任慶蓮，徐 超*，鄭瑞文，周文雅，劉 羽

(1.濟(jì)南市清源水務(wù)集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250010；2.山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，山東濟(jì)南 250010)

南水北調(diào)工程是優(yōu)化水資源配置，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施[1]。目前山東省內(nèi)有南四湖、東平湖、玉清湖水庫(kù)、米山水庫(kù)等多個(gè)南水北調(diào)東線工程沿線湖庫(kù)，其交叉或者混合調(diào)蓄多種水源(本流域水、黃河水、長(zhǎng)江水、本省外流域水等)，易引發(fā)對(duì)水質(zhì)的影響及相應(yīng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。由于黃河水源中總氮、總磷等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度偏高[2]，有利于浮游植物生長(zhǎng)，易引發(fā)水庫(kù)水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致藍(lán)藻水華暴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)升高[3-4]，且南水北調(diào)東線工程水體浮游植物群落豐富[5]，其混合調(diào)蓄多種水源后藍(lán)藻水華暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)成為影響飲用水供水安全的風(fēng)險(xiǎn)之一[6-7]。

玉清湖水庫(kù)是國(guó)家飲用水水源一級(jí)保護(hù)區(qū)，其同時(shí)調(diào)蓄黃河水和南水北調(diào)東線長(zhǎng)江水，庫(kù)容為4.85×107m3，日供水量約4×105m3，占濟(jì)南市供水總量的40%以上，對(duì)濟(jì)南市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和地下水補(bǔ)源具有重要貢獻(xiàn)。前期研究主要集中在水庫(kù)或湖泊調(diào)蓄單一水源或兩種水源后浮游植物群落結(jié)構(gòu)和水質(zhì)的變化特征[8-9]、在南水北調(diào)長(zhǎng)距離輸水渠道內(nèi)水質(zhì)的時(shí)空演變規(guī)律[10]以及在自來水廠和供水管道內(nèi)水質(zhì)的變化及處理工藝優(yōu)化[11]等方面。關(guān)于水庫(kù)對(duì)多種水源交叉或者混合調(diào)蓄引發(fā)的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)以及防范技術(shù)工程的應(yīng)用成效方面的研究較少，現(xiàn)有的藍(lán)藻水華防控技術(shù)主要有生態(tài)修復(fù)法[12]、營(yíng)養(yǎng)鹽控制法[13]、生物操縱法[14]、應(yīng)急處置[15]等。2016—2017 年夏季和秋季，在日常監(jiān)測(cè)和巡查中發(fā)現(xiàn)，玉清湖水庫(kù)岸邊和庫(kù)角周期性發(fā)生以微囊藻為優(yōu)勢(shì)種群的藍(lán)藻聚集現(xiàn)象，岸邊可見綠色薄層。針對(duì)這一風(fēng)險(xiǎn)，2017 年5 月在庫(kù)區(qū)投放濾食性鰱魚(Hypophthalmichthys molitrix)和鳙魚(Aristichthys nobilis)為主的混合魚苗，對(duì)玉清湖水庫(kù)進(jìn)行非經(jīng)典生物操縱，同時(shí)采用水位調(diào)控、前置庫(kù)自然濕地修復(fù)、引水稀釋、物理阻隔、應(yīng)急處置等措施進(jìn)行生態(tài)治理。

2017—2021年，連續(xù)5 a追蹤玉清湖水庫(kù)生態(tài)治理措施實(shí)施過程中浮游植物群落結(jié)構(gòu)以及相關(guān)環(huán)境因子的變化，并總結(jié)了幾種藍(lán)藻水華風(fēng)險(xiǎn)防范措施的應(yīng)用成效，以期為類似多水源水庫(kù)的水質(zhì)改善和藍(lán)藻水華風(fēng)險(xiǎn)防范提供實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 生態(tài)治理措施

1.1.1 水位調(diào)控和自然濕地修復(fù)

前置庫(kù)占地面積約132 hm2，前段設(shè)置沉沙池，容積約2.5×104m3，中段為自然濕地。自然濕地修復(fù)以改善植物生境為主，2017 年6 月至2021年12 月，通過控制引黃閘水泵開機(jī)數(shù)量，分別以25×104m3/d、50×104m3/d 和75×104m3/d 的流量引水，每個(gè)水位調(diào)控周期為30 d，濕地水位控制在0.5～1.5 m，以人工修復(fù)為輔。2018年開始，每年4—6月通過清淤、深度翻耕等方式，分區(qū)交替種植香蒲(Typha orientalis)、蘆葦(Phragmites australis)等本土物種，植被覆蓋面積由2017年的32.7 hm2增加到2021年的51.2 hm2。黃河水從北店子引黃閘(采樣點(diǎn)1)引入沉沙池，自然沉降后進(jìn)入自然濕地，經(jīng)濕地凈化后通過泵站(采樣點(diǎn)2)引入主體湖庫(kù)(圖1和圖2)。

1.1.2 引水稀釋

第二水源長(zhǎng)江水總氮濃度較黃河水低，2017—2021 年南水北調(diào)玉清湖南泵站(采樣點(diǎn)3)長(zhǎng)江水總氮質(zhì)量濃度平均值為(1.25±1.12)mg/L，北店子引黃閘(采樣點(diǎn)1)黃河水總氮質(zhì)量濃度平均值為(4.02±0.95)mg/L。通過南水北調(diào)玉清湖南泵站(采樣點(diǎn)3)調(diào)蓄長(zhǎng)江水，直接引入主體湖庫(kù)進(jìn)行引水稀釋，治理期間年引水量為2.2×107～5.56×107m3，長(zhǎng)江水引水量占比由2017年的10%增加到2021年的25.4%。

1.1.3 物理阻隔

采用多級(jí)分段防控措施，在南水北調(diào)工程玉清湖南泵站(采樣點(diǎn)3)取水口外圍水面鋪設(shè)軟圍隔，取水口設(shè)置金屬格柵，泵站前池設(shè)置濾網(wǎng)，阻隔攔截漂浮植物和部分浮游植物。

1.1.4 非經(jīng)典生物操縱法

2017年5月7日、14日和21日，分別在玉清湖水庫(kù)泵站(采樣點(diǎn)2)和湖心亭(采樣點(diǎn)5)位置共投放約1×105kg濾食性魚類魚苗，個(gè)體重量約為100 g，鳙魚、鰱魚和白鯽魚(Carassius auratus cuvieri)的投放比例約為4∶3∶3，魚苗投放密度約為4 g/m3，因環(huán)境因素和投放條件影響，投放初期有少量 死 亡。2021 年10 月，投 放1×104kg 草 魚(Ctenopharyngodon idella)。

1.1.5 生態(tài)浮床

2018 年4 月，在主體湖庫(kù)內(nèi)湖心亭(采樣點(diǎn)5)東側(cè)增加生態(tài)浮床，面積約1×103m2，利用矩陣式土工格柵和浮球，構(gòu)建柔性浮床，植被選擇蘆葦和香蒲。

1.1.6 人工和機(jī)械撈藻

2017 年10 月，購(gòu)置撈藻船和電動(dòng)皮劃艇，采用人工和機(jī)械打撈措施預(yù)防沉水植物和浮游植物過度增殖(見圖2)，減少次生災(zāi)害。

1.2 點(diǎn)位布設(shè)和樣品采集

在前置庫(kù)進(jìn)水口和出水口布設(shè)2個(gè)采樣點(diǎn)(采樣點(diǎn)1和采樣點(diǎn)2)，在玉清湖南泵站布設(shè)1個(gè)采樣點(diǎn)(采樣點(diǎn)3)，在主庫(kù)區(qū)內(nèi)布設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)(采樣點(diǎn)4、采樣點(diǎn)5 和采樣點(diǎn)6)(見圖1)。每月1 日采樣1次，進(jìn)行總氮濃度、總磷濃度、透明度、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a 濃度等指標(biāo)的測(cè)定和浮游植物計(jì)數(shù)，每年3月、6月、9月和11月按季度進(jìn)行浮游植物群落結(jié)構(gòu)鑒定、沉水植物觀測(cè)和植被覆蓋面積觀測(cè)。

利用1 L有機(jī)玻璃采水器，在水深0.5 m處，采集1 L 浮游植物樣品和2.5 L 水樣品，每份浮游植物樣品加入10 mL 魯哥氏碘液，每個(gè)采樣點(diǎn)重復(fù)采樣2次。

利用25 號(hào)浮游生物網(wǎng)，采集浮游植物定性樣品。在水面表層至0.5 m 深處，以約25 cm/s 的速度做“∞”形往復(fù)，緩慢拖動(dòng)約3 min，提出水面，待底部剩余水樣約10 mL 時(shí)，收集至50 mL 廣口聚乙烯瓶中。每個(gè)采樣點(diǎn)重復(fù)采樣2次，混合為1個(gè)樣品，立即加入0.2 mL 魯哥氏碘液。將樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

1.3 樣品測(cè)試

在筒型分液漏斗中靜置48 h 后，將每份浮游植物樣品濃縮至50 mL，然后采用0.1 mL計(jì)數(shù)框-顯微鏡計(jì)數(shù)法，利用OLYMPUS BX-51 光學(xué)顯微鏡，在10×40倍數(shù)下，進(jìn)行浮游植物的計(jì)數(shù)與分類鑒定。浮游植物鑒定參考《中國(guó)常見淡水浮游藻類圖譜》[16]以及《中國(guó)淡水藻類：系統(tǒng)、分類及生態(tài)》[17]。浮游植物的計(jì)數(shù)和分類鑒定、高錳酸鹽指數(shù)、透明度、葉綠素a濃度、總磷和總氮濃度等相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法：第四版》[18]。沉水植物觀測(cè)參照《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則：水生維管植物》[19]。采用照相法和目測(cè)法相結(jié)合的方式，觀測(cè)水生植被覆蓋面積，首先利用無人機(jī)攜帶高像素相機(jī)獲取植被覆蓋的數(shù)碼照片，每季度重復(fù)拍攝2次，然后通過Quantum GIS軟件估算植被覆蓋面積，對(duì)相機(jī)不易識(shí)別的區(qū)域，采用目測(cè)法估算植被覆蓋面積。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用浮游植物密度、物種數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y)[20]、物種多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener index)、物種豐富度指數(shù)(Margalef's index)和物種均勻度指數(shù)(Pielou index)[21]，分析主庫(kù)區(qū)浮游植物群落特征。利用SPSS 22.0軟件和Origin 2021軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。采用Pearson相關(guān)分析方法，進(jìn)行趨勢(shì)分析和相關(guān)性分析。利用Quantum GIS 2022軟件，繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)治理過程中玉清湖水庫(kù)水質(zhì)變化

2021 年前置庫(kù)進(jìn)水口(采樣點(diǎn)1)和出水口(采樣點(diǎn)2)水體總氮質(zhì)量濃度分別為(3.52±0.65)mg/L和(2.22±1.25)mg/L，總磷質(zhì)量濃度分別為(0.044±0.09) mg/L 和(0.026±0.013) mg/L，前置庫(kù)對(duì)水體氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的消減超過35%。2017—2021年，南水北調(diào)玉清湖南泵站(采樣點(diǎn)3)長(zhǎng)江水總氮質(zhì)量濃度平均值為(1.25±1.12)mg/L，北店子引黃閘(采樣點(diǎn)1)黃河水總氮質(zhì)量濃度平均值為(4.02±0.95)mg/L。利用長(zhǎng)江水總氮濃度較黃河水低的特點(diǎn)來稀釋主庫(kù)區(qū)水體總氮濃度具有一定的可行性。

主庫(kù)區(qū)水體總氮質(zhì)量濃度平均值從2017年的(2.96±1.01)mg/L降低至2021年的(2.00±0.62)mg/L，總氮濃度極顯著降低(圖3a，p＜0.01)。水體總磷質(zhì)量濃度平均值由2017 年的(0.027±0.008) mg/L逐年降低至2021年的(0.017±0.009)mg/L，2019年后總磷質(zhì)量濃度平均值降低至(0.02±0.014)mg/L以下，總磷濃度顯著降低(圖3b，p＜0.05)。采樣點(diǎn)4和采樣點(diǎn)5水體總氮、總磷濃度低于采樣點(diǎn)6(圖3a 和圖3b)。玉清湖水庫(kù)水體氮磷比大于100，表現(xiàn)為磷限制，即磷可能是限制浮游植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因子之一。

圖3 玉清湖水庫(kù)水質(zhì)指標(biāo)的時(shí)空變化Fig.3 Spatiotemporal variation of water quality index in the Yuqinghu Reservoir

經(jīng)過生態(tài)治理后，主庫(kù)區(qū)水體透明度極顯著升高(圖3c，p＜0.01)。2017 年水體透明度平均值為(75±40) cm，2018 年升高至(157±176) cm，2019年顯著升高至(312±137) cm，2020 年升高至近年最高，為(333±118) cm。2021 年水體透明度略有降低，平均值保持在(250±94)cm。采樣點(diǎn)4 水體透明度總體上高于采樣點(diǎn)5和采樣點(diǎn)6(圖3c)。

主庫(kù)區(qū)高錳酸鹽指數(shù)的平均值從2017 年的(2.44±0.74)mg/L降至2021年的(2.36±0.57)mg/L，2019 年增加至(2.73±0.52)mg/L?？傮w來看，高錳酸鹽指數(shù)的年際變化并不顯著(圖3d，p＞0.05)。

生態(tài)治理后，主庫(kù)區(qū)不同采樣點(diǎn)水體葉綠素a 濃度極顯著降低(圖3e，p＜0.01)，葉綠素a 質(zhì)量濃度平均值從2017 年的(11.5±6.6) μg/L 降低至2021 年的(2.76±3.58) μg/L。浮游植物密度從2017 年的(868±625)×104cells/L 降低至2021 年的(564±300)×104cells/L，2019年浮游植物密度最低，為(447±363)×104cells/L，在2019—2021 年期間游植物密度變化不顯著(圖3f，p＞0.05)。總體來看，采樣點(diǎn)4 的葉綠素a 濃度和浮游植物密度低于采樣點(diǎn)5和采樣點(diǎn)6(圖3e和圖3f)。

2.2 浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化

2.2.1 種類組成與優(yōu)勢(shì)種

在2017—2021 年調(diào)查期間，玉清湖水庫(kù)主庫(kù)區(qū)3 個(gè)采樣點(diǎn)共鑒定出浮游植物7 門60 屬81 種(包括變種)，其中隱藻門、金藻門、裸藻門、甲藻門、藍(lán)藻門、硅藻門和綠藻門物種數(shù)分別為1種、2種、2 種、3 種、18 種、17 種和37 種。2017 年鑒定出浮游植物物種數(shù)最少，為7 門33 屬45 種；2021 年鑒定出物種數(shù)最多，為7門42屬59種(表1)。生態(tài)治理后玉清湖水庫(kù)浮游植物種數(shù)顯著增加，浮游植物群落結(jié)構(gòu)以綠藻門、藍(lán)藻門和硅藻門為主。

表1 2017—2021年玉清湖水庫(kù)不同門類浮游植物屬和物種的數(shù)量Table 1 The number of phytoplankton genera and species of different phyla in the Yuqinghu Reservoir from 2017 to 2021

當(dāng)浮游植物群落的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Y≥0.02 時(shí)，該物種為優(yōu)勢(shì)物種[22]。2017年主要優(yōu)勢(shì)物種為藍(lán)藻門的微囊藻(Y=0.219)、硅藻門的尖針桿藻(Y=0.141)、鈍脆桿藻(Y=0.078)等9 種；2021 年主要優(yōu)勢(shì)物種為藍(lán)藻門的微囊藻(Y=0.072)、硅藻門的尖針桿藻(Y=0.105)、綠藻門的四尾柵藻(Y=0.063)等14 種(表2)。生態(tài)治理后優(yōu)勢(shì)物種數(shù)量顯著增加，各物種優(yōu)勢(shì)度分布更均勻，主要控制目標(biāo)微囊藻的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)從2017 年的0.219 降至2021年的0.072。

2.2.2 多樣性指數(shù)變化

2017—2021年，玉清湖水庫(kù)浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)都隨時(shí)間顯著升高(p＜0.05)，其中Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)從2.86±0.29 升高至3.34±0.46(p＜0.05)，Margalef 豐富度指數(shù)從2.75±0.02升高至3.80±0.12(p＜0.05)，Pielou均勻度指數(shù)從0.75±0.01升高至0.81±0.02(表3，p＜0.05)。

2.3 沉水植物群落結(jié)構(gòu)變化

2017—2021 年，對(duì)玉清湖水庫(kù)主庫(kù)區(qū)沉水植物的觀測(cè)結(jié)果表明，實(shí)施綜合生態(tài)治理后，沉水植物的覆蓋度和物種數(shù)量顯著增加，沉水植物覆蓋度由2017年的16%上升至2021年的33%，優(yōu)勢(shì)物種數(shù)量從2017 年的4 種上升至2021 年的6 種。實(shí)施綜合生態(tài)治理后，玉清湖水庫(kù)形成了以黑藻(Hydrilla verticillata)、金 魚 藻(Ceratophyllum demersum)、微齒眼子菜(Potamogeton maackianus)、大茨藻(Najas marina)、穗狀狐尾藻(Myriophyllum spicatum)和菹草(Potamogeton crispus)為主要優(yōu)勢(shì)物種的沉水植物群落，浮游植物密度和葉綠素a濃度降低(見圖3e 和圖3f)，水庫(kù)水生態(tài)系統(tǒng)由藻類渾濁態(tài)向草型清水態(tài)演替。

2.4 玉清湖水庫(kù)水質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系

經(jīng)過水位調(diào)控和自然濕地修復(fù)后，前置庫(kù)植被覆蓋面積由2017年的32.7 hm2增加到2021年的51.2 hm2。為判斷前置庫(kù)濕地修復(fù)措施的脫氮除磷效果，將前置庫(kù)出水口(采樣點(diǎn)2)每季度的總氮、總磷濃度平均值與前置庫(kù)植被覆蓋面積進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。結(jié)果表明，前置庫(kù)出水口每季度的總氮、總磷濃度平均值與前置庫(kù)植被覆蓋面積顯著負(fù)相關(guān)(圖4，p＜0.01或p＜0.05)。

圖4 前置庫(kù)植被覆蓋面積與出水口水體總氮、總磷濃度間的相關(guān)關(guān)系圖Fig.4 The correlation diagram between vegetation cover area of the pre-reservoir and concentrations of total nitrogen or total phosphorus in the water outlet

長(zhǎng)江水引水量占比由2017 年的10%增加到2021 年的25.4%，利用長(zhǎng)江水總氮濃度較黃河水低的特點(diǎn)，稀釋主庫(kù)區(qū)水體總氮濃度。為判斷引水稀釋的效果，將每季度主庫(kù)區(qū)出水口(采樣點(diǎn)4)的水體總氮、總磷濃度平均值與長(zhǎng)江水引水量進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。結(jié)果表明，主庫(kù)區(qū)出水口每季度的水體總氮濃度平均值與長(zhǎng)江水引水量顯著負(fù)相關(guān)(圖5，R=-0.777，p＜0.01)，每季度總磷濃度平均值與長(zhǎng)江水引水量相關(guān)性不顯著(R=-0.129，p＞0.05)。

圖5 每季度引自長(zhǎng)江的水量與玉清湖主庫(kù)區(qū)水體總氮、總磷濃度間的相關(guān)關(guān)系圖Fig.5 The correlation diagram between quarterly diverted water volume from the Yangtze River and concentrations of total nitrogen or total phosphorus in the main area of the Yuqinghu Reservoir

相關(guān)分析表明，玉清湖水庫(kù)水體總氮濃度、總磷濃度分別與葉綠素a 濃度、浮游植物密度和微囊藻優(yōu)勢(shì)度指數(shù)顯著正相關(guān)(p＜0.05)，透明度與總氮濃度、總磷濃度、葉綠素a 濃度、浮游植物密度和微囊藻優(yōu)勢(shì)度指數(shù)都顯著負(fù)相關(guān)(p＜0.05或p＜0.01)，葉綠素a 濃度、藻類總數(shù)與微囊藻優(yōu)勢(shì)度指數(shù)極顯著正相關(guān)(p＜0.01)(圖6)。

圖6 玉清湖水庫(kù)水質(zhì)指標(biāo)的Pearson相關(guān)性熱力圖Fig.6 Pearson correlation thermal map of water quality indexes in the Yuqinghu Reservoir

3 討 論

3.1 幾種藍(lán)藻水華風(fēng)險(xiǎn)防范措施對(duì)玉清湖水庫(kù)水質(zhì)的影響

針對(duì)多水源水庫(kù)——玉清湖水庫(kù)藍(lán)藻水華風(fēng)險(xiǎn)，采取了水位調(diào)控、自然濕地修復(fù)、非經(jīng)典生物操縱等7 項(xiàng)防控措施，自2017 年至2021 年已連續(xù)運(yùn)行5 a。

水位變化是影響水生植被生長(zhǎng)的主控環(huán)境因子[23]，通過水位調(diào)節(jié)與自然濕地修復(fù)措施，前置庫(kù)內(nèi)的濕地、淺灘、條渠、深塘反復(fù)被浸沒，水生植被生境改善，植被覆蓋面積由2017 年的32.7 hm2增加到2021年的51.2 hm2。

2021年前置庫(kù)進(jìn)水口和出水口總氮質(zhì)量濃度分別為(3.52±0.65)mg/L 和(2.22±1.25)mg/L，總磷質(zhì)量濃度分別為(0.044±0.09) mg/L 和(0.026±0.013)mg/L，前置庫(kù)對(duì)水體氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的消減均超過35%。本研究發(fā)現(xiàn)，前置庫(kù)出水口每季度的總氮、總磷濃度平均值與前置庫(kù)植被覆蓋面積顯著負(fù)相關(guān)(見圖5，p＜0.05)，其他相關(guān)研究[24]也發(fā)現(xiàn)，水生植物構(gòu)建對(duì)水體總氮、總磷有消減作用。后期改善措施主要與供水生產(chǎn)相結(jié)合，同時(shí)在自然濕地通過深度翻耕、分區(qū)拓植新本土水生植物，從而增加脫氮除磷效率。生態(tài)浮床對(duì)浮床周邊水體氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的消減作用明顯，但是浮床植被難以過冬，且作用區(qū)域有限[25]，后期將重點(diǎn)調(diào)整至庫(kù)角和進(jìn)、出水口區(qū)域。

研究認(rèn)為，浮游植物密度降低，水體透明度升高，沉水植物群落恢復(fù)是水生態(tài)系統(tǒng)由藻類渾濁態(tài)向草型清水態(tài)演替的特征[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，非經(jīng)典生物操縱措施實(shí)施后，通過鰱、鳙等魚類直接濾食藍(lán)藻，主庫(kù)區(qū)浮游植物密度由2017 年(564±300)×104cells/L 升高至2021 年的(868±625)×104cells/L(見圖3f)，葉綠素a 質(zhì)量濃度則由2017 年的(11.5±6.6)μg/L 降低至2021 年的(2.76±3.58) μg/L(見圖3e)，浮游植物群落結(jié)構(gòu)更為優(yōu)化(見表3)，沉水植物群落恢復(fù)，水體透明度升高(見圖3c)，水生態(tài)系統(tǒng)由藻類渾濁態(tài)向草型清水態(tài)演替。相關(guān)研究同樣發(fā)現(xiàn)，在沉水植物的基礎(chǔ)上構(gòu)建復(fù)合生物鏈可以使水體透明度明顯增加，同時(shí)降低了水體葉綠素a濃度[27]?？梢姡墙?jīng)典生物操縱對(duì)藍(lán)藻水華風(fēng)險(xiǎn)具有一定的防范作用。

通過引水稀釋與南水北調(diào)東線供水任務(wù)相結(jié)合的措施，在浮游植物密度較低的冬季，增加長(zhǎng)江水引水量，長(zhǎng)江水引水量占比由2017 年的10%增加到2021 年的25.4%，利用長(zhǎng)江水總氮濃度較黃河水低的特點(diǎn)，稀釋主庫(kù)區(qū)水體總氮濃度。本研究發(fā)現(xiàn)，主庫(kù)區(qū)出水口(采樣點(diǎn)4)每季度水體總氮濃度平均值與長(zhǎng)江水引水量顯著負(fù)相關(guān)(見圖6，p＜0.01)。引水稀釋在一定程度上降低了主庫(kù)區(qū)水體總氮濃度，2017—2021 年通過引水稀釋持續(xù)調(diào)蓄長(zhǎng)江水可能是玉清湖水庫(kù)物種數(shù)和多樣性指數(shù)升高的原因之一。其他學(xué)者的研究同樣發(fā)現(xiàn)，南水北調(diào)東線工程輸水沿線東平湖浮游植物的物種數(shù)和多樣性水平升高[28]。因此，后期將在玉清湖水庫(kù)繼續(xù)增加長(zhǎng)江水生態(tài)補(bǔ)水量。

3.2 幾種藍(lán)藻水華風(fēng)險(xiǎn)防范措施應(yīng)用對(duì)藍(lán)藻優(yōu)勢(shì)種微囊藻水華的防控效果

對(duì)玉清湖水庫(kù)微囊藻水華的防控主要是通過水位調(diào)控、自然濕地修復(fù)、引水稀釋、生態(tài)浮床等措施消減水體氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽水平，同時(shí)通過非經(jīng)典生物操縱直接濾食藍(lán)藻，并增加應(yīng)急防控輔助措施。有研究表明，當(dāng)水體總磷質(zhì)量濃度達(dá)到0.02 mg/L、總氮質(zhì)量濃度達(dá)到0.5 mg/L 時(shí)，是水華暴發(fā)的臨界值，控制氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度可以降低藍(lán)藻水華暴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)[29-30]。本研究發(fā)現(xiàn)，玉清湖水庫(kù)水體氮磷質(zhì)量比大于100，為磷限制水體。其他相關(guān)研究同樣認(rèn)為，玉清湖水庫(kù)水體為磷限制水體，即磷是限制浮游植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因子之一[31]。經(jīng)過治理，2019 年以后，水體總磷質(zhì)量濃度降低至(0.02±0.014)mg/L 以下。本研究還發(fā)現(xiàn)，玉清湖水庫(kù)水體總氮、總磷濃度與葉綠素a濃度、藻類總數(shù)和微囊藻優(yōu)勢(shì)度指數(shù)顯著正相關(guān)(見圖4，p＜0.05)，可見，通過生態(tài)治理措施消減水體氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽水平對(duì)玉清湖水庫(kù)微囊藻水華防控具有一定的積極作用。

目前，在很多湖庫(kù)已經(jīng)開展了“以魚控藻”的相關(guān)研究[32-33]，結(jié)果表明非經(jīng)典的生物操縱可以在一定程度上抑制藍(lán)藻等單一水華優(yōu)勢(shì)藻類的過度增殖。2017 年，在玉清湖水庫(kù)實(shí)施以鰱魚和鳙魚為主的非經(jīng)典生物操縱過程中，并增加了白鯽魚，后期針對(duì)出水口沉水植物過度增殖的問題，在2021年又投放了1×104kg草魚。通過嘗試多種魚類操縱，治理后未再發(fā)生藍(lán)藻水華，浮游植物物種數(shù)量和豐富度增加(見表1、表2 和表3)，沉水植物群落恢復(fù)，微囊藻優(yōu)勢(shì)度指數(shù)顯著降低(見表2，p＜0.05)。本研究發(fā)現(xiàn)，葉綠素a 濃度和浮游植物密度都與微囊藻優(yōu)勢(shì)度指數(shù)顯著正相關(guān)(見圖4，p＜0.01)，這說明在富營(yíng)養(yǎng)化得到一定控制的前提下，通過濾食性魚類直接濾食藍(lán)藻從而降低葉綠素a濃度和浮游植物密度，對(duì)于微囊藻水華的防控具有一定作用。

作為應(yīng)急處置措施，物理阻隔措施的主要作用是攔截外來漂浮植物的入侵。有研究發(fā)現(xiàn)，攔截圍隔措施在水華暴發(fā)期間可以攔截50%以上的藍(lán)藻水華[34]。人工和機(jī)械撈藻多應(yīng)用于大型沉水植物的處理，后期在玉清湖水庫(kù)將增強(qiáng)對(duì)微型藻類的應(yīng)急處置能力。

4 結(jié) 論

經(jīng)過生態(tài)治理后，在2017—2021 年期間玉清湖水庫(kù)未再發(fā)生藍(lán)藻水華，主要控制目標(biāo)物種微囊藻的優(yōu)勢(shì)度從2017 年的0.219 降低至2021 年的0.072，水體透明度升高，總氮濃度、葉綠素a 濃度、高錳酸鹽指數(shù)、總磷濃度、浮游植物密度等都降低，說明通過實(shí)施水位調(diào)控、自然濕地修復(fù)、非經(jīng)典生物操縱、引水稀釋等措施可以在一定程度上降低藍(lán)藻等水華優(yōu)勢(shì)物種的過度增殖。

生態(tài)治理后，浮游植物群落有序生長(zhǎng)，沉水植物群落恢復(fù)，浮游植物多樣性指數(shù)顯著提升。治理效果具有可持續(xù)性，可以預(yù)防多水源水庫(kù)水體生態(tài)突變，在一定程度上降低多種水源混合調(diào)蓄帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。