千岛湖水体营养盐时空变化及水环境挑战

朱广伟，程新良，吴志旭，史鹏程，朱梦圆，许 海，国超旋，赵星辰

1. 中国科学院南京地理与湖泊研究所千岛湖生态系统研究站，江苏 南京 210008

2. 杭州市生态环境局淳安分局，浙江 杭州 311700

我国水库控制的水资源量超过湖泊，在城市供水等水资源保障中发挥着极其重要的作用. Yang等[1]通过遥感手段估算了2013年我国水库及湖泊的水资源量，发现水库水资源量已达天然湖泊的3倍. 水利部发布的《2020年中国水资源公报》显示，我国705座大型水库和3 729座中型水库的蓄水量为4 358.7×108m3，而同期监测的62个湖泊的蓄水量仅为1 423.6×108m3.许多水库承担了重要城市的供水功能. 因此，水源地水库的水质安全风险及其影响因素成为地表水生态环境领域中研究的重要内容.

营养盐超标及其引发的蓝藻水华、水质异味等问题是我国水库水源地的主要威胁. 如肖喆等[2]调查发现，生活污水带来的氨氮入库强化了长潭水库的拉氏拟柱孢藻异常增殖问题；Zong等[3]通过遥感手段反演了1990-2016年长江中下游10个水库的蓝藻水华状况，结果显示这些水库的蓝藻水华强度均呈增加趋势；Su等[4-5]调查了北京市密云水库及上海市青草沙水库，均发现部分水域阶段性出现2-甲基异莰醇(2-MIB)等嗅味物质；王敏等[6]于2015年调查了秦皇岛市洋河水库的微囊藻毒素，发现7月水库微囊藻毒素浓度最大值可达10.99 μg/L，对水库饮水安全构成威胁. 2016年暴雨之后的持续高温晴热引发了富春江水库发生蓝藻水华[7]. 因此，揭示大型水库中营养盐浓度与藻类异常增殖之间的联系至关重要.

水库的异味物质风险与富营养化、藻类水华密切相关. 美国Alabama州某水库发生水质异味事件，Olsen等开展了异味产生的模拟试验，发现只有同时添加氮磷时，才会引发水体蓝藻生物量增加，产生高浓度2-MIB[8]，表明异味物质的产生与营养盐升高联系密切. Wu等[9]在2019年夏季调查了我国7个主要水库水源地中的异味物质，发现水库中2-MIB的浓度与水体浮游植物叶绿素a(Chla)浓度呈显著相关.因此，控制水库氮磷等营养盐浓度、预防水库藻类异常增殖，是保障水库水源地水质安全的前提.

千岛湖是我国华东地区最大的水库，是长三角战略水源地和生态环境部重点监管湖库之一. 但是千岛湖的营养盐达标问题，特别是磷的达标问题长期困扰着水库环境治理与管理. 自2019年9月千岛湖开始向杭州市供水，并部分供给嘉兴地区，成为上千万人口的饮用水源. 1998-1999年千岛湖发生过一定规模的蓝藻水华[10]，2016年以来，在库尾街口断面附近多次发生过蓝藻水华现象[11]，存在较高的富营养化风险. 遥感监测表明，30年来，千岛湖水体透明度呈下降趋势[12]，流域建设用地比例增加[12]，山区坡地茶果园开发对水库的污染风险加剧[13-14]，农业生产中化肥使用对湖体氮水平的影响甚大[15]，底泥中有机氯农药累积增加[16]. 区域气候变化对千岛湖水体理化环境也产生了一定影响，导致湖泊生态系统更为脆弱，气温升高导致湖体水温分层加剧[17]，底层缺氧现象有加重趋势[18]；暴雨过程引发大面积的高浊度羽状流，对千岛湖水质产生冲击[19]，同时引发有机物的组分发生变化[20-21]，可能引发生态系统的转变. 此外，千岛湖生态系统中初级生产者转化效率较低，食物链趋于简单，生态系统脆弱[22]，也导致水质灾变的风险较高.

为进一步了解千岛湖水体氮磷浓度等关键水质指标及藻类生物量的时空变化特征，厘清千岛湖水环境保护的关键挑战，2020年5月-2021年4月开展了逐月水质及藻类加密监测，分析了千岛湖关键水环境指标的时空分布特征及驱动机制，以期为千岛湖水环境保护提供科技支撑.

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

千岛湖地处浙江省杭州市淳安县，是1957年开建、1959年9月21日截流蓄水的新安江水库. 千岛湖库尾新安江段在街口以上隶属安徽省黄山市歙县，自省界向西北至歙县瀹潭村妹滩电站大坝，河长45 km(见图1)，称为千岛湖水库的“安徽段”；水库大坝在建德市境内，设计水位108 m，库容178.6×108m3，水面面积573.33 km2，平均水深31.13 m，最大水深100 m，死水位线为86 m[23].

图 1 千岛湖流域水系及采样点布设Fig.1 Hydrographic chat and sample sites of Qiandaohu Reservoir

千岛湖流域总面积11 452.5 km2，其中，安徽省黄山市境内面积5 856.1 km2，宣城市绩溪县境内面积880.7 km2；浙江省境内流域面积4 715.7 km2. 流域地貌以山地丘陵为主，植被覆盖率在80%以上(见图1)，多年平均降雨量1 733 mm. 截至2020年，千岛湖流域户籍人口212.2×104人. 生态环境部在千岛湖设置了6个国控水质断面，分别为街口、小金山、航头岛、茅头尖、三潭岛和大坝前(见图1).

1.2 调查方案

将千岛湖水面划分为7个区域，分别为新安江安徽段(AH)、西北库湾(NW)、东北库湾(NE)、中心库区(C)、西南库湾(SW)、城中湖(LC)及东南库湾(SE)(见图1)，各区分别布设5、17、12、12、25、9、20个采样点，共计100个. 于2020年5月-2021年4月每月下旬采样.

各采样点根据不同水深进行分层采水：①水深小于10 m，采1层，水下0.5 m处；②水深小于20 m，采3层，分别为水下0.5 m处、Chla浓度最大层(一般在1～5 m处)、近底层(一般在泥上2 m处)；③水深大于30 m，采4层，增加了温跃层以下的滞水层(一般在15～30 m处，泥上10 m以上). 现场用超声波测深仪(LT-SSH型，成都西部仪器自动化工程有限公司)获得水深，用YSI多参数水质仪(EXO型，黄石仪器公司，美国)获得水温(WT)、溶解氧(DO)、Chla剖面分布，用塞氏盘测定水体透明度(SD).

浮游植物样品在Chla浓度最大层采集. Chla浓度最大层确定方法：现场先用YSI多参数水质仪及野外藻类分析仪(BBE，德国)测定垂向水质、藻类等参数剖面，现场导出数据，根据Chla浓度垂向剖面变化找到Chla浓度峰值深度，定为Chla浓度最大层.如果Chla浓度垂向变化平坦，没有峰值，则根据经验采集水下5 m处水样.

1.3 指标分析方法

水样上岸后立即过滤，滤膜为Whatman公司的GF/F膜，孔径0.7 μm左右. 滤前样、滤后样分别冷藏保存，滤前样用于测定总氮(TN)、总磷(TP)浓度和高锰酸盐指数(CODMn)，滤后样用于测定溶解性总氮(DTN)、溶解性总磷(DTP)以及氨氮(NH3-N)、硝态氮(NO3-N)、亚硝态氮(NO2-N)和反应性活性磷(FRP)的浓度；滤膜物质冷冻后提取测定Chla浓度. TN、DTN浓度分别采用碱性过硫酸钾氧化、紫外分光光度法测定[24]，TP、DTP浓度分别采用碱性过硫酸钾氧化、钼酸氨-酒石酸锑钾-抗坏血酸显色法测定[24]，NH3-N、NO3-N、NO2-N、FRP浓度采用流动注射法(Skalar流动注射分析仪，荷兰)测定，CODMn采用高锰酸钾氧化还原滴定法测定，Chla浓度采用热乙醇提取、分光光度法测定[25].

浮游植物群落结构鉴定时，将2 L Chla浓度最大层采集的水样现场用鲁哥试剂固定，带回实验室沉降48 h后，浓缩至30 mL，用光学显微镜于10×40倍下鉴定、计数，根据近似几何图形及经验体积公式估算出单位体积的生物量. 种类鉴定主要参考《中国淡水藻类-系统、分类及生态》等[26-27].

1.4 数据处理方法

千岛湖街口、小金山、三潭岛及大坝前4个国控断面的TN、TP浓度数据来自杭州市生态环境局淳安分局. 数据处理通过Microsoft Excel和R 4.0.5完成；图件制作采用ArcGIS 10.2及R 4.0.5完成.

2 结果与分析

2.1 水体磷浓度的时空变化

千岛湖全库100个采样点TP浓度逐月分区平均值如图2所示. 结果显示，TP浓度时空差异较大.空间上安徽段TP浓度显著较高，年均值为0.052 mg/L，而淳安县境内6个湖区平均值为0.019 mg/L，其中西北库湾、中心库区、东北库湾、西南库湾、东南库湾、城中湖TP浓度年均值分别为0.031、0.018、0.017、0.017、0.015、0.021 mg/L. 由于此次调查包含底层水样，而且样品预处理方法也采用湖泊生态系统观测方法的通用做法，未经沉降处理，会包括更多的颗粒物，因此此次调查数据略高于生态环境部门的常规监测值.

图 2 2020年5月-2021年4月千岛湖各湖区水体TP浓度Fig.2 Total phosphorus concentration in different zones of Qiandaohu Reservoir from May 2020 to April 2021

TP浓度年均值的空间变化既反映出了上游来水的贡献，如沿新安江主航道方向，安徽段、西北库湾、中心库区、西南库湾TP浓度连续下降；同时也反映出城镇对周边水域磷浓度的影响，如城中湖TP浓度明显高于中心库区. 时间上，2020年5月-2021年4月的12个月中淳安县境内95个监测点的TP浓度月均值分别为0.023、0.021、0.030、0.021、0.025、0.018、0.013、0.014、0.014、0.019、0.020、0.016 mg/L，7月暴雨期TP浓度最高，秋冬季枯水期最低，月间相差超过1倍.

对比TP、DTP、FRP浓度(见图2)发现，千岛湖水体中颗粒态磷占比超50%. DTP浓度年均值为0.010 mg/L，FRP浓度年均值为0.004 mg/L，分别占TP的48%和19%，年均颗粒态总磷(PP)占比为52%.DTP浓度年变化趋势与TP浓度具有较好的一致性，2020年5月-2021年4月的12个月中，淳安县境内95个采样点的月均值依次分别为0.007、0.007、0.019、0.015、0.013、0.006、0.004、0.008、0.008、0.009、0.006、0.006 mg/L，按照春季(3-5月)、夏季(6-8月)、秋季(9-11月)、冬季(12月-翌年2月)统计，DTP/TP(二者浓度之比)分别为32%、57%、39%、54%. 夏季TP浓度最高，而DTP占比也最高，这与夏季暴雨携带磷更多是颗粒态的预期并不一致.

2.2 水体氮浓度的时空变化

调查期间100个监测点的全年TN浓度平均值为0.92 mg/L，其中安徽段为1.60 mg/L，淳安县境内千岛湖95个监测点位为0.89 mg/L，时空差异明显(见图3). 淳安县境内的西北库湾、中心库区、东北库湾、西南库湾、东南库湾及城中湖的年均值分别为1.18、0.92、0.88、0.73、0.83、0.89 mg/L，沿新安江主航道方向呈逐步下降趋势. 但是与磷不同，TN的最低值不在东南库湾，而是西南库湾.

图 3 2020年5月-2021年4月千岛湖各湖区水体TN浓度Fig.3 Total nitrogen concentration in different zones of Qiandaohu Reservoir from May 2020 to April 2021

淳安县境内95个监测点2020年5月-2021年4月TN浓度依次分别为0.96、1.00、0.96、0.77、0.86、0.85、0.81、0.84、0.81、0.83、1.00、0.98 mg/L，春、夏、秋、冬四季淳安县境内水域TN浓度平均值分别为0.98、0.91、0.84、0.83 mg/L，呈逐季度下降趋势. 这既体现了春耕、夏播等农业活动对氮面源的贡献，也与千岛湖流域雨、肥同季的气候背景吻合. 城中湖春、夏、秋、冬四季TN浓度平均值分别为0.87、0.96、0.90、0.83 mg/L，夏季显著高，秋季也高于春季，与该水域受城市面源氮污染较重有关.

与磷不同，千岛湖水体氮主要以溶解态存在.100个监测点位中，DTN、NO3-N、NH3-N、NO2-N浓度年均值分别为0.76、0.588、0.038、0.010 mg/L，分别占TN的83%、64%、4%、1%. 颗粒态氮(PN)及溶解性有机氮(DON)在TN中占比分别为17%、13%.安徽段、西北库湾、中心库区、东北库湾、西南库湾、东南库湾、城中湖的NH3-N浓度年均值分别为0.089、0.046、0.033、0.032、0.039、0.028、0.030 mg/L，高值区与农业活动强烈区相吻合. NH3-N浓度的季节性变化与TN、NO3-N等不同，其高值期出现在秋季，春、夏、秋、冬四季平均值分别为0.041、0.028、0.055、0.028 mg/L，成因有待深入研究.

2.3 浮游植物Chla浓度的时空变化

全库所有层位水样Chla浓度平均值为5.1 μg/L，其中安徽段为11.4 μg/L，淳安县境内为4.8 μg/L，西北库湾、中心库区、东北库湾、西南库湾、东南库湾及城中湖分别为7.8、3.6、5.1、4.9、3.0及4.7 μg/L. 但由于浮游植物在水柱中分层明显[28-29]，下层水体中Chla很低. 因各区水深不同，使用垂向多层平均值时，深水区平均值会被明显拉低，可比性差. 因此，进一步对千岛湖Chla浓度时空变化分析时，只考虑Chla浓度最大层的数据(见图4)，以反映浮游植物季节性增殖差异.

Chla浓度的时空变化与TN、TP明显不同(见图4).在空间上，安徽段与西北库湾的差异变小，除秋末及冬季的4个月外，西北库湾Chla浓度中位值均高于安徽段. 年均值方面，安徽段、西北库湾、中心库区、东北库湾、西南库湾、东南库湾及城中湖的Chla浓度最大层的Chla浓度年均值分别为13.2、12.5、7.3、6.8、6.6、5.6、8.5 μg/L. 与氮、磷情况不同，城中湖Chla浓度年均值超过了中心库区.

3-9月藻类生长旺盛期，安徽段水体Chla浓度均低于西北库湾段(见图5)，而夏季安徽段Chla浓度为4.1 μg/L，更是低于整个淳安县境内水域平均值(13.7 μg/L). 这表明淳安县境内藻类长势好于安徽段.

2.4 浮游植物群落结构时空变化

周年调查期间共鉴定出浮游植物8门89属132种，其中绿藻门64种，硅藻门32种，蓝藻门20种，裸藻门4种，甲藻门4种，隐藻门4种，金藻门3种. 根据McNaughton优势度指数大于0.02的原则，确定优势属17属，分别为蓝藻门的鞘丝藻属(Lyngbya)、假鱼腥藻(Pseudoanabaena)、束丝藻属(Aphanizomenon)、长孢藻属(Dolichospermum)和微囊藻属(Microcystis)，硅藻门的曲壳藻属(Achnanthes)、脆杆藻属(Fragilaria)、小环藻属(Cyclotella)、针杆藻属(Synedra)和直链藻属(Melosira)，绿藻门的卵囊藻属(Oocystis)、栅藻属(Scenedesmus)、纤维藻属(Ankistrodesmus)、空星藻属(Coelastrum)和衣藻属(Chlamydomonas)，以及隐藻门的蓝隐藻属(Chroomonas)和隐藻属(Cryptomonas). 全年来看，蓝藻门的5种水华属生物量占比较高.

图 4 2020年5月—2021年4月千岛湖各湖区水体Chla浓度最大层的Chla浓度Fig.4 Chla concentration in maximal Chla layer of different zones in Qiandaohu Reservoir from May 2020 to April 2021

图 5 2020年5月—2021年4月千岛湖各湖区Chla浓度最大层Chla浓度的变化Fig.5 Average Chla concentration in maximal Chla layer of different zones in Qiandaohu Reservoir from May 2020 to April 2021

调查期间，全库年均Chla浓度最大层浮游植物生物量(PB)为2.396 mg/L，其中安徽段PB平均值为2.661 mg/L，淳安县境内为2.382 mg/L，总体差别不大(见图6). 西北库湾、中心库区、东北库湾、西南库湾、东南库湾、城中湖的年均值分别为3.513、1.862、2.470、1.740、2.051、3.688 mg/L，与Chla浓度反映的情况类似. 不同之处是，PB以城中湖为最高，其次是西北库湾，且两库湾均高于安徽段，这进一步表明了水库藻类生长情况与营养盐浓度的不一致性.此外，PB最低值出现在西南库湾，东南库湾PB平均值甚至高于中心库区，应当引起关注. PB月变化(见图6)与Chla浓度月变化(见图5)存在差异，PB的峰值出现在2020年8月，而Chla浓度峰值出现在2021年4月，推测原因是藻类群落组成不同，不同藻类体内Chla含量存在差异. PB与Chla浓度不一致的现象在许多水体中都有发现.

图 6 2020年5月—2021年4月千岛湖各湖区Chla浓度最大层浮游植物生物量的月变化情况Fig.6 Monthly variation of average phytoplankton biomass in maximal Chla layer at different zones of Qiandaohu Reservoir from May 2020 to April 2021

在时间变化上，4-8月西北库湾PB均较高(见图6). 夏季3个月西北库湾的PB平均值为7.755 mg/L，显著高于安徽段(1.970 mg/L). 西北库湾秋季、冬季、春季PB平均值分别为1.576、0.827、3.893 mg/L，安徽段分别为1.612、3.306、3.756 mg/L，冬季安徽段显著高于西北库湾，春、秋季两个区域相近.值得关注的是，8月西北库湾、中心库区、东南库湾及城中湖同步出现了藻类生物量激增现象，4个库湾PB平均值达到10.915 mg/L，而其余11个月其平均值为1.542 mg/L，显示出藻类异常增殖问题的突发性.

不同湖区各藻门PB月变化如图7所示. 11月-翌年4月，安徽段水体硅藻占比最高；7月金藻门PB超过硅藻门，8-10月隐藻门PB最高；金藻门和隐藻门PB均超过硅藻门，全年未出现蓝藻门占比最高的现象. 蓝藻门生物量仅在8月达到了0.849 mg/L，而该月安徽段隐藻门生物量为2.235 mg/L，占绝对优势.

图 7 2020年5月-2021年4月千岛湖不同湖区各门藻类生物量的月变化情况Fig.7 Monthly variation of phytoplankton biomass of different phylum in 7 ecological zones in Qiandaohu Reservoir from May 2020 to April 2021

在淳安县境内的6个库区均出现了多个月份蓝藻占比最高的现象，特别是8-10月，大部分湖区生物量高值均为蓝藻门. 淳安县境内水域全年PB平均值为2.523 mg/L，其中蓝藻门PB平均值为1.059 mg/L，硅藻门为0.756 mg/L，比蓝藻门低29%；绿藻门生物量平均值为0.325 mg/L，隐藻门生物量平均值为0.245 mg/L，其余4个门PB年均值之和仅为0.138 mg/L. 因此，调查期间的夏秋季千岛湖出现了全库性蓝藻占优的现象. 中心库区、东南库湾及城中湖在8月蓝藻生物量增幅甚至高于西北库湾，更显著高于安徽段，表明即使在水质较好的东南库湾依然会发生蓝藻的阶段性激增现象. 蓝藻的激增过程似乎与营养盐的关系并不紧密，如水质最好的东南库湾8月的蓝藻生物量激增，城中湖8月的生物量激增，与两个库湾营养盐排放强度情况并不一致，这为大型深水水库蓝藻水华风险的预判提出了挑战.

3 讨论

3.1 水文过程对深水水库的水质冲击较大

与自然地貌形成长期滞水区的天然湖泊不同，水库是河流筑坝形成的较为短暂存在的静水水体. 这使得水库的水文过程往往与天然湖泊明显不同. 首先，水库一般存在较明显的单向流，从湖沼学特征上可明显分为河流区(riverine zone)、过渡区(transitional zone)及湖泊区(lacustrine zone)[30]，河流区水体交换快，热分层不稳定，外源入流过程对河段水质的影响起决定作用. 过渡区水体热分层相对稳定，外源输入颗粒物大量沉降，但由于仍受较强的外源冲击，水质的稳定性也相对较差. 湖泊区水体热分层稳定，浮游植物等初级生产者的生长往往受营养盐限制，内生有机质往往大于外源输入有机质. 在具体水库中，河流区、过渡区、湖泊区的界限并不固定，而是随着入流强度、湖盆形状、水深状况、季节变化等的不同而存在差异. 水文过程对分区的影响较大，是水库水质时空变化的重要驱动力.

调查期间千岛湖出现了历史罕见的暴雨，春、夏、秋、冬四季降雨量分别为506.8、1 095.6、367.8、86.8 mm. 春夏季的降雨量明显高于秋冬季. 相应地，春、夏、秋、冬四季全库平均TP分别为0.022、0.026、0.020、0.016 mg/L，与季度降雨量显著相关. 沿妹滩电站至大坝的新安江主流流向上，有24个监测点位. 不同季节随妹滩电站距离远近各监测点位TP浓度值变化如图8所示.

图 8 妹滩电站至大坝前沿程水体TP浓度的变化Fig.8 Change of TP concentration with distance down to Meitan Dam in Qiandaohu Reservoir

由图8可见，降雨量较大的夏季，TP沿程衰减明显滞缓，TP超过《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅱ类水浓度上限值(0.025 mg/L)的分布区域扩展到三潭岛断面，其他季节TP浓度高值则均出现在小金山断面之前. 在枯水期的冬季，Ⅱ类水浓度上限值的分布区域进一步收缩到街口断面. 这表明不同雨强和入流量条件下，千岛湖的混合区范围变化较大，势必对河、湖衔接处的水质断面达标率产生较大影响. 暴雨等水文过程对湖库水质的冲击现象在其他湖库也得到关注. Zhang等[31]发现，2013年10月6-8日台风菲特过境期间，太湖苕溪入口出现232.5 km2的高浊度羽状流，高浊度持续近2周. Mouri等[32]对日本Yahagi暴雨入流携沙量的模拟分析表明，水库绝大部分输沙来自几场暴雨. 黄诚等[33]观测了西安水源地金盆水库2019年8月和9月两次暴雨过程中水库水质指标的垂向变化，发现暴雨入流引起水库中下层营养盐含量明显升高，在入流过程的后期均出现了水库水质超标现象.

湖沼学分区方面，由于上游妹滩电站的存在，当水深超过20 m时，5-10月全库基本能维持稳定的水温分层，只有安徽段可以称为河流区，在接近街口断面时，水深已经超过20 m，暴雨很难彻底破坏其水温分层. 自街口至中心湖区，以及西北库湾入河口至该库湾中心、西南库湾的入湖口至该库湾中心，均属于过渡区. 其中整个西北库湾受安徽来水的冲击均较大，水体颗粒态磷沿程沉降作用明显(见图8). 其中，西北来水进入中心库区后很快达到沉降平衡，进入中心库区几公里后，水体TP浓度就接近下游平均值.中心库区的大部分水域、西南库湾一部分、东北库湾局部以及东南库湾、城中湖均属于水库的湖泊区. 当然，中心库区、西北库湾、西南库湾的湖泊区的面积大小受降雨入流强度的影响大，具体的湖泊区范围会在入湖河道河口前后的10 km内变动.

3.2 局部藻类水华风险高

千岛湖局部库湾发生的水华主要有两类-蓝藻水华、硅藻水华. 其中，1998-1999年连续2年发生过较大规模的蓝藻水华[10]，2016-2019年在西北库湾的街口断面至威坪之间也发生过小规模的蓝藻水华[11,34]，这些水华现象基本都出现在夏末秋初、雨季之后，这与蓝藻的生物学特点一致. 水华喜欢热[35-36]，例如，夏季百花湖水库藻类群落结构能够快速演变成以蓝藻为主的结构[37]. 千岛湖热容大、换水快、水温增加较慢，在春季因温度低不易形成蓝藻水华，但在梅雨之后，营养盐大量入库及伴随的高温晴热天气共同作用，往往诱发出蓝藻水华[7]. 第二类水华是硅藻水华. 硅藻总体而言适宜生长的温度要明显低于蓝藻，如朱广伟等[38]对溧阳天目湖6年的监测表明，天目湖硅藻大规模增殖的起始温度为16 ℃，当水温超过26 ℃以后，硅藻生物量大幅下降. 千岛湖的硅藻大规模增殖时间与天目湖相近，在西北库湾和其他主要入库河口区，甚至在中心库区，经常在3-5月形成硅藻水华，局部水域水体Chla浓度超过100 μg/L，对水色产生明显影响.

此次调查期间夏季千岛湖蓝藻水华异常增殖现象明显，甚至有蓝藻水华风险. 2020年8月东南库湾出现了显著高的蓝藻生物量峰值，整个库湾蓝藻生物量平均值达到6.571 mg/L，在总藻类生物量中占73%，该时期整个东南库湾的透明度平均值只有2.24 m，其中1/3的点位透明度低于2 m，表明藻类明显影响了水色. 蓝藻8月快速增加与6-7月异常强的降雨有关. 仅6月和7月的降雨量就达到980.1 mm，是该地区有观测气象以来的极值. 强降雨将更多的上游营养盐输移到东南库区，同时将西北库湾丰度较高的蓝藻门种源也输移过去，引起蓝藻生物量猛增. 到9月，该区域蓝藻生物量平均值快速降至0.454 mg/L，表明在没有持续外源营养盐供给的情况下，该水域蓝藻难以长期维持高生物量. 但此次蓝藻快速增殖现象表明了水质较好水体藻类异常增殖的突发性和不确定性，在水源地水质安全保障中应高度重视.

水质较好水库中发生蓝藻水华往往与水库独特的水文过程有关. 水库水文过程导致的水体物质、藻类等混合过程存在较大的空间差异性，使得局部水体、特定时间具备蓝藻水华发生的充分条件. 例如，Yang等[39]发现，在三峡水库香溪河支流库湾中，异重流及干支流交汇期间的顶托作用引发了香溪河支流一些河段经常出现蓝藻和硅藻水华. 近年来极端气候、极端天气事件发生频次均呈增加趋势，增加了水库中局部水华发生的风险. 张含笑等[40]对于桥水库藻类沉积记录的研究表明，气候变暖是近年来于桥水库蓝藻生物量增加的驱动因素之一. 因此，要高度关注极端气候变化和水文过程交互影响在千岛湖等水库水源地中引发蓝藻水华的风险.

此次调查也表明千岛湖水库中硅藻水华问题应引起关注. 西北库湾在4月、5月均出现了明显的硅藻异常增殖现象. 2021年4月该水域22个调查点位上层水体Chla浓度平均值达到36.7 μg/L，水色暗黑，而2020年5月该水域Chla浓度平均值达到了185 μg/L，透明度明显下降，4月和5月透明度平均值仅为1.25 m，而其余10个月份其平均值为2.09 m.

尽管藻类水华的发生受水文气象影响很大，但是在降低其发生风险方面，营养盐控制仍是根本之策.此次调查发现，千岛湖淳安县境内水域的TP浓度平均值为0.019 mg/L，属于Ⅱ类水，TN浓度平均值为0.89 mg/L，属于Ⅲ类水. 与保护目标相比，TN、TP浓度年均值均偏高. 丹江口水库的氮来源分析表明，外源控制是水体氮污染控制的根本策略[41]. 因此，应加强千岛湖营养盐来源精准辨识调查，对外源、内源营养盐针对性采取控制措施. 鉴于目前蓝藻异常增殖的不确定性，营养盐控制力度应从严，为水华防控留足余地，才能有力保障主要湖区不发生蓝藻水华，不产生藻毒素及异味物质超标等水质问题.

根据Carlson[42]提出的湖泊营养状态(TSI)计算方法，采用TP、Chla、SD计算得到的安徽段、西北库湾、中心库区、东北库湾、西南库湾、东南库湾、城中湖的TSI分别为57、51、43、46、45、41、45，安徽段、西北库湾均处于富营养状态，其余库湾均处于中营养状态. 淳安县境内的95个监测点位TP、Chla、SD对应的TSI值〔依次记为TSI(TP)、TSI(Chla)、TSI(SD)〕分别为46、45、43. TSI(Chla)＜TSI(TP)和TSI(Chla)＞TSI(SD)的结果表明，千岛湖浮游植物所需的营养盐基本得到满足，浮游植物生长总体上不受光照的影响. 在这种情况下，水体浮游动物、滤食性鱼类的牧食作用也可能是藻类生物量高低的重要影响因素. 因此，在水环境管理方面，还应优化鱼类资源调控，强化食物链对藻类的控制的下行效应. 同时，应重视藻类水华监测预警系统的开发和应用，提高水源地水质风险的防范能力.

4 结论

a) 2020年5月-2021年4月对千岛湖水体营养盐及浮游植物群落结构的调查表明，千岛湖TN、TP浓度及蓝藻生物量、总藻类生物量等关键水环境指标均存在明显的时空差异性，在对水库水环境风险评估时应充分考虑. 温度、降雨、光照等季节变化因素引起的藻类群落结构演替、流域氮磷入库负荷变化、水库地貌引起的水体交换与热分层变化等因素是水质指标时空差异的重要影响因素，特别是洪水过程对水库营养盐空间分布及蓝藻异常增殖风险均产生明显影响.

b) 千岛湖水库的水体藻类群落结构及生物量受水文气象条件变化的影响较大. 夏季蓝藻异常增殖的幅度大、时间短，春季局部库湾硅藻异常增殖明显，具有突发性. 在当前全球气候波动性增大的背景下，水库管理上应进一步加强对暴雨过程和藻类异常增殖过程的关注，提高流域营养盐控制标准，为藻类异常增殖控制留足余地，并开发相关预测预警技术提高风险防范能力.