèi)藍(lán)藻的相對豐度呈現(xiàn)冬高春低，與庫外一致。其中，冬季庫內(nèi)藍(lán)藻相對豐度超過90%。2018年12月，藍(lán)藻密度最大，優(yōu)勢度也最明顯，空間差異不明顯。春季是庫內(nèi)外藻類群落構(gòu)成差異最大的季節(jié)，隨著溫度的升高，綠藻、硅藻數(shù)量增加，在2019年5月春末，藍(lán)藻數(shù)量降至最低，綠藻增加迅速，而硅藻密度升高不明顯。夏季隨著水溫的上升、光照的加強(qiáng)以及庫外來水的影響，庫內(nèi)藍(lán)藻的相對豐度有所上升，與庫外變化趨勢相比，呈現(xiàn)緩慢上升的滯后性特征。藍(lán)藻和綠藻存在明顯的種間競爭關(guān)系，水庫內(nèi)夏季綠藻一度成為優(yōu)勢種。9月，庫內(nèi)藍(lán)藻相對豐度再次高于庫外。水庫內(nèi)藍(lán)藻相對豐度低于庫外，而綠藻和硅藻相對豐度較庫外高，表明嵌入式水庫不僅抑制了藻類的生長，還改善了藻類群落結(jié)構(gòu)。

圖4 水庫內(nèi)外各浮游植物種類的相對豐度和季節(jié)趨勢 (a)水庫外部；(b)水庫內(nèi)部Fig.4 Relative Abundance of Each Phytoplankton Class and Seasonal Trends (a) Outside; (b) Inside

太湖浮游植物主要以藍(lán)藻、綠藻、硅藻和隱藻為主，與本研究結(jié)果一致[24,30]。營養(yǎng)鹽的降低是藻密度下降的原因之一，各藻種的相對豐度在一定程度上反映了水體中的營養(yǎng)鹽含量[31]。在本研究中，嵌入式水庫的綜合措施對營養(yǎng)物質(zhì)的去除使藻密度較于庫外降低25%以上。此外，夏季浮游植物生長旺盛，高水溫、營養(yǎng)化水體是藍(lán)藻大量增殖的主要誘因，硅藻和隱藻生長的適宜條件為水溫、營養(yǎng)程度、SD均較低。因此，嵌入式水庫降低藻密度的作用在夏季效果最為明顯，秋冬到春夏有較為明顯的隱藻和硅藻群落向藍(lán)藻群落轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。藍(lán)藻大量繁殖引起的水華是富營養(yǎng)化湖泊常見的生態(tài)災(zāi)害[32]。藍(lán)藻大量繁殖分泌的藻毒素以及分解時(shí)造成的水體缺氧將導(dǎo)致湖泊正常食物網(wǎng)的破壞，威脅飲用水安全[33]。削減水體中的營養(yǎng)鹽濃度是控制藍(lán)藻的重要手段[9]。嵌入式水庫通過強(qiáng)化顆粒物沉降，以及固體懸浮顆粒物攜帶氮、磷沉入水底，削減了水體的營養(yǎng)鹽濃度，從而抑制藍(lán)藻的生長。夏季藍(lán)藻平均相對豐度降低了83.1%，且藍(lán)藻密度與總藻密度相關(guān)性極顯著，表明嵌入式水庫主要通過抑制藍(lán)藻的增殖來削減浮游植物密度。

2.3 水庫內(nèi)外營養(yǎng)狀態(tài)分析

采樣期間，東太湖整體TSI均值為54.61±7.04，處于輕度富營養(yǎng)化到中度富營養(yǎng)化的過渡狀態(tài)。庫內(nèi)外水體富營養(yǎng)化狀況存在明顯的季節(jié)變化、空間差異和規(guī)律(圖5)。季節(jié)上，庫內(nèi)外均呈現(xiàn)春季>夏季>冬季>秋季的變化趨勢；空間上，庫外及庫內(nèi)TSI分別為65.15±2.87及50.25±6.91，庫外為中度富營養(yǎng)狀態(tài)，而庫內(nèi)為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，除12月外，庫內(nèi)水體的營養(yǎng)狀態(tài)均優(yōu)于庫外水體，其中9月效果最明顯，庫內(nèi)比庫外營養(yǎng)狀態(tài)提高2個(gè)等級。

圖5 水庫內(nèi)外水體TSI比較Fig.5 Comparison of TSI Inside and Outside Reservoir

2.4 嵌入式水源水庫面臨的潛在風(fēng)險(xiǎn)

論文整體上闡明了嵌入式水源水庫提升富營養(yǎng)化水體水源水質(zhì)和保障水生態(tài)健康方面的作用，但由于其獨(dú)特的地理位置和形態(tài)特征，仍存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。首先，2018年12月，水庫內(nèi)外藻密度出現(xiàn)了突增的現(xiàn)象，且水庫內(nèi)增加幅度更大，達(dá)到1.16×108cell/L(圖3)，藻種主要以藍(lán)藻和綠藻為主，優(yōu)勢種分別為魚腥藻(Anabaena)和普通小球藻(Chlorellavulgaris)。水體營養(yǎng)鹽濃度從11月開始急速上升，到12月，庫內(nèi)營養(yǎng)鹽濃度高于庫外。2018年11月和12月初，溫度較高，降水量較大，因此，12月庫內(nèi)藻類的暴發(fā)是溫度升高和營養(yǎng)鹽上升共同作用的結(jié)果。而營養(yǎng)鹽的上升很可能是由于水庫內(nèi)有候鳥停留過冬。從11月開始，大量水鳥在水庫內(nèi)活動(dòng)，產(chǎn)生的大量排泄物提高了庫內(nèi)水體的營養(yǎng)鹽濃度，水庫中的小島基本被鳥糞覆蓋(圖6)，與候鳥遷徙對昆明翠湖的水體環(huán)境影響情況相同[34]。藻密度的突增與營養(yǎng)元素的濃度變化表現(xiàn)出一致性，這種變化導(dǎo)致短期內(nèi)的水質(zhì)惡化，但隨著水體交換以及沉降作用，水質(zhì)將得到恢復(fù)[35-37]?？紤]到候鳥遷徙的季節(jié)性，建議當(dāng)?shù)厮Y源保護(hù)部門加強(qiáng)在特殊月份庫心島周圍的水質(zhì)監(jiān)測和管理，做好預(yù)警預(yù)報(bào)工作。

圖6 庫內(nèi)冬季候鳥群(左)和被鳥糞覆蓋的庫心島(中、右)Fig.6 Migratory Bird (Left) and the Island Covered with Bird Dropping (Middle and Right) Inside Reservoir

太湖部分水源地中嗅味問題較為嚴(yán)重，尤其是夏秋季節(jié)，絲狀藍(lán)藻大量繁殖，導(dǎo)致水源地中嗅味物質(zhì)二甲基異莰醇(2-MIB)嚴(yán)重超標(biāo)，且偽魚腥藻(Pseudanabaena)是主要產(chǎn)2-MIB的源[38-39]。嵌入式水庫內(nèi)外主要產(chǎn)嗅藻類包括偽魚腥藻(Pseudanabaena)和顫藻(Oscillatoria)等，產(chǎn)嗅藻類增長會(huì)帶來水體嗅味物質(zhì)增加的風(fēng)險(xiǎn)。對水庫內(nèi)外偽魚腥藻和顫藻等產(chǎn)2-MIB藍(lán)藻進(jìn)行分析，水庫內(nèi)產(chǎn)2-MIB藍(lán)藻密度顯著高于庫外(p<0.05)，尤其是8月—9月，庫內(nèi)產(chǎn)2-MIB藍(lán)藻大量繁殖(圖7)。庫內(nèi)產(chǎn)2-MIB絲狀藍(lán)藻的生長呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性特征，庫內(nèi)產(chǎn)嗅兩藻種密度均明顯高于庫外，表明嵌入式水庫存在滋生產(chǎn)嗅藍(lán)藻，發(fā)生嗅味事件的潛在風(fēng)險(xiǎn)。嵌入式水庫流動(dòng)性較差，其相對靜止水文水動(dòng)力特征適合絲狀藍(lán)藻的生長繁殖，因此，偽魚腥藻等產(chǎn)2-MIB藍(lán)藻庫內(nèi)藻密度相對庫外明顯較高(圖7)。研究表明，偽魚腥藻在密度為5×104cell/L時(shí)即可產(chǎn)生大量2-MIB，引起水源嗅味物質(zhì)超標(biāo)[40]。本研究中產(chǎn)2-MIB藍(lán)藻密度在8月和9月已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于產(chǎn)嗅閾值(圖7)。論文并未監(jiān)測2-MIB濃度情況，但根據(jù)水廠的反饋信息，嵌入式水庫在夏末和初秋提供的原水中確實(shí)存在2-MIB濃度超標(biāo)的情況。因此，未來該水源水庫管理工作的重心不僅需要放在水源品質(zhì)進(jìn)一步提升上，還應(yīng)注重防范季節(jié)性藻類生長，尤其需要防范產(chǎn)嗅藍(lán)藻的生長。為了減少以上潛在的風(fēng)險(xiǎn)，一方面需要建立有效的預(yù)警預(yù)測方法，另一方面需要開發(fā)可靠的原位防控技術(shù)，減少季節(jié)性藻類暴發(fā)和產(chǎn)嗅藍(lán)藻生長的問題。

3 水庫型水源地水質(zhì)提升和藻類暴發(fā)防范分析

東太湖承擔(dān)著供水、防洪等多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。如何提升水源水質(zhì)、減少富營養(yǎng)化對水源的影響是東太湖水務(wù)管理部門面臨的重要民生問題之一。目前，國內(nèi)外對于水庫型水源地的水質(zhì)提升已經(jīng)進(jìn)行了大量實(shí)踐與探索，富營養(yǎng)化及藻類暴發(fā)是水庫型水源面臨的共性問題[41]。國內(nèi)外不同類型水源水庫，根據(jù)自身特點(diǎn)選擇不同的技術(shù)提升水源水質(zhì)，地處熱帶的Americana水庫(巴西)[42]從庫內(nèi)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)入手管理，適當(dāng)捕撈食浮游動(dòng)物的魚類以提高浮游動(dòng)物數(shù)量，控制浮游植物生物量，這一舉措取得了顯著的效果。與此案例類似的德國Wupper水庫[43]，采取控源和食物網(wǎng)管理相結(jié)合的技術(shù)解決富營養(yǎng)化問題，該水庫水體SD提升和總?cè)~綠素濃度下降，營養(yǎng)狀態(tài)得到明顯改善。加拿大Caron湖[44]是人工淺水型湖泊，面積及庫容較小，通過設(shè)置非織造土工布為濾料的浮式過濾裝置提升水質(zhì)由富營養(yǎng)化狀態(tài)改善為中貧營養(yǎng)化狀態(tài)。國內(nèi)在水庫型水源地生態(tài)整治方面，多采用物理化學(xué)方法和生態(tài)修復(fù)方法相結(jié)合的手段。因地制宜地充分利用濕地的自凈功能，有效改善水質(zhì)和保障飲用水源，如楊浦水庫、官廳水庫[45-47]；通過水庫水力調(diào)控、物理攔截等手段，使出水水質(zhì)穩(wěn)定，如青草沙水庫和宿鴨湖水庫[48-49]；通過生物和物理聯(lián)動(dòng)處理，選擇合理魚種進(jìn)行增殖放流，以及水生植物合理收割的生物操縱方法，如金澤水庫和爾王莊水庫[50-51]。本研究中，嵌入式水庫在水源水質(zhì)提升方面取得了較好的效果，但仍有很大的改善空間。例如，可以因地制宜地增設(shè)前置庫人工濕地作為緩沖區(qū)，凈化原水水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)低污染原水溢流入庫。東太湖作為蘇州的重要飲用水源，受到營養(yǎng)鹽和藻密度升高、水體變渾濁等多重因素的影響，加上風(fēng)浪擾動(dòng)引起的底泥再懸浮，水質(zhì)和水生態(tài)狀況日趨嚴(yán)峻。嵌入式水庫不僅強(qiáng)化了東太湖供應(yīng)健康水源的能力，還可通過促進(jìn)固體懸浮顆粒物的沉降、營養(yǎng)鹽吸收以及抗風(fēng)浪擾動(dòng)能力，展現(xiàn)在富營養(yǎng)化水體中提升水源品質(zhì)和保障水源生態(tài)健康的潛力，具備了一定的推廣價(jià)值。

對于嵌入式水源水庫面臨的風(fēng)險(xiǎn)，如冬季候鳥帶來的營養(yǎng)輸入風(fēng)險(xiǎn)和夏季產(chǎn)嗅藍(lán)藻帶來的水體嗅味風(fēng)險(xiǎn)，一方面可以通過借鑒其他水庫成功案列，充分利用和提升水體自我修復(fù)能力，如庫外設(shè)置復(fù)合濕地前置庫、庫內(nèi)采取水生植物培育和魚類種類的食物網(wǎng)調(diào)控等生物操縱方式，進(jìn)一步提升嵌入式水庫應(yīng)對風(fēng)險(xiǎn)的能力；另一方面，源頭削減污染負(fù)荷，控制入庫營養(yǎng)鹽量，是經(jīng)濟(jì)有效地降低水庫營養(yǎng)程度和抑制水華暴發(fā)的有效手段。因此，應(yīng)制定保護(hù)水庫水質(zhì)的長效機(jī)制，建立因地制宜、切實(shí)有效的管理方案，加強(qiáng)常規(guī)水質(zhì)和水生態(tài)監(jiān)測，建立水源地水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的健康綜合評價(jià)體系，強(qiáng)化科技支撐，從管理的角度強(qiáng)化嵌入式水庫應(yīng)對風(fēng)險(xiǎn)的能力。

4 結(jié)論

對東太湖嵌入式水庫內(nèi)外的水質(zhì)以及藻類相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行表征和對比分析，結(jié)果表明：(1)東太湖庫外營養(yǎng)狀態(tài)總體為輕度富營養(yǎng)化階段，庫內(nèi)則處于中營養(yǎng)階段，結(jié)合TSI分析，嵌入式水庫可以顯著削減水中顆粒物濃度，提升水體SD，且可以有效降低水體營養(yǎng)鹽；(2)嵌入式水庫能夠有效降低藻密度及藻類生物量，尤其是降低藍(lán)藻的藻密度和相對豐度，優(yōu)化藻類種群結(jié)構(gòu)；(3)水質(zhì)及藻類群落綜合分析表明，嵌入式水庫在水源品質(zhì)提升和水生態(tài)健康保障方面有著積極正面的作用。然而，冬季大量遷徙候鳥帶來的營養(yǎng)物質(zhì)可能成為潛在的風(fēng)險(xiǎn)源，其對嵌入式水源水庫的影響有待進(jìn)一步研究。此外，庫內(nèi)產(chǎn)嗅絲狀藍(lán)藻(偽魚腥藻及顫藻)濃度較庫外季節(jié)性升高，導(dǎo)致水源嗅味物質(zhì)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)增加。建議，在發(fā)揮嵌入式水庫提升水源水質(zhì)及保護(hù)水生態(tài)健康的同時(shí)，進(jìn)一步采取措施(如充分利用生態(tài)濕地的凈化效果和增加水體流動(dòng)性等)，加強(qiáng)水源地風(fēng)險(xiǎn)管理，重點(diǎn)防控和消除潛在的風(fēng)險(xiǎn)。本研究對湖泊嵌入式水源水庫、河邊灘水源水庫水質(zhì)和水生態(tài)安全保障具有參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。