焉鴻啟，趙　文，郭　凱，李文寬，徐　鋒，蔡志龍

（1.沈陽市水產科學研究所，遼寧沈陽110034；2.大連海洋大學遼寧省水生生物學重點實驗室，遼寧大連116023；3.遼寧省淡水水產科學研究院，遼寧遼陽111000）

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遼寧省6座水源水庫富營養(yǎng)化狀況的分析與評價

焉鴻啟1，趙文2，郭凱2，李文寬3，徐鋒2，蔡志龍2

（1.沈陽市水產科學研究所，遼寧沈陽110034；2.大連海洋大學遼寧省水生生物學重點實驗室，遼寧大連116023；3.遼寧省淡水水產科學研究院，遼寧遼陽111000）

摘要：為了解遼寧省主要水源水庫的富營養(yǎng)化狀況，利用相關加權綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI（∑）等方法，研究了遼寧省大伙房水庫、湯河水庫、碧流河水庫、柴河水庫、觀音閣水庫和桓仁水庫6座水源水庫在2008—2009年期間水體的富營養(yǎng)化狀況。結果表明：除碧流河水庫外，其他5座水庫均達到富營養(yǎng)化狀態(tài)；按聚類分析，6座水庫共分為3類，碧流河水庫單獨為一類，水質最好，柴河水庫單獨為一類，富營養(yǎng)化水平較高，水質較差，其余水庫為一類，水質狀況相對較好；主成分分析顯示，對水體富營養(yǎng)化影響較大的水化學因子是氨態(tài)氮、硝酸氮、總磷。根據(jù)對遼寧省水源水庫水質狀況的調研結果，作者提出了對遼寧省水源水庫水環(huán)境有效保護和治理的建議：（1）成立水源地保護組織，對水源水庫進行綜合治理；（2）禁止網箱養(yǎng)魚，大力發(fā)展保水漁業(yè)；（3）規(guī)范水利工程，投入人力和物力對水源水庫加強生物和化學監(jiān)測，對潛在的生態(tài)風險及時預警或預報；（4）對已發(fā)生嚴重富營養(yǎng)化的水庫應考慮采取生態(tài)學手段進行生態(tài)修復。

關鍵詞：水源水庫；富營養(yǎng)化；相關加權綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI（∑）；水質評價

水源水庫的主要功能是供水，此外還兼有防洪、灌溉、發(fā)電等功能。隨著中國經濟建設的飛速發(fā)展，水源水庫水質安全與水庫漁業(yè)生產問題日益突出，其中水源水庫富營養(yǎng)化的評價和防治備受關注［1-3］。對水體營養(yǎng)狀況的評價就是對水體水質情況進行定量的描述，它能更加直觀地反映出水體的污染狀況，因此，對水體營養(yǎng)的評價和分類成為水生態(tài)系統(tǒng)研究的主要內容，同時也為水體富營養(yǎng)化的治理提供了基礎資料和數(shù)據(jù)。

目前，關于中國水庫富營養(yǎng)化分析與評價已有較多研究［3］，大伙房水庫、湯河水庫、碧流河水庫、柴河水庫、觀音閣水庫和桓仁水庫是遼寧省的主要水源水庫，對這些水庫的研究主要集中在水庫水質、生物多樣性和漁業(yè)利用等方面［4-10］，而對其富營養(yǎng)化綜合比較評價的報道較少［11-13］。本研究中，選取這6座主要水源水庫作為調查對象，對其營養(yǎng)狀況進行了綜合比較評價，旨在為遼寧省水源水庫水環(huán)境的有效保護和治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 調查范圍及采樣點位置

于2008—2009年對遼寧省內6座水源水庫（大伙房水庫、湯河水庫、碧流河水庫、柴河水庫、觀音閣水庫和桓仁水庫）進行了調查，其中碧流河水庫每月重復采集樣品一次，其他水庫分季度重復采集樣品。在各水庫的上、中、下游設置采樣點，進行同步采集，根據(jù)各采樣點的水體深度進行分層采樣，一般上游采集混合樣，中游采集表層和底層樣品，下游采集表層、中層和底層樣品。各水庫采樣點的具體位置見圖1。

1.2 調查內容及測定方法

水質監(jiān)測內容包括溶解氧（DO）、總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（-N）、亞硝酸氮（-N）、硝酸氮（-N）、活性磷（-N）、化學耗氧量（COD）、葉綠素a（Chl-a）等指標，具體測定方法按照 《化學實驗》［14］中的方法進行。

注：A、B、C、D、E、F為采樣點編號Note：A，B，C，D，E，and F show the sampling sits圖1　遼寧省主要水源水庫采樣點設置Fig.1 Samp ling positions of primary domestic water supp ly reservoirs in Liaoning Province

1.3 分析及評價方法

采用相關加權綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI（∑）作為評價水庫營養(yǎng)水平的方法［11］，其計算公式為

其中：TLI（∑）為加權綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j項水質參數(shù)的權重值；TLI（j）為第j項水質參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

使用SPSS 18.0軟件進行聚類分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 水體主要理化指標

6座水源水庫的主要水質指標的年平均值見表1。從表1可見：各水庫中 Chl-a含量變化為4.75～25.95μg/L，最高值出現(xiàn)在柴河水庫，最低值出現(xiàn)在碧流河水庫；TP含量變化為0.02～0.69 mg/L，最高值出現(xiàn)在觀音閣水庫，最低值出現(xiàn)在碧流河水庫；TN含量變化為1.46～2.17 mg/L，最高值出現(xiàn)在碧流河水庫，最低值出現(xiàn)在桓仁水庫；COD含量變化為2.65～11.24 mg/L，最高值出現(xiàn)在觀音閣水庫，最低值出現(xiàn)在碧流河水庫；透明度 （SD）變化為1.00～2.59 m，最高值出現(xiàn)在觀音閣水庫，最低值出現(xiàn)在柴河水庫。按照中國水庫富營養(yǎng)化評分與分級標準［12］，碧流河水庫和桓仁水庫屬于貧-中營養(yǎng)型，其他4座水庫均屬于中-富營養(yǎng)型。

表1　遼寧省6座水源水庫的主要理化指標Tab.1 Physical and chem ical indicators of water in six domestic w ater supp ly reservoirs in Liaoning Province　mg/L

2.2 TLI（∑）評價結果

相關加權綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算結果見表2。由表2可知，除碧流河水庫外，其余水庫均已達到富營養(yǎng)型，其中以柴河水庫的富營養(yǎng)化程度最高，TLI值達60以上，大伙房水庫、湯河水庫、觀音閣水庫和桓仁水庫的TLI值均在60以下。而達到富營養(yǎng)型的水庫均為TLI（TP）過高，導致其TLI數(shù)值偏高，可見TP是各水庫富營養(yǎng)化起主要作用的營養(yǎng)鹽。

表2　遼寧省主要水源水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)綜合評價結果Tab.2 Trophical levels of primary domestic water supp ly reservoirs in Liaoning Province

2.3 聚類分析

利用各水庫的 TLI（SD）、TLI（TP）、TLI （TN）和TLI（Chl-a）數(shù)據(jù)得出水庫營養(yǎng)狀況聚類分析圖 （圖2）。從圖2可見，遼寧省6座水源水庫共分為3類：碧流河水庫單獨為一類，水質狀況最好；大伙房水庫、湯河水庫、觀音閣水庫和桓仁水庫為一類，水質狀況相對較好，富營養(yǎng)化水平較低；柴河水庫單獨為一類，富營養(yǎng)化水平較高，水質較差。

注：1為大伙房水庫；2為湯河水庫；3為碧流河水庫；4為柴河水庫；5為觀音閣水庫；6為桓仁水庫Note：1，Dahuofang Reservoir；2，Tanghe Reservoir；3，Biliuhe Reservoir；4，Chaihe Reservoir；5，Guanyinge Reservoir；6，Huanren Reservoir圖2　遼寧省主要水源水庫營養(yǎng)狀態(tài)綜合評價聚類分析Fig.2 Hierarchical cluster analysis of primary domestic w ater supp ly reservoirs in Liaoning Province

2.4 主成分分析

對6座水源水庫6項水質指標進行主成分分析，結果表明，第一主成分和第二主成分的特征值依次為 4.145、1.302，方差貢獻率依次為69.077％、21.700％，前兩個特征值對應的累計方差貢獻率達到了90.777％，表明前兩個主成分基本包含了所選指標具有的信息。選取前兩個因子負荷，得出第一、第二主成分分別為

由此線性表達式中系數(shù)的大小對第一主成分和第二主成分的實際意義做出分析：-N、-N、TP對第一主成分的貢獻較大，因子負荷依次為0.974、0.904、0.902；-N、TN對第二主成分的貢獻較大，因子負荷依次為0.907、0.460。

3 討論

3.1 遼寧省主要水源水庫總氮和總磷含量比較及來源分析

對水體富營養(yǎng)化的評價中，經常以氮、磷等營養(yǎng)鹽含量和葉綠素a含量作為富營養(yǎng)化的主導因子，故本研究中選取總氮、總磷等幾項指標作為水質評價的基本因子。遼寧省主要水源水庫總氮和總磷近年來的變化情況見表3。從表3可知，與以前相比，各水庫總氮、總磷含量整體有升高的趨勢，各水庫的總磷含量均超過前期調查年份的最高值，說明各水庫的富營養(yǎng)化程度有加深趨勢。其原因可能是水庫匯水區(qū)化肥使用量增加，排入水庫的氮、磷含量增多；水資源短缺，各水庫蓄水量連續(xù)多年減少。據(jù)調查資料［15］，遼寧省渾河、太子河、大遼河地區(qū)水資源到2010年總缺水量為28.73億m3，大伙房水庫匯水區(qū)總氮、總磷量分別從1997年的4770、444 t增長到2000年的5135、570 t。

通過聚類分析可知，大伙房水庫、湯河水庫、觀音閣水庫、桓仁水庫和柴河水庫均屬于富營養(yǎng)化程度較高的水庫，這也與水庫的地理位置有一定關系，這5座水庫均處于遼寧省的重工業(yè)地區(qū)，尤其是大伙房水庫和觀音閣水庫，分別處于遼寧省的主要礦物產區(qū)和重工業(yè)產區(qū)，工業(yè)生產帶來的污染物較多。此外，這幾座水庫處于遼河平原，也是遼寧省的重要糧食產業(yè)基地，農用化肥使用較多，成為水庫的重要污染源之一。這些因素均導致了該地區(qū)水體富營養(yǎng)化程度加劇。因此，如何在保證遼寧老工業(yè)基地發(fā)展的同時做好水資源的保護成為了當務之急。

表3　不同年份遼寧省主要水源水庫總氮和總磷含量比較Tab.3 Comparison of TN and TP concentrations in water of primary domestic water supply reservoirs in Liaoning Province in different years

水體的富營養(yǎng)化成因復雜，營養(yǎng)狀況是由多個水質指標組成的復雜系統(tǒng)，每個指標都對富營養(yǎng)化產生作用，尤其是作為主要營養(yǎng)鹽而存在的因子作用最大，通過TLI（TP）值可以看出，總磷的增加是導致水體富營養(yǎng)化加劇的重要原因之一，6座水庫中唯一一座處于中營養(yǎng)型的碧流河水庫，其總磷含量年均值僅為0.02 mg/L，且該水庫的氮磷比（TN∶TP）也為各水庫中最大，達到108.5，可見在各水庫氮含量較高時，磷元素成為了水體富營養(yǎng)化的主要影響因素。

通過調查分析，遼寧省6座主要水源水庫的氮、磷來源主要有以下幾點：

（1）庫區(qū)上游匯水區(qū)農業(yè)生產中化肥施用量的增加。本研究中也顯示，上游庫區(qū)的總氮、總磷含量高于中、下游。

（2）各水庫底泥已成為氮、磷的貯備庫，是水體富營養(yǎng)化的內源污染。據(jù)有關調查數(shù)據(jù)［12］，遼寧省水庫淤積物平均含氮為0.13％。

（3）庫區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化，植被覆蓋率低，水土流失嚴重。據(jù)有關調查數(shù)據(jù)［8］，遼寧省水土流失面積已達438萬km2，占全省總面積的35.1％，年平均流失土壤1.81億t。大部分農藥及化肥在降雨等外部條件的作用下，未經任何攔截措施，就直接隨地表徑流匯入河流水庫，致使河流及水庫水體遭受氮、磷污染。

（4）農田徑流，水庫周邊耕地面積較多。遼寧省大部分水庫岸邊即為耕地，施用的化肥中含有大量的氮、磷，成為藻類可直接利用的營養(yǎng)元素。

（5）水量的銳減，使得遼寧省大部分水庫的蓄水量大幅度下降，水體的自凈能力降低。據(jù)遼寧省水資源公報［16］，1997、1998、1999年遼寧省屬7大水庫 （大伙房水庫、觀音閣水庫、湯河水庫、清河水庫、柴河水庫、葠窩水庫、鬧得海水庫）年末蓄水總量分別為38.3億、26.5億、15.4億m3，蓄水量明顯減少。由于水庫內水量銳減，導致水體真光層增高，有利于 “水華”的爆發(fā)。

（6）水庫所處河流污染加劇。據(jù)有關調查數(shù)據(jù)［17］，遼寧省河流的58個河段，除大伙房水庫（含入庫段）、觀音閣水庫、清河水庫下游開原段及沿海諸河水質達到Ⅱ～Ⅲ類外，其余各河段均受到不同程度的污染。

（7）天氣狀況。遼寧地區(qū)近年來連續(xù)干旱，水體蒸發(fā)量增大，營養(yǎng)鹽含量相對增加，再加上夏季溫度升高，很容易爆發(fā) “水華”。

3.2 對遼寧省水源水庫水環(huán)境有效保護和治理的建議

針對遼寧省水源水庫水環(huán)境的實際情況，本研究中對遼寧省水源水庫水環(huán)境有效保護和治理提出如下建議，希望引起有關部門足夠重視，以保證飲用水安全。

（1）成立水源地保護組織，對水源水庫進行綜合治理，截斷水庫集水區(qū)工農業(yè)污染源，發(fā)展生態(tài)農業(yè)，禁止旅游和垂釣，及時清除水面垃圾雜物。

（2）禁止在庫區(qū)網箱養(yǎng)魚，大力發(fā)展保水漁業(yè)，放養(yǎng)鰱、鳙等濾食性魚類，以減輕水體富營養(yǎng)化，做到以魚養(yǎng)水，實現(xiàn)優(yōu)水情況下的可持續(xù)漁業(yè)。

（3）規(guī)范水利工程，投入人力和物力對水源水庫加強生物和化學監(jiān)測，對潛在的生態(tài)風險及時預警或預報。

（4）對已發(fā)生嚴重富營養(yǎng)化的水庫應考慮采取生態(tài)學手段進行生態(tài)修復，合理利用淡水資源。

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Evaluation and analysis of eutrophication in 6 domestic water supp ly reservoirs in Liaoning Province

YAN Hong-qi1，ZHAOWen2，GUO Kai2，LIWen-kuan3，XU Feng2，CAIZhi-long2
（1.Shenyang Fisheries Research Institute，Shenyang 110034，China；2.Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China；3.Freshwater Fisheries Research Academy of Liaoning Province，Liaoyang 111000，China）

Abstract：The eutrophication was evaluated in six domestic water supply reservoirs including Dahuofang，Tanghe，Biliuhe，Chaihe，Guanyinge and Huanren in Liaoning Province during 2008 and 2009 by weighted comprehensive nutrition state index TLI（∑）to understand the trophical status in the reservoirs in Liaoning Province.The results showed that five domestic water supply reservoirs were found under eutrophication except Biliuhe Reservoir.The Cluster analysis revealed that six reservoirs in Liaoning Provincewere divided into three categories，and the principal component analysis（PCA）indicated that the levels of?-N，?-N，and total phosphorus（TP）were the primary impact factors.The reasons for the eutrophication in the reservoirs were discussed，and suggestion on the effective protection of water environment and management was provided，including（1）establishment of water source protection organization for comprehensive management of water source reservoirs；（2）Prohibition of cage culture，and full development ofwater conservation fisheries；（3）regulation ofwater conservancy project，and research on human and material resources to strengthen the chemical and biologicalmonitoring ofwater source reservoirs，warning and forecasting of potential ecological risk in time；（4）ecological restoration measurement being taken in the seriously eutrophic reservoirs.

Key words：domestic water supply reservoir；eutrophication；weighted comprehensive nutrition state index TLI（∑）；evaluation of water quality

中圖分類號：S932

文獻標志碼：A

DOI：10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.02.011

文章編號：2095-1388（2016）02-0180-05

收稿日期：2015-10-31

基金項目：遼寧省自然科學基金資助項目 （20072140）；遼寧省海洋與漁業(yè)廳科研項目 （200920）

作者簡介：焉鴻啟 （1963—），男，工程師。E-mail：360181428@qq.com

通信作者：趙文 （1963—），男，博士，教授，博導。E-mail：zhaowen@dlou.edu.cn