东平湖渔业水域水环境质量分析

董贯仓，李秀启，刘超，朱士文，师吉华，冷春梅

（山东省淡水渔业研究院，山东省淡水水产遗传育种重点实验室，山东 济南 250013）

东平湖位于山东省泰安市东平县，是山东省第二大淡水湖和南水北调东线工程的调蓄水库，承担着分滞黄河洪水和接纳大汶河水的重任，是“南水北调”与“西水东送”的重要枢纽和重要渔业生产基地[1]。东平湖水环境状况直接影响着国家水资源配置运营的安全。

我国湖泊水产养殖面积大、产量高，大致经历了“天然捕捞-资源增养殖-规模型网围养殖”的历史发展过程，为解决“吃鱼难”的问题做出了重要贡献[2]。但是，鱼类作为大多数水体中的顶级消费者，渔业生产势必改变水体中生物（特别是饵料生物）群落结构，影响水体营养状态及水平、系统结构和功能等，故而备受关注。师吉华等[3]对南四湖渔业水域的研究发现，网围养殖区水生植物、底栖动物等生物量显著减少；人工投喂、养殖生物的排泄以及水生植物减少等导致养殖区营养物质含量升高；吴瑞金[4]也认为，随着渔业生产方式的改变，大量投喂鱼糜、低质饲料和使用化肥等加速了湖泊水体的富营养化，对水体环境造成极大的负面影响。而刘建康和谢平[5]对武汉东湖的长期调查研究发现，鲢Hypophthalmichthys molitrix、鳙 Aristichthys nobilis可以作为富营养化水体的操纵生物，控制蓝藻的生长，并提出了非经典的生物操纵法；Liang等[6]也认为，滤食性鱼类大量摄食藻类和细菌可有效去除水中部分营养盐。诸多观点的差异与实验条件和方法有关，也可能受鱼类种类和放养密度等影响[7,8]。近年来，随区域工农业生产，尤其是工业废水排放，东平湖水质恶化[9]，局部地区处于极富营养化状态[10]。而调水水质决定着调水工程的实际效益。工程的实施使原有投喂式养殖等渔业方式转型，取消网箱投喂养殖和发展大湖网围养殖等方式，这对改善水质有一定有利影响，但其长期效果及规模仍有待进一步验证。为此，2015年在渔业生产期间，调查监测了东平湖不同渔业水域的水质现状，探讨渔业生产对水体生境的影响，为发展可持续湖泊渔业及保障南水北调东线水质安全提供参考。

1 材料与方法

1.1 站位设置

东平湖（35°30'～36°20'N，116°00'～116°30'E）位于山东省东平县境内，总面积627 km2（其中新湖区418 km2，老湖区209 km2）。依据渔业生产现状并结合水域水文特征，在东平湖内设立大清河入湖口（D1）、安山湖滨带（D2）、老湖镇养殖区（D3）及银山养殖区（D4）等4个典型采样站位（图1），于渔业生产前期的5月和鱼类快速生长6—9月监测了各站位水环境质量状况。

1.2 样品采集及分析

用5L有机玻璃采水器，按照《水质湖泊和水库采样技术指导》（GB/T14581-1993）的要求采集和保存表面0.5m深水样。监测指标包括现场测定的水温（WT）、透明度（SD）、溶解氧（DO）、水深（h）等以及现场固定室内检测的高锰酸盐指数（CODMn）、硝氮（NO3--N）、亚硝氮（NO2--N）、氨氮（NH4+-N）、总氮（TN）、活性磷酸盐（PO43--P）、总磷（TP）和叶绿素 a（Chl-a）等。SD采用赛氏盘测定，DO和WT采用YSI-MP556型水质仪现场测定；其他各监测指标主要参照《水环境监测规范》（SL219-2013）和《湖泊富营养化调查规范》中的方法分析测定，而叶绿素a则采用荧光叶绿素法进行测定。

图1 东平湖水样采集站位，Fig.1 The sampling sites in Dongping Lake

评价方法参照地表水环境质量标准（GB3838-2002）Ⅲ类标准进行单因子分析和《湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规定》中的TLI综合营养状态指数法。

1.3 数据统计及分析

利用SPSS16.0软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 东平湖不同渔业水域生产概况

自20世纪80年代以来，东平湖长期坚持“以养为主，养殖、捕捞、加工并举”的渔业方针；至2005年实施增殖放流恢复湖区渔业资源，逐步取消网箱投饲养殖，转而发展生态渔业。当前，东平湖渔业养殖区以网围、网箱养殖为主，主要养殖种类有鲤Cyprinuscarpio、草鱼Ctenopharyngodonidellus、鲂Megalobrama skolkovii、青鱼 Mylopharyngodon piceus、鲢、鳙、河蟹Eriocheir sinesnsis等。依据湖区渔业生产调研结果，网围投喂饲料约26 kg/ha，产量约17.3 kg/ha；网箱养殖鲤、草、鲢、鳙等，每口网箱投饵量约3 000 kg、产鱼约2 000 kg，滤食性网箱每口产鱼约300 kg。受前期渔业生产规划及生产传统等影响，东平湖水域渔业生产方式存在一定的空间差异。调查中，D1位于大汶河入湖口湿地保护区，仅捕捞而无养殖，但稍远处有家禽养殖活动；D2位于安山湖滨带网围及网箱养殖区间，近堤为成片鲢鳙养殖网箱，稍远为草鱼、鲤和鲢鳙为主的围网养殖区，初期以天然饵料为主，后期投喂草鱼人工配合饲料；D3位于老湖镇养殖区的主养草鱼网围内，兼养一定数量鲤和少量鲢鳙，该区投喂稍早于D2；D4位于银山养殖区的主养草鱼网围内，投放少量鲤和鲢鳙，投放草鱼较多且规格不一，7月后轮捕上市。

2.2 东平湖水域水质状况分析

2.2.1 不同时间水质比较分析

5—9月间东平湖渔业水域的水环境质量状况见表1；根据渔业利用及水域状况，建立不同水环境指标间的相关矩阵分析（表2）。

（1）水深

除航道水域外东平湖平均水深为1.76 m，是典型的浅水型湖泊；除6月南水北调工程调水外无有效水源补给，年内水深下降明显，季节变化由低到高依次为：9月＜8月＜7月＜5月＜6月。

（2）透明度

东平湖水体SD变化范围为0.30～1.00 m，平均为0.48m。水体SD与水温显著负相关（表2，P＜0.05），随时间推移先降低后升高（7月＜9月＜6月＜8月＜5月）。

（3）溶解氧

东平湖水体DO含量变化范围为4.60～9.70 mg·L-1，平均为 6.82 mg·L-1，基本达到地表水 II类标准。水体DO含量随时间推移先降低后升高，季节变化趋势为8月＜9月＜7月＜6月＜5月，与水体透明度 SD 呈显著正相关（表 2，P＜0.05）。

（4）高锰酸盐指数

东平湖水体CODMn变化范围为3.8～10.0 mg·L-1，平均为6.58 mg·L-1，属地表水IV类水质标准，超III类水质标准9.58%。由表1可以看出，东平湖水体CODMn先升高后降低（5月=9月＜6月＜8月＜7月），与水温呈极显著正相关（P＜0.01）。其中，夏季7月、8月的水体CODMn属地表水IV类水质，其他月份均属地表水III类水质，7月较III类水质超标37.5%，显著高于其他月份（P＜0.05）；8月较III类水质超标25.8%，显著高于5月和9月（P＜0.05）。

（5）N、P营养盐

N、P等营养物质为水域生态系统中的基础营养物质，其存在形式和数量影响着湖泊生态系统状况。由表1可知，东平湖水体TN含量变化范围为0.182～1.231 mg·L-1，平均为 0.551 mg·L-1，属地表水III类水质，氨氮、亚硝氮、硝氮和有机氮分别占TN的47.21%、1.23%、18.67%和32.90%，氨氮是含氮营养盐的主要存在形式。相关矩阵分析结果也表明，氨氮与TN呈极显著正相关（表2，P＜0.01）。TN含量的季节差异显著，变化趋势为5月＜6月＜7月＜9月＜8月，8月TN含量显著高于其他月份（P＜0.05），属地表水IV类水质，较III类水质超标3.8%；5月、6月、7月为II类水质，9月为III类水质。

东平湖水体TP含量变化范围为0.000～0.211 mg·L-1，平均为 0.050 mg·L-1，属地表水 IV 类水质，较III类水质标准超标0.10%。磷酸盐占TP的25.77%，有机磷可能为TP的主要存在形态，但磷酸盐与TP呈极显著正相关（P＜0.01）。TP含量的季节差异显著，变化趋势为9月＜5月＜6月＜7月＜8月，除9月外变化趋势与TN基本一致。其中，8月TP含量高于其他月份，并显著高于5月和9月（P＜0.05），属地表水V类水质，较III类水质超标138%；5月、6月、7月为III类水质，9月为I类水质。

东平湖水体氮磷比平均为11，依据以往TN/TP＞14的情况下磷是藻类生长的限制性因素的研究结果，东平湖整体上为氮限制性水体。但是，9月的东平湖水体氮磷比高达60，在个别阶段呈现出磷限制状态。

（6）叶绿素a

东平湖水体Chl-a含量变化范围为3.85～114.34 μg/L，平均为 21.19 μg/L（表 1）。水体Chl-a含量与CODMn、TN和TP含量呈极显著正相关（表 2，P＜0.01），其季节变化趋势为 5月 ＜6月 ＜7月＜9月＜8月，夏秋季较高，春季较低。

（7）富营养化评价

相关加权综合营养状态指数法评价结果表明，东平湖水体总体为轻度富营养化（表3）。不同时间，东平湖水体综合营养状态指数变化趋势为：5月＜6月＜9月＜7月＜8月，随着时间的推移，东平湖由中营养逐渐转变为轻度富营养至中度富营养，最后又降为轻度富营养。

表1 东平湖水质的时间差异Tab.1 Temporal variation in water quality in Dongping Lake

表2 东平湖水环境指标的相关性矩阵分析Tab.2 Correlation matrix of different water quality parameters in Dongping Lake

表3 东平湖水体营养状态评价Tab.3 Comprehensive assessment of trophic level in Dongping Lake

2.2.2 不同渔业水域水质比较分析

（1）水质状况分析

由表4可知，不同渔业水域的水质不同，水体SD 为 D2＜D4＜D1＜D3，DO 含量为 D3＜D1＜D4＜ D2，CODMn为D4＜D1＜D3＜D2，TN 含量为 D1＜D2＜D4＜D3，TP 含量为 D3＜D4＜D1＜D2，Chl-a含量为 D1＜D3＜D4＜D2，但不同水域的各水质指标间无显著差异（P＞0.05）。CODMn仅D4水域为III类水质，其他水域为IV类水质；TN含量为D4水域为II类水质，其他水域为III类水质；TP含量除D1为II类水质外，其他水域均为IV类水质。4处不同渔业水域的氮磷比分别为8、8、29和10，除D3水域呈现磷限制外，其他水体均呈氮限制状态。

表4 东平湖不同渔业水域水环境质量状况Tab.4 Water quality in different fishery areas of Dongping Lake

（2）富营养化评价

由表3可知，东平湖4处不同渔业水域中，D1和D3为中营养、D2和D4为轻度富营养，总体为轻度富营养。养殖前期的5月，各水域均为中营养；6月总体为中营养，但D4水域开始呈现轻度富营养；7月除D1水域为中营养外，其余3处均为轻度富营养；8月D3、D4水域综合营养状态指数稳中稍降但仍为轻度富营养，D1和D2水域综合营养状态指数则继续升高，且D2水域达到中度富营养；至9月，各水域基本稳定下降到轻度富营养，且D3水域降为中营养。

3 讨论

3.1 东平湖水质状况分析

本调查发现，东平湖水体CODMn、TN和TP含量分别为 6.58 mg·L-1、0.551 mg·L-1和 0.050 mg·L-1，总体为轻度富营养且水体综合营养状态指数季节变化趋势为5月＜6月＜9月＜7月＜8月；参照南水北调东线工程水质要求的地表水III类水质标准，东平湖水体主要有CODMn和TP分别超标9.58%和0.10%。N、P等营养物质的过剩会导致湖泊的富营养化，进而破坏湖泊生态平衡[11]。东平湖水质的影响因素众多，受到包括工业污染、城市污染、养殖业、农业面源污染等内外源物质输入的影响，并表现出与湖区水生生态系统季节波动的关联。调查中，东平湖水体透明度随时间的推移先降低后升高（7月＜9月＜6月＜8月＜5月），与湖泊水生植物的季节生长密切有关。王明华等[12]认为沉水植物可显著增加水体透明度，调查中5月菹草Potamogeton cripus为东平湖水生维管束植物的优势种群，并覆盖了80%以上的湖面[13]，水体SD（74.5 cm）显著高于其他月份（表1，P＜0.05）；5月下旬后菹草开始衰亡和腐烂分解，水生态环境逐步恶化，湖水透明度急剧降低[13]，而适宜温度下藻类的大量繁殖生长进一步导致透明度的降低，至7月降至最低（33.75 cm）；其后，伴随其他水生植物的逐步生长及藻类群落的趋于稳定，水体SD逐步回升。而水体DO含量也表现出与水生植物的密切相关，并与水体SD呈现显著正相关（表2，P＜0.05），其季节变化趋势为8月＜9月＜7月＜6月＜5月。在湖泊菹草生长旺盛的5月份[13]，东平湖水体DO含量显著高于其他月份；其后随着菹草腐烂和水环境恶化[13]，加之水中悬浮粒子遮挡对沉水植物光合作用的影响[14]，水体DO含量逐步降低。此外，水体DO含量还受到其他水生态因子的制约，在夏秋处于活跃期的水中生物消耗了大量水体溶氧，并且高等水生植物量相比春季有所降低，导致调查中6月以后水体DO量的降低。

调查期间，东平湖水体中TN、TP等营养物质的峰值均出现在8月（表1）。大汶河在汇集流域内地表径流的同时，也运载了沿途排放的各类工业废水和生活污水，是影响东平湖水质的重要污染源[10]。虽然在调查期间，大汶河无规模水量汇入，但汛期入湖水量仍有所增加，另地表径流也带来企业废水及城镇生活污水。CODMn作为水体有机污染的综合反映，吴伟等（2006）认为水体CODMn与水温显著正相关，并随水中生物活动的加剧而升高[15]。本调查也表明，东平湖水体CODMn先升高后降低（5月=9月＜6月＜8月＜7月），与水温呈极显著正相关（P＜0.01）。N、P等营养物质为水域生态系统中的基础营养物质，其存在形式和数量与水生生物密切相关，而Chl-a为各种植物性营养元素的综合效应和水体中藻-菌-水草等对资源的相互竞争和相互制约的综合结果。调查中水体Chl-a含量季节变化趋势为5月＜6月＜7月＜9月＜8月，与水体CODMn、TN和TP含量表现出极显著正相关（P＜0.01）。此外，综合营养状态指数作为湖泊外源营养物质汇入及其水生生态系统对营养物质利用影响的综合反映，东平湖水体综合营养状态指数变化趋势为5月＜6月＜9月＜7月＜8月，随时间推移由中营养逐渐转变为轻度富营养至中度富营养，最后又降为轻度富营养。调查期间，养殖前期的5月由于菹草覆盖80%以上的湖面[13]，水体中营养物质含量及Chl-a含量均较低。5月下旬后菹草死亡及枯竭腐烂，湖泊水环境逐步恶化[13]，水体富营养化程度逐步升高。虽然调查期间除6月南水北调调水外东平湖基本无规模水源补给，但汛期难免周边工业废水及城镇生活污水的汇入，同时低质饲料的大量投喂也会加速水体的富营养化[4]，且高温渔业生物活跃期更多代谢废物的排放以及内源底质的释放等也导致水体中营养物质含量的进一步提升。特别是在鱼类快速生长期的7、8月份，过量的投喂、鱼类代谢废物的排放、内源底质释放及周边面源污水排放[16]等导致较高的CODMn含量及富营养化程度。而8月前伴随东平湖气温和水温的上升，以及随湖泊水体营养物质的逐渐积累，水体中浮游生物快速繁殖、生长，细胞密度增大，Chl-a含量也逐步增加。之后，伴随腐败菹草的逐步释放和温度降低后饵料投喂的减少、渔业生物排放量的降低以及水域生态系统趋于稳定，水体中营养物质含量逐步降低，逐渐恢复至轻度富营养化状态。

3.2 东平湖渔业生产的影响

渔业生产期间，东平湖不同渔业利用水域的水体综合营养状态指数为D3＜D1＜D4＜D2，但相互间差异不显著（表 4，P＞0.05）。陈影影等[17]依据百年来沉积环境的变化，将东平湖环境变化分为1889—1938年、1938—1965年、1965—2000年和 2000年以后等4个阶段，认为2000年后随着经济社会的快速发展，工农业废水和生活污水大量排入，及湖区人工养殖活动及对湖沙的开采力度加大，东平湖沉积呈逐年上升。与之对应，自20世纪90年代[18]特别是进入21世纪以来[19]，人类捕捞及养殖等活动日趋活跃，东平湖周边经济社会的快速发展，大量外源废水与污水的汇入，水体中N、P等营养元素的大量富集和积累。不合理的渔业发展污染水体，加速了水体富营养化[20]。以上长期环境的对比分析结果表明，渔业作业方式的变化及其水域周边经济社会的发展均显著影响东平湖水域的环境状况。虽然在本调查研究中，不同渔业水域的水环境质量间并无显著的差异，可能是当前的渔业利用强度不足以引起区域水环境质量的巨大差异，或敞水区良好的水交换条件抵消了局部水域的物质积累效应。

同时，低质饲料的大量投喂会加速了水体的富营养化[4]，调查中不同渔业水域的水质变化也与渔业生产事件呈现出时间上的吻合。在养殖前期的5月，不同渔业水域均为水质状况较好的中营养状态；虽然随后的6月总体仍为中营养，但人工投喂较早的D4水域已呈现轻度富营养化，与该水域较早投喂的事实吻合；7月除D1水域为中营养外全部为轻度富营养，其中D1水域为入湖口湿地保护区深水区，前期较少菹草生长且无渔业养殖，另外3处水域水质的恶化可能与湖区大量菹草集中腐败[13]后的营养盐逐步释放有关，但也呈现出与3处养殖水域逐步投喂的相关；8月，在D3、D4养殖水体综合营养状态指数稳中稍降的同时，入湖口D1和湖滨带D2水体综合营养状态指数继续升高，且D2水域加重到中度富营养，可能与湖泊水体间的交换及外部面源污染和沉积物的释放等有关；至9月，各水体基本稳定下降到轻度富营养，D3水域甚至降为中营养。可见，随着逐步实施渔业生产，增养殖水域逐步出现水质的富营养，而伴随时间的推移该区域差异有所减弱，可能与湖泊水体良好的水交换条件有关。虽然东平湖水体仅存在一定程度的局部富营养问题，但仍应加强对渔业生产的监管和水域生境的保护。