東平湖漁業水域水環境質量分析

董貫倉，李秀啟，劉超，朱士文，師吉華，冷春梅

（山東省淡水漁業研究院，山東省淡水水產遺傳育種重點實驗室，山東 濟南 250013）

東平湖位于山東省泰安市東平縣，是山東省第二大淡水湖和南水北調東線工程的調蓄水庫，承擔著分滯黃河洪水和接納大汶河水的重任，是“南水北調”與“西水東送”的重要樞紐和重要漁業生產基地[1]。東平湖水環境狀況直接影響著國家水資源配置運營的安全。

我國湖泊水產養殖面積大、產量高，大致經歷了“天然捕撈-資源增養殖-規模型網圍養殖”的歷史發展過程，為解決“吃魚難”的問題做出了重要貢獻[2]。但是，魚類作為大多數水體中的頂級消費者，漁業生產勢必改變水體中生物（特別是餌料生物）群落結構，影響水體營養狀態及水平、系統結構和功能等，故而備受關注。師吉華等[3]對南四湖漁業水域的研究發現，網圍養殖區水生植物、底棲動物等生物量顯著減少；人工投喂、養殖生物的排泄以及水生植物減少等導致養殖區營養物質含量升高；吳瑞金[4]也認為，隨著漁業生產方式的改變，大量投喂魚糜、低質飼料和使用化肥等加速了湖泊水體的富營養化，對水體環境造成極大的負面影響。而劉建康和謝平[5]對武漢東湖的長期調查研究發現，鰱Hypophthalmichthys molitrix、鳙 Aristichthys nobilis可以作為富營養化水體的操縱生物，控制藍藻的生長，并提出了非經典的生物操縱法；Liang等[6]也認為，濾食性魚類大量攝食藻類和細菌可有效去除水中部分營養鹽。諸多觀點的差異與實驗條件和方法有關，也可能受魚類種類和放養密度等影響[7,8]。近年來，隨區域工農業生產，尤其是工業廢水排放，東平湖水質惡化[9]，局部地區處于極富營養化狀態[10]。而調水水質決定著調水工程的實際效益。工程的實施使原有投喂式養殖等漁業方式轉型，取消網箱投喂養殖和發展大湖網圍養殖等方式，這對改善水質有一定有利影響，但其長期效果及規模仍有待進一步驗證。為此，2015年在漁業生產期間，調查監測了東平湖不同漁業水域的水質現狀，探討漁業生產對水體生境的影響，為發展可持續湖泊漁業及保障南水北調東線水質安全提供參考。

1 材料與方法

1.1 站位設置

東平湖（35°30'～36°20'N，116°00'～116°30'E）位于山東省東平縣境內，總面積627 km2（其中新湖區418 km2，老湖區209 km2）。依據漁業生產現狀并結合水域水文特征，在東平湖內設立大清河入湖口（D1）、安山湖濱帶（D2）、老湖鎮養殖區（D3）及銀山養殖區（D4）等4個典型采樣站位（圖1），于漁業生產前期的5月和魚類快速生長6—9月監測了各站位水環境質量狀況。

1.2 樣品采集及分析

用5L有機玻璃采水器，按照《水質湖泊和水庫采樣技術指導》（GB/T14581-1993）的要求采集和保存表面0.5m深水樣。監測指標包括現場測定的水溫（WT）、透明度（SD）、溶解氧（DO）、水深（h）等以及現場固定室內檢測的高錳酸鹽指數（CODMn）、硝氮（NO3--N）、亞硝氮（NO2--N）、氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）、活性磷酸鹽（PO43--P）、總磷（TP）和葉綠素 a（Chl-a）等。SD采用賽氏盤測定，DO和WT采用YSI-MP556型水質儀現場測定；其他各監測指標主要參照《水環境監測規范》（SL219-2013）和《湖泊富營養化調查規范》中的方法分析測定，而葉綠素a則采用熒光葉綠素法進行測定。

圖1 東平湖水樣采集站位，Fig.1 The sampling sites in Dongping Lake

評價方法參照地表水環境質量標準（GB3838-2002）Ⅲ類標準進行單因子分析和《湖泊（水庫）富營養化評價方法及分級技術規定》中的TLI綜合營養狀態指數法。

1.3 數據統計及分析

利用SPSS16.0軟件處理數據。

2 結果與分析

2.1 東平湖不同漁業水域生產概況

自20世紀80年代以來，東平湖長期堅持“以養為主，養殖、捕撈、加工并舉”的漁業方針；至2005年實施增殖放流恢復湖區漁業資源，逐步取消網箱投飼養殖，轉而發展生態漁業。當前，東平湖漁業養殖區以網圍、網箱養殖為主，主要養殖種類有鯉Cyprinuscarpio、草魚Ctenopharyngodonidellus、魴Megalobrama skolkovii、青魚 Mylopharyngodon piceus、鰱、鳙、河蟹Eriocheir sinesnsis等。依據湖區漁業生產調研結果，網圍投喂飼料約26 kg/ha，產量約17.3 kg/ha；網箱養殖鯉、草、鰱、鳙等，每口網箱投餌量約3 000 kg、產魚約2 000 kg，濾食性網箱每口產魚約300 kg。受前期漁業生產規劃及生產傳統等影響，東平湖水域漁業生產方式存在一定的空間差異。調查中，D1位于大汶河入湖口濕地保護區，僅捕撈而無養殖，但稍遠處有家禽養殖活動；D2位于安山湖濱帶網圍及網箱養殖區間，近堤為成片鰱鳙養殖網箱，稍遠為草魚、鯉和鰱鳙為主的圍網養殖區，初期以天然餌料為主，后期投喂草魚人工配合飼料；D3位于老湖鎮養殖區的主養草魚網圍內，兼養一定數量鯉和少量鰱鳙，該區投喂稍早于D2；D4位于銀山養殖區的主養草魚網圍內，投放少量鯉和鰱鳙，投放草魚較多且規格不一，7月后輪捕上市。

2.2 東平湖水域水質狀況分析

2.2.1 不同時間水質比較分析

5—9月間東平湖漁業水域的水環境質量狀況見表1；根據漁業利用及水域狀況，建立不同水環境指標間的相關矩陣分析（表2）。

（1）水深

除航道水域外東平湖平均水深為1.76 m，是典型的淺水型湖泊；除6月南水北調工程調水外無有效水源補給，年內水深下降明顯，季節變化由低到高依次為：9月＜8月＜7月＜5月＜6月。

（2）透明度

東平湖水體SD變化范圍為0.30～1.00 m，平均為0.48m。水體SD與水溫顯著負相關（表2，P＜0.05），隨時間推移先降低后升高（7月＜9月＜6月＜8月＜5月）。

（3）溶解氧

東平湖水體DO含量變化范圍為4.60～9.70 mg·L-1，平均為 6.82 mg·L-1，基本達到地表水 II類標準。水體DO含量隨時間推移先降低后升高，季節變化趨勢為8月＜9月＜7月＜6月＜5月，與水體透明度 SD 呈顯著正相關（表 2，P＜0.05）。

（4）高錳酸鹽指數

東平湖水體CODMn變化范圍為3.8～10.0 mg·L-1，平均為6.58 mg·L-1，屬地表水IV類水質標準，超III類水質標準9.58%。由表1可以看出，東平湖水體CODMn先升高后降低（5月=9月＜6月＜8月＜7月），與水溫呈極顯著正相關（P＜0.01）。其中，夏季7月、8月的水體CODMn屬地表水IV類水質，其他月份均屬地表水III類水質，7月較III類水質超標37.5%，顯著高于其他月份（P＜0.05）；8月較III類水質超標25.8%，顯著高于5月和9月（P＜0.05）。

（5）N、P營養鹽

N、P等營養物質為水域生態系統中的基礎營養物質，其存在形式和數量影響著湖泊生態系統狀況。由表1可知，東平湖水體TN含量變化范圍為0.182～1.231 mg·L-1，平均為 0.551 mg·L-1，屬地表水III類水質，氨氮、亞硝氮、硝氮和有機氮分別占TN的47.21%、1.23%、18.67%和32.90%，氨氮是含氮營養鹽的主要存在形式。相關矩陣分析結果也表明，氨氮與TN呈極顯著正相關（表2，P＜0.01）。TN含量的季節差異顯著，變化趨勢為5月＜6月＜7月＜9月＜8月，8月TN含量顯著高于其他月份（P＜0.05），屬地表水IV類水質，較III類水質超標3.8%；5月、6月、7月為II類水質，9月為III類水質。

東平湖水體TP含量變化范圍為0.000～0.211 mg·L-1，平均為 0.050 mg·L-1，屬地表水 IV 類水質，較III類水質標準超標0.10%。磷酸鹽占TP的25.77%，有機磷可能為TP的主要存在形態，但磷酸鹽與TP呈極顯著正相關（P＜0.01）。TP含量的季節差異顯著，變化趨勢為9月＜5月＜6月＜7月＜8月，除9月外變化趨勢與TN基本一致。其中，8月TP含量高于其他月份，并顯著高于5月和9月（P＜0.05），屬地表水V類水質，較III類水質超標138%；5月、6月、7月為III類水質，9月為I類水質。

東平湖水體氮磷比平均為11，依據以往TN/TP＞14的情況下磷是藻類生長的限制性因素的研究結果，東平湖整體上為氮限制性水體。但是，9月的東平湖水體氮磷比高達60，在個別階段呈現出磷限制狀態。

（6）葉綠素a

東平湖水體Chl-a含量變化范圍為3.85～114.34 μg/L，平均為 21.19 μg/L（表 1）。水體Chl-a含量與CODMn、TN和TP含量呈極顯著正相關（表 2，P＜0.01），其季節變化趨勢為 5月 ＜6月 ＜7月＜9月＜8月，夏秋季較高，春季較低。

（7）富營養化評價

相關加權綜合營養狀態指數法評價結果表明，東平湖水體總體為輕度富營養化（表3）。不同時間，東平湖水體綜合營養狀態指數變化趨勢為：5月＜6月＜9月＜7月＜8月，隨著時間的推移，東平湖由中營養逐漸轉變為輕度富營養至中度富營養，最后又降為輕度富營養。

表1 東平湖水質的時間差異Tab.1 Temporal variation in water quality in Dongping Lake

表2 東平湖水環境指標的相關性矩陣分析Tab.2 Correlation matrix of different water quality parameters in Dongping Lake

表3 東平湖水體營養狀態評價Tab.3 Comprehensive assessment of trophic level in Dongping Lake

2.2.2 不同漁業水域水質比較分析

（1）水質狀況分析

由表4可知，不同漁業水域的水質不同，水體SD 為 D2＜D4＜D1＜D3，DO 含量為 D3＜D1＜D4＜ D2，CODMn為D4＜D1＜D3＜D2，TN 含量為 D1＜D2＜D4＜D3，TP 含量為 D3＜D4＜D1＜D2，Chl-a含量為 D1＜D3＜D4＜D2，但不同水域的各水質指標間無顯著差異（P＞0.05）。CODMn僅D4水域為III類水質，其他水域為IV類水質；TN含量為D4水域為II類水質，其他水域為III類水質；TP含量除D1為II類水質外，其他水域均為IV類水質。4處不同漁業水域的氮磷比分別為8、8、29和10，除D3水域呈現磷限制外，其他水體均呈氮限制狀態。

表4 東平湖不同漁業水域水環境質量狀況Tab.4 Water quality in different fishery areas of Dongping Lake

（2）富營養化評價

由表3可知，東平湖4處不同漁業水域中，D1和D3為中營養、D2和D4為輕度富營養，總體為輕度富營養。養殖前期的5月，各水域均為中營養；6月總體為中營養，但D4水域開始呈現輕度富營養；7月除D1水域為中營養外，其余3處均為輕度富營養；8月D3、D4水域綜合營養狀態指數穩中稍降但仍為輕度富營養，D1和D2水域綜合營養狀態指數則繼續升高，且D2水域達到中度富營養；至9月，各水域基本穩定下降到輕度富營養，且D3水域降為中營養。

3 討論

3.1 東平湖水質狀況分析

本調查發現，東平湖水體CODMn、TN和TP含量分別為 6.58 mg·L-1、0.551 mg·L-1和 0.050 mg·L-1，總體為輕度富營養且水體綜合營養狀態指數季節變化趨勢為5月＜6月＜9月＜7月＜8月；參照南水北調東線工程水質要求的地表水III類水質標準，東平湖水體主要有CODMn和TP分別超標9.58%和0.10%。N、P等營養物質的過剩會導致湖泊的富營養化，進而破壞湖泊生態平衡[11]。東平湖水質的影響因素眾多，受到包括工業污染、城市污染、養殖業、農業面源污染等內外源物質輸入的影響，并表現出與湖區水生生態系統季節波動的關聯。調查中，東平湖水體透明度隨時間的推移先降低后升高（7月＜9月＜6月＜8月＜5月），與湖泊水生植物的季節生長密切有關。王明華等[12]認為沉水植物可顯著增加水體透明度，調查中5月菹草Potamogeton cripus為東平湖水生維管束植物的優勢種群，并覆蓋了80%以上的湖面[13]，水體SD（74.5 cm）顯著高于其他月份（表1，P＜0.05）；5月下旬后菹草開始衰亡和腐爛分解，水生態環境逐步惡化，湖水透明度急劇降低[13]，而適宜溫度下藻類的大量繁殖生長進一步導致透明度的降低，至7月降至最低（33.75 cm）；其后，伴隨其他水生植物的逐步生長及藻類群落的趨于穩定，水體SD逐步回升。而水體DO含量也表現出與水生植物的密切相關，并與水體SD呈現顯著正相關（表2，P＜0.05），其季節變化趨勢為8月＜9月＜7月＜6月＜5月。在湖泊菹草生長旺盛的5月份[13]，東平湖水體DO含量顯著高于其他月份；其后隨著菹草腐爛和水環境惡化[13]，加之水中懸浮粒子遮擋對沉水植物光合作用的影響[14]，水體DO含量逐步降低。此外，水體DO含量還受到其他水生態因子的制約，在夏秋處于活躍期的水中生物消耗了大量水體溶氧，并且高等水生植物量相比春季有所降低，導致調查中6月以后水體DO量的降低。

調查期間，東平湖水體中TN、TP等營養物質的峰值均出現在8月（表1）。大汶河在匯集流域內地表徑流的同時，也運載了沿途排放的各類工業廢水和生活污水，是影響東平湖水質的重要污染源[10]。雖然在調查期間，大汶河無規模水量匯入，但汛期入湖水量仍有所增加，另地表徑流也帶來企業廢水及城鎮生活污水。CODMn作為水體有機污染的綜合反映，吳偉等（2006）認為水體CODMn與水溫顯著正相關，并隨水中生物活動的加劇而升高[15]。本調查也表明，東平湖水體CODMn先升高后降低（5月=9月＜6月＜8月＜7月），與水溫呈極顯著正相關（P＜0.01）。N、P等營養物質為水域生態系統中的基礎營養物質，其存在形式和數量與水生生物密切相關，而Chl-a為各種植物性營養元素的綜合效應和水體中藻-菌-水草等對資源的相互競爭和相互制約的綜合結果。調查中水體Chl-a含量季節變化趨勢為5月＜6月＜7月＜9月＜8月，與水體CODMn、TN和TP含量表現出極顯著正相關（P＜0.01）。此外，綜合營養狀態指數作為湖泊外源營養物質匯入及其水生生態系統對營養物質利用影響的綜合反映，東平湖水體綜合營養狀態指數變化趨勢為5月＜6月＜9月＜7月＜8月，隨時間推移由中營養逐漸轉變為輕度富營養至中度富營養，最后又降為輕度富營養。調查期間，養殖前期的5月由于菹草覆蓋80%以上的湖面[13]，水體中營養物質含量及Chl-a含量均較低。5月下旬后菹草死亡及枯竭腐爛，湖泊水環境逐步惡化[13]，水體富營養化程度逐步升高。雖然調查期間除6月南水北調調水外東平湖基本無規模水源補給，但汛期難免周邊工業廢水及城鎮生活污水的匯入，同時低質飼料的大量投喂也會加速水體的富營養化[4]，且高溫漁業生物活躍期更多代謝廢物的排放以及內源底質的釋放等也導致水體中營養物質含量的進一步提升。特別是在魚類快速生長期的7、8月份，過量的投喂、魚類代謝廢物的排放、內源底質釋放及周邊面源污水排放[16]等導致較高的CODMn含量及富營養化程度。而8月前伴隨東平湖氣溫和水溫的上升，以及隨湖泊水體營養物質的逐漸積累，水體中浮游生物快速繁殖、生長，細胞密度增大，Chl-a含量也逐步增加。之后，伴隨腐敗菹草的逐步釋放和溫度降低后餌料投喂的減少、漁業生物排放量的降低以及水域生態系統趨于穩定，水體中營養物質含量逐步降低，逐漸恢復至輕度富營養化狀態。

3.2 東平湖漁業生產的影響

漁業生產期間，東平湖不同漁業利用水域的水體綜合營養狀態指數為D3＜D1＜D4＜D2，但相互間差異不顯著（表 4，P＞0.05）。陳影影等[17]依據百年來沉積環境的變化，將東平湖環境變化分為1889—1938年、1938—1965年、1965—2000年和 2000年以后等4個階段，認為2000年后隨著經濟社會的快速發展，工農業廢水和生活污水大量排入，及湖區人工養殖活動及對湖沙的開采力度加大，東平湖沉積呈逐年上升。與之對應，自20世紀90年代[18]特別是進入21世紀以來[19]，人類捕撈及養殖等活動日趨活躍，東平湖周邊經濟社會的快速發展，大量外源廢水與污水的匯入，水體中N、P等營養元素的大量富集和積累。不合理的漁業發展污染水體，加速了水體富營養化[20]。以上長期環境的對比分析結果表明，漁業作業方式的變化及其水域周邊經濟社會的發展均顯著影響東平湖水域的環境狀況。雖然在本調查研究中，不同漁業水域的水環境質量間并無顯著的差異，可能是當前的漁業利用強度不足以引起區域水環境質量的巨大差異，或敞水區良好的水交換條件抵消了局部水域的物質積累效應。

同時，低質飼料的大量投喂會加速了水體的富營養化[4]，調查中不同漁業水域的水質變化也與漁業生產事件呈現出時間上的吻合。在養殖前期的5月，不同漁業水域均為水質狀況較好的中營養狀態；雖然隨后的6月總體仍為中營養，但人工投喂較早的D4水域已呈現輕度富營養化，與該水域較早投喂的事實吻合；7月除D1水域為中營養外全部為輕度富營養，其中D1水域為入湖口濕地保護區深水區，前期較少菹草生長且無漁業養殖，另外3處水域水質的惡化可能與湖區大量菹草集中腐敗[13]后的營養鹽逐步釋放有關，但也呈現出與3處養殖水域逐步投喂的相關；8月，在D3、D4養殖水體綜合營養狀態指數穩中稍降的同時，入湖口D1和湖濱帶D2水體綜合營養狀態指數繼續升高，且D2水域加重到中度富營養，可能與湖泊水體間的交換及外部面源污染和沉積物的釋放等有關；至9月，各水體基本穩定下降到輕度富營養，D3水域甚至降為中營養。可見，隨著逐步實施漁業生產，增養殖水域逐步出現水質的富營養，而伴隨時間的推移該區域差異有所減弱，可能與湖泊水體良好的水交換條件有關。雖然東平湖水體僅存在一定程度的局部富營養問題，但仍應加強對漁業生產的監管和水域生境的保護。