-N）、亚硝酸氮（
-N）、硝酸氮（
-N）、活性磷（
-N）、化学耗氧量（COD）、叶绿素a（Chl-a）等指标，具体测定方法按照 《化学实验》［14］中的方法进行。摘要：为了解辽宁省主要水源水库的富营养化状况，利用相关加权综合营养状态指数TLI（∑）等方法，研究了辽宁省大伙房水库、汤河水库、碧流河水库、柴河水库、观音阁水库和桓仁水库6座水源水库在2008—2009年期间水体的富营养化状况。结果表明：除碧流河水库外，其他5座水库均达到富营养化状态；按聚类分析，6座水库共分为3类，碧流河水库单独为一类，水质最好，柴河水库单独为一类，富营养化水平较高，水质较差，其余水库为一类，水质状况相对较好；主成分分析显示，对水体富营养化影响较大的水化学因子是氨态氮、硝酸氮、总磷。根据对辽宁省水源水库水质状况的调研结果，作者提出了对辽宁省水源水库水环境有效保护和治理的建议： （1）成立水源地保护组织，对水源水库进行综合治理；（2）禁止网箱养鱼，大力发展保水渔业；（3）规范水利工程，投入人力和物力对水源水库加强生物和化学监测，对潜在的生态风险及时预警或预报；（4）对已发生严重富营养化的水库应考虑采取生态学手段进行生态修复。
关键词：水源水库；富营养化；相关加权综合营养状态指数TLI（∑）；水质评价
水源水库的主要功能是供水，此外还兼有防洪、灌溉、发电等功能。随着中国经济建设的飞速发展，水源水库水质安全与水库渔业生产问题日益突出，其中水源水库富营养化的评价和防治备受关注［1-3］。对水体营养状况的评价就是对水体水质情况进行定量的描述，它能更加直观地反映出水体的污染状况，因此，对水体营养的评价和分类成为水生态系统研究的主要内容，同时也为水体富营养化的治理提供了基础资料和数据。
目前，关于中国水库富营养化分析与评价已有较多研究［3］，大伙房水库、汤河水库、碧流河水库、柴河水库、观音阁水库和桓仁水库是辽宁省的主要水源水库，对这些水库的研究主要集中在水库水质、生物多样性和渔业利用等方面［4-10］，而对其富营养化综合比较评价的报道较少［11-13］。本研究中，选取这6座主要水源水库作为调查对象，对其营养状况进行了综合比较评价，旨在为辽宁省水源水库水环境的有效保护和治理提供参考。
1.1 调查范围及采样点位置
于2008—2009年对辽宁省内6座水源水库（大伙房水库、汤河水库、碧流河水库、柴河水库、观音阁水库和桓仁水库）进行了调查，其中碧流河水库每月重复采集样品一次，其他水库分季度重复采集样品。在各水库的上、中、下游设置采样点，进行同步采集，根据各采样点的水体深度进行分层采样，一般上游采集混合样，中游采集表层和底层样品，下游采集表层、中层和底层样品。各水库采样点的具体位置见图1。
1.2 调查内容及测定方法
水质监测内容包括溶解氧（DO）、总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（-N）、亚硝酸氮（-N）、硝酸氮（-N）、活性磷（-N）、化学耗氧量（COD）、叶绿素a（Chl-a）等指标，具体测定方法按照 《化学实验》［14］中的方法进行。
注：A、B、C、D、E、F为采样点编号
Note：A，B，C，D，E，and F show the sampling sits
图1 辽宁省主要水源水库采样点设置
Fig.1 Samp ling positions of primary domestic water supp ly reservoirs in Liaoning Province
1.3 分析及评价方法
采用相关加权综合营养状态指数TLI（∑）作为评价水库营养水平的方法［11］，其计算公式为
其中：TLI（∑）为加权综合营养状态指数；Wj为第j项水质参数的权重值；TLI（j）为第j项水质参数的营养状态指数。
使用SPSS 18.0软件进行聚类分析和主成分分析。
2.1 水体主要理化指标
6座水源水库的主要水质指标的年平均值见表1。从表1可见：各水库中 Chl-a含量变化为4.75～25.95μg/L，最高值出现在柴河水库，最低值出现在碧流河水库；TP含量变化为0.02～0.69 mg/L，最高值出现在观音阁水库，最低值出现在碧流河水库；TN含量变化为1.46～2.17 mg/L，最高值出现在碧流河水库，最低值出现在桓仁水库；COD含量变化为2.65～11.24 mg/L，最高值出现在观音阁水库，最低值出现在碧流河水库；透明度 （SD）变化为1.00～2.59 m，最高值出现在观音阁水库，最低值出现在柴河水库。按照中国水库富营养化评分与分级标准［12］，碧流河水库和桓仁水库属于贫-中营养型，其他4座水库均属于中-富营养型。
表1 辽宁省6座水源水库的主要理化指标
Tab.1 Physical and chem ical indicators of water in six domestic w ater supp ly reservoirs in Liaoning Province mg/L
叶绿素a/ （μg·L-1）Chl-a大伙房水库Dahuofang Reservoir水库reservoir透明度/m SD溶解氧DO化学耗氧量COD总磷TP总氮TN亚硝酸盐NO-2-N硝酸盐NO-3-N氨氮NH+4-N磷酸盐PO3-4-P 1.87汤河水库Tanghe Reservoir 2.25± 0.27 9.78± 0.17 9.28± 0.20 0.48± 0.06 1.93± 0.24 0.03± 0.003 0.48± 0.03 0.02± 0.002 0.07± 0.010 9.58± 13.92± 1.55碧流河水库Biliuhe Reservoir 1.82± 0.08 11.60± 0.30 9.72± 0.12 0.51± 0.09 1.71± 0.32 0.03± 0.010 0.23± 0.03 0.01± 0.002 0.09± 0.020 25.95± 8.13观音阁水库Guanyinge Reservoir 4.75± 0.31柴河水库Chaihe Reservoir 2.35± 0.10 8.92± 0.24 2.65± 0.04 0.02± 0.001 2.17± 0.06 0.02± 0.001 1.21± 0.05 0.18± 0.010 0.005± 0.001 1.00± 0.10 11.11± 0.50 9.56± 0.10 0.53± 0.09 1.66± 0.20 0.02± 0.004 0.71± 0.07 0.03± 0.006 0.11± 0.020 6.91± 1.36桓仁水库Huanren Reservoir 2.59± 0.17 10.61± 0.28 11.24± 1.95 0.69± 0.09 1.84± 0.09 0.02± 0.003 0.54± 0.03 0.01± 0.003 0.05± 0.010 1.59± 0.17 10.35± 0.36 10.39± 0.17 0.54± 0.09 1.46± 0.13 0.02± 0.003 0.58± 0.03 0.02± 0.004 0.12± 0.020 9.39± 1.44
2.2 TLI（∑）评价结果
相关加权综合营养状态指数计算结果见表2。由表2可知，除碧流河水库外，其余水库均已达到富营养型，其中以柴河水库的富营养化程度最高，TLI值达60以上，大伙房水库、汤河水库、观音阁水库和桓仁水库的TLI值均在60以下。而达到富营养型的水库均为TLI（TP）过高，导致其TLI数值偏高，可见TP是各水库富营养化起主要作用的营养盐。
表2 辽宁省主要水源水库营养状态指数综合评价结果
Tab.2 Trophical levels of primary domestic water supp ly reservoirs in Liaoning Province
trophical level大伙房水库Dahuofang Reservoir 35.44 60.37 82.44 65.67 49.54 57.86水库reservoir TLI（SD） TLI（COD） TLI（TP） TLI（TN） TLI（Chl-a） TLI 营养状态轻度富营养汤河水库Tanghe Reservoir 39.56 61.60 83.43 63.62 53.60 59.71 轻度富营养碧流河水库Biliuhe Reservoir 34.60 27.02 30.83 67.65 41.92 40.69 中营养柴河水库Chaihe Reservoir 51.18 61.16 84.05 63.11 60.36 63.58 中度富营养观音阁水库Guanyinge Reservoir 32.71 65.47 88.33 64.86 45.99 58.25 轻度富营养桓仁水库Huanren Reservoir 42.18 63.37 84.35 60.94 49.32 59.04轻度富营养
2.3 聚类分析
利用各水库的 TLI（SD）、TLI（TP）、TLI （TN）和TLI（Chl-a）数据得出水库营养状况聚类分析图 （图2）。从图2可见，辽宁省6座水源水库共分为3类：碧流河水库单独为一类，水质状况最好；大伙房水库、汤河水库、观音阁水库和桓仁水库为一类，水质状况相对较好，富营养化水平较低；柴河水库单独为一类，富营养化水平较高，水质较差。
注：1为大伙房水库；2为汤河水库；3为碧流河水库；4为柴河水库；5为观音阁水库；6为桓仁水库
Note：1，Dahuofang Reservoir；2，Tanghe Reservoir；3，Biliuhe Reservoir；4，Chaihe Reservoir；5，Guanyinge Reservoir；6，Huanren Reservoir
图2 辽宁省主要水源水库营养状态综合评价聚类分析
Fig.2 Hierarchical cluster analysis of primary domestic w ater supp ly reservoirs in Liaoning Province
2.4 主成分分析
对6座水源水库6项水质指标进行主成分分析，结果表明，第一主成分和第二主成分的特征值依次为 4.145、1.302，方差贡献率依次为69.077％、21.700％，前两个特征值对应的累计方差贡献率达到了90.777％，表明前两个主成分基本包含了所选指标具有的信息。选取前两个因子负荷，得出第一、第二主成分分别为
由此线性表达式中系数的大小对第一主成分和第二主成分的实际意义做出分析：
-N、
-N、TP对第一主成分的贡献较大，因子负荷依次为0.974、0.904、0.902；
-N、TN对第二主成分的贡献较大，因子负荷依次为0.907、0.460。
3.1 辽宁省主要水源水库总氮和总磷含量比较及来源分析
对水体富营养化的评价中，经常以氮、磷等营养盐含量和叶绿素a含量作为富营养化的主导因子，故本研究中选取总氮、总磷等几项指标作为水质评价的基本因子。辽宁省主要水源水库总氮和总磷近年来的变化情况见表3。从表3可知，与以前相比，各水库总氮、总磷含量整体有升高的趋势，各水库的总磷含量均超过前期调查年份的最高值，说明各水库的富营养化程度有加深趋势。其原因可能是水库汇水区化肥使用量增加，排入水库的氮、磷含量增多；水资源短缺，各水库蓄水量连续多年减少。据调查资料［15］，辽宁省浑河、太子河、大辽河地区水资源到2010年总缺水量为28.73亿m3，大伙房水库汇水区总氮、总磷量分别从1997年的4770、444 t增长到2000年的5135、570 t。
通过聚类分析可知，大伙房水库、汤河水库、观音阁水库、桓仁水库和柴河水库均属于富营养化程度较高的水库，这也与水库的地理位置有一定关系，这5座水库均处于辽宁省的重工业地区，尤其是大伙房水库和观音阁水库，分别处于辽宁省的主要矿物产区和重工业产区，工业生产带来的污染物较多。此外，这几座水库处于辽河平原，也是辽宁省的重要粮食产业基地，农用化肥使用较多，成为水库的重要污染源之一。这些因素均导致了该地区水体富营养化程度加剧。因此，如何在保证辽宁老工业基地发展的同时做好水资源的保护成为了当务之急。
表3 不同年份辽宁省主要水源水库总氮和总磷含量比较
Tab.3 Comparison of TN and TP concentrations in water of primary domestic water supply reservoirs in Liaoning Province in different years
水库reservoir 年份year 总氮TN/（mg·L-1） 总磷TP/（mg·L-1） 文献来源reference source 1992—2002 1.34 0.038 史玉强等［4］大伙房水库Dahuofang Reservoir 2008 1.93 0.480 本文1998 0.77 李广波等［9］汤河水库Tanghe Reservoir 2000 1.16 0.060 李广波等［9］2008 1.71 0.510 本文1989—1991 1.78 0.100 何志辉等［5］碧流河水库Biliuhe Reservoir 1996—2005 1.65 0.020 碧流河水库管理局［10］2008 2.17 0.020 本文2002 0.85 0.100 元红［13］柴河水库Chaihe Reservoir 2008 1.66 0.530 郭凯等［8］1999—2004 1.14 0.070 卢丽［6］、孟凡青［7］观音阁水库Guanyinge Reservoir 2008 1.84 0.690 本文桓仁水库Huanren Reservoir 2008 1.46 0.540本文
水体的富营养化成因复杂，营养状况是由多个水质指标组成的复杂系统，每个指标都对富营养化产生作用，尤其是作为主要营养盐而存在的因子作用最大，通过TLI（TP）值可以看出，总磷的增加是导致水体富营养化加剧的重要原因之一，6座水库中唯一一座处于中营养型的碧流河水库，其总磷含量年均值仅为0.02 mg/L，且该水库的氮磷比（TN∶TP）也为各水库中最大，达到108.5，可见在各水库氮含量较高时，磷元素成为了水体富营养化的主要影响因素。
通过调查分析，辽宁省6座主要水源水库的氮、磷来源主要有以下几点：
（1）库区上游汇水区农业生产中化肥施用量的增加。本研究中也显示，上游库区的总氮、总磷含量高于中、下游。
（2）各水库底泥已成为氮、磷的贮备库，是水体富营养化的内源污染。据有关调查数据［12］，辽宁省水库淤积物平均含氮为0.13％。
（3）库区生态环境恶化，植被覆盖率低，水土流失严重。据有关调查数据［8］，辽宁省水土流失面积已达438万km2，占全省总面积的35.1％，年平均流失土壤1.81亿t。大部分农药及化肥在降雨等外部条件的作用下，未经任何拦截措施，就直接随地表径流汇入河流水库，致使河流及水库水体遭受氮、磷污染。
（4）农田径流，水库周边耕地面积较多。辽宁省大部分水库岸边即为耕地，施用的化肥中含有大量的氮、磷，成为藻类可直接利用的营养元素。
（5）水量的锐减，使得辽宁省大部分水库的蓄水量大幅度下降，水体的自净能力降低。据辽宁省水资源公报［16］，1997、1998、1999年辽宁省属7大水库 （大伙房水库、观音阁水库、汤河水库、清河水库、柴河水库、葠窝水库、闹得海水库）年末蓄水总量分别为38.3亿、26.5亿、15.4亿m3，蓄水量明显减少。由于水库内水量锐减，导致水体真光层增高，有利于 “水华”的爆发。
（6）水库所处河流污染加剧。据有关调查数据［17］，辽宁省河流的58个河段，除大伙房水库（含入库段）、观音阁水库、清河水库下游开原段及沿海诸河水质达到Ⅱ～Ⅲ类外，其余各河段均受到不同程度的污染。
（7）天气状况。辽宁地区近年来连续干旱，水体蒸发量增大，营养盐含量相对增加，再加上夏季温度升高，很容易爆发 “水华”。
3.2 对辽宁省水源水库水环境有效保护和治理的建议
针对辽宁省水源水库水环境的实际情况，本研究中对辽宁省水源水库水环境有效保护和治理提出如下建议，希望引起有关部门足够重视，以保证饮用水安全。
（1）成立水源地保护组织，对水源水库进行综合治理，截断水库集水区工农业污染源，发展生态农业，禁止旅游和垂钓，及时清除水面垃圾杂物。
（2）禁止在库区网箱养鱼，大力发展保水渔业，放养鲢、鳙等滤食性鱼类，以减轻水体富营养化，做到以鱼养水，实现优水情况下的可持续渔业。
（3）规范水利工程，投入人力和物力对水源水库加强生物和化学监测，对潜在的生态风险及时预警或预报。
（4）对已发生严重富营养化的水库应考虑采取生态学手段进行生态修复，合理利用淡水资源。
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Evaluation and analysis of eutrophication in 6 domestic water supp ly reservoirs in Liaoning Province
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
中图分类号：S932
文献标志码：A
DOI：10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.02.011
文章编号：2095-1388（2016）02-0180-05
收稿日期：2015-10-31
基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目 （20072140）；辽宁省海洋与渔业厅科研项目 （200920）