展永興，吳心藝

（江蘇省太湖水利規(guī)劃設計研究院有限公司，江蘇 蘇州 215128）

1 概況

飲用水源地的水環(huán)境質(zhì)量及其安全保障是一個地區(qū)經(jīng)濟、社會穩(wěn)定發(fā)展的重要依托。近年來，太湖水體富營養(yǎng)化日趨嚴峻，藍藻水華頻繁暴發(fā)，藻源次生代謝產(chǎn)物中對水環(huán)境影響最大的是藍藻毒素和異味物質(zhì)[1]，飲用水的嗅味主要包括土霉味、青草味、魚腥味等。國外關于嗅味問題進行研究較早[2-4]，美國在1850年就發(fā)現(xiàn)了水體中存在異嗅味問題，日本琵琶湖于1969年發(fā)生非常嚴重的飲用水異嗅味事件，影響居民正常生活[5]。我國對水體異嗅味方面的研究起步較晚，近幾年有不少關于水體嗅味方面的報道[6-7]，我國的太湖、滇池、巢湖等淡水湖中存在比較嚴重的水體異味問題，其中水體產(chǎn)生“土霉味”的主要成分為2-甲基異莰醇（2-MIB）和土腥素（Geosmin），這2種物質(zhì)氣味閾值極低且很難氧化，在常規(guī)的水處理工藝中很難將其有效去除[8]。黃顯懷[9]等分析發(fā)現(xiàn)巢湖水體中放線菌及藻類的大量生長和繁殖是引起該水體產(chǎn)生嗅味的主要原因。飲用水中的異味嚴重影響了水體及水產(chǎn)品的使用價值、美學價值和經(jīng)濟價值[10-12]。因此關于水體中嗅味物質(zhì)的研究對于進一步控制和緩解水環(huán)境的異味問題具有重要意義[13-15]。

近年來，東太湖水產(chǎn)養(yǎng)殖已對水質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，2012年夏季東太湖出現(xiàn)水質(zhì)異味問題，威脅東太湖周圍地區(qū)供水安全。這些異味物質(zhì)及其它有毒有害物質(zhì)，一旦擴散到飲用水源地，將可能引發(fā)飲用水危機。然而目前已證實的是富營養(yǎng)化、水體污染等環(huán)境問題是導致出現(xiàn)異味物質(zhì)的重要原因，其本質(zhì)是水體中藻類、微生物、厭氧環(huán)境等改變所產(chǎn)生的，水產(chǎn)養(yǎng)殖過程尤其是高密度的圍網(wǎng)養(yǎng)殖會對水環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，但是否會對水體中的異味物質(zhì)產(chǎn)生影響尚不明確[16-20]。為進一步研究東太湖的太湖蟹養(yǎng)殖是否對水體嗅味的產(chǎn)生有影響，根據(jù)湖區(qū)流場對水源地、北部網(wǎng)圍區(qū)域開展加密監(jiān)測，并對監(jiān)測結果進行深入分析，提出東太湖水體中異味物質(zhì)的防控對策與措施，為飲用水安全和推廣生態(tài)養(yǎng)殖提供科學依據(jù)。

2 材料與實驗

2.1 試劑與儀器

2-甲基異茨醇（MIB）、土嗅素（GEO）的標準品為Sigma公司試劑。每次使用時，用色譜級甲醇（Merck公司）配制成1 mg/L的溶液，配制標準曲線系列的溶液均從該溶液稀釋得到，稀釋所用的純水為色譜級純水（Milli-Q超純水發(fā)生器）。用于分離溶解態(tài)和結合態(tài)異味物質(zhì)的玻璃纖維素薄膜（Whatman GF/C，Brentford公司）。將分析純級的氯化鈉（Sinopharm公司）溶于色譜級純水用于提取結合態(tài)異味化合物[21]。用QP2010Plus氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）（日本島津公司）對異味化合物進行定性和定量分析；色譜柱為HP-5MSUI石英毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），以氦氣作為載氣。Eclipse 4660吹掃捕集樣品濃縮儀和4551A自動進樣器（美國OI公司）用于異味物質(zhì)的提取濃縮和樣品導入，以氮氣為吹掃氣體[22]。

2.2 樣品采集與水環(huán)境指標測定

東太湖水深較淺，湖底高程為1.0～2.0 m，常水位下水深不足2.0 m，由于湖泊形態(tài)、水生植物茂盛、圍網(wǎng)養(yǎng)蟹等因素影響，水流十分緩慢，圍網(wǎng)養(yǎng)蟹已對的當?shù)厮畯S水源地的水質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)對東太湖水源地取水口所在位置，結合地形、流場及周邊區(qū)域的養(yǎng)殖特征，確定圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)中心、第一水廠取水口和第二水廠取水口共3個監(jiān)測點，各監(jiān)測點位布設如圖1，監(jiān)測點位的水深在1.5 m左右。在養(yǎng)殖、不養(yǎng)殖等時段，分別采集水體樣品，分析其中的異味物質(zhì)的種類、濃度以及水溫、總氮、總磷等濃度。監(jiān)測時間為2013年4～12月，除7、8、9月水華發(fā)生期每天監(jiān)測外，其它月每隔一星期左右監(jiān)測一次。4～8月盛行東南風，月平均降雨量123.8 mm，夏季降雨量較往年偏少，夏季氣溫異常偏高，平均氣溫29.1℃，水溫在8月達到最高。

圖1 東太湖采樣點分布

因樣品中各化合物濃度較低，必須使用適當?shù)母患绞礁患骰衔餄舛瓤刹捎么祾卟都确绞教崛∪芙鈶B(tài)異味物質(zhì)，用微波輔助等方式提取結合態(tài)異味物質(zhì)。

2.3 數(shù)據(jù)的處理與分析

將各樣點采集到的環(huán)境指標與異味化合物的空間分布數(shù)據(jù)用EXCEL、SPSS13.0軟件進行統(tǒng)計分析。用典范對應分析（Canonial Corresponding Analysis，CCA）方法分析東太湖水體中嗅味物質(zhì)與環(huán)境因子之間的關聯(lián)。采用CANOCO4.53軟件中的Forward功能確定顯著的環(huán)境因子，對數(shù)據(jù)進行歸一化處理，構建環(huán)境因子矩陣，進行統(tǒng)計分析。

3 結果與分析

3.1 東太湖水體中嗅味物質(zhì)動態(tài)變化過程

3個監(jiān)測點位的總氮和總磷的濃度基本沒有差異，東太湖的總氮處于Ⅳ類水質(zhì)標準，7月和11月總氮濃度相對較高，超過Ⅴ類水質(zhì)標準，最高為3.91 mg/L。7月和11月總磷濃度相對較高，但總體優(yōu)于Ⅳ類水質(zhì)標準，最高為0.116 mg/L，見圖2。

2-MIB的圍網(wǎng)區(qū)，第一、第二水廠取水口這3個點位濃度范圍依次為0～1121.99 ng/L、0～1121.99 ng/L、0～727.10 ng/L；土嗅素的3個點位濃度范圍依次為0～34.29 ng/L、0～30.24ng/L、0～33.99 ng/L。其中4、5兩個月的水質(zhì)較好，2-MIB及土嗅素2個指標的濃度均未測出。2-MIB指標的3個監(jiān)測點濃度都是在7、8兩個月的時候達到峰值，圍網(wǎng)區(qū)，第一、第二取水口濃度峰值分別為1121.99 ng/L，727.10 ng/L，762.36 ng/L。而土嗅素的在整個太湖蟹養(yǎng)殖期的濃度都不高，2個點位的濃度范圍依次為0～34.29 ng/L、0～30.24 ng/L、0～33.99 ng/L。3個點位均在8月13日達到峰值。

圖2 東太湖水體中2-甲基異莰醇、土嗅素濃度與溫度隨時間的變化

以圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)為中心，3個點位的2-甲基異莰醇濃度隨著與養(yǎng)殖區(qū)距離的增加而減少，而4～6月，2-甲基異莰醇濃度在閾值以下。

7月圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)的土嗅素濃度較高，從8月開始，3個點位的土嗅素濃度基本相同。而4～6月，土嗅素濃度在閾值以下。2個致嗅物質(zhì)的濃度分布如下圖3、圖4。

圖3 3個監(jiān)測點的2-甲基異莰醇的濃度

從水化學指標的分布來看，3個監(jiān)測點位的總氮和總磷的濃度基本沒有差異，而2-MIB和土嗅素的2個致嗅物質(zhì)在不同點位的濃度差異較大，且7月和11月的總氮和總磷的濃度相對其他月較高，但是2-MIB和土嗅素的濃度只有在7月時很高，而11月的濃度很低，不能監(jiān)測到。

圖4 3個監(jiān)測點的土嗅素的濃度

3.2 環(huán)境因子對東太湖水體中嗅味物質(zhì)變化的影響

為了揭示環(huán)境因子對東太湖水體中嗅味物質(zhì)變化的影響，對2-MIB和土嗅素濃度與環(huán)境因子進行相關性分析和CCA排序分析。相關性分析結果表明，水溫對2-MIB濃度有極顯著影響（P＜0.01），水溫越高，2-MIB濃度越高，硝酸鹽氮濃度對2-MIB濃度有極顯著影響（P＜0.01），總磷濃度和硝酸鹽氮濃度對土嗅素濃度有顯著影響（P＜0.05）。CCA排序分析結果表明，硝酸鹽氮濃度對2-MIB濃度有極顯著影響，在CCA中，第一和第二排序軸合并解釋了22%的嗅味物質(zhì)濃度變化。

前人的研究已經(jīng)證實湖泊中的嗅味物質(zhì)與葉綠素a濃度具有較好的相關關系[23]，同時水溫和總磷為梅梁灣藻類總生物量的顯著相關因子，水溫、硝態(tài)氮和總氮為微囊藻生物量的顯著相關因子[24]，本研究中雖然未監(jiān)測藻類指標，但2-MIB和土嗅素濃度與水溫和營養(yǎng)鹽濃度的相關性分析結果也表明，硝酸鹽氮等營養(yǎng)鹽濃度升高，水體富營養(yǎng)化，水溫高時大量藻類生長，在其生長代謝過程中產(chǎn)生2-MIB和土嗅素等嗅味物質(zhì)，從而影響到取水口水質(zhì)。由以上分析可見，硝酸鹽氮濃度是2-MIB濃度的關鍵影響因子，總磷濃度和硝酸鹽氮濃度是土嗅素濃度的關鍵影響因子，因此，控制水體中硝酸鹽氮濃度、總磷濃度可以一定程度上控制水體中的2-MIB和土嗅素濃度。

3.3 圍網(wǎng)養(yǎng)殖對東太湖水體中嗅味物質(zhì)變化的影響

東太湖的水質(zhì)與漁業(yè)養(yǎng)殖關系密切，圍網(wǎng)養(yǎng)殖發(fā)展迅速，2月中旬開始投放蟹苗，3月份開始投飼料，5～8月份是太湖蟹的生長中期，加大動物性飼料投喂量，但仍以植物性飼料為主，到了后期，蟹需要大量的營養(yǎng)，多投喂動物性飼料。過了中秋節(jié)10月中旬開始大量的捕撈太湖蟹[25]。從空間分布來看，2-MIB和土嗅素的3個監(jiān)測點位，距離圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)越近，其濃度就越高，峰值分別為1121.99 ng/L、34.29 ng/L。網(wǎng)圍養(yǎng)殖區(qū)距離第二水廠取水口和第一水廠取水口分別為1.5 km 3.0 km，網(wǎng)圍養(yǎng)殖區(qū)二甲基異莰醇數(shù)據(jù)明顯高于非養(yǎng)殖區(qū)、水源地取水口。東太湖區(qū)域水生植物茂盛，受到地形、圍網(wǎng)養(yǎng)蟹等因素影響，水流十分緩慢，由于該區(qū)域湖水滯留，嗅味物質(zhì)主要依靠自然擴散，受距離影響明顯，且各點位的濃度具有傳播性，從養(yǎng)殖區(qū)傳向遠處，表現(xiàn)為養(yǎng)殖區(qū)域的濃度最高，第二水廠取水口次之，第一水廠取水口最低。由此可見，要保障飲用水安全，取水口半徑至少3.0 km的范圍內(nèi)不能設有圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)。

4 結論

通過從時間分布、空間分布以及相關性分析3個角度分析結果得出：水體中嗅味物質(zhì)2-MIB和土嗅素的濃度分布具有顯著的空間異質(zhì)性，其濃度隨距養(yǎng)殖區(qū)域距離的增加而遞減；水溫對2-MIB濃度有極顯著影響，營養(yǎng)鹽濃度對嗅味物質(zhì)也有一定的影響，硝酸鹽氮濃度對2-MIB濃度有顯著影響，總磷濃度和硝酸鹽氮濃度對土嗅素濃度有顯著影響。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明網(wǎng)圍養(yǎng)殖是水體中嗅味物質(zhì)的一個重要來源，在東太湖及其他水源地治理中應引起高度重視。