摘要
春末夏初是长江流域水源水库水质异味问题的高发期，但关于该区域水库异味物质发生特征及影响因子尚不明晰。2024年5月调查了长江流域上、中、下游不同省份9座水源水库坝前区域水体2-甲基异莰醇（2-MIB）等异味物质浓度状况及其环境条件，探讨了春季影响该区域水源水库异味物质浓度的生态环境因子。结果表明，2-MIB是春季长江流域水源水库中最常见的超标异味物质，9座水库坝前水柱2-MIB浓度均值为35.5 ng/L，超过《生活饮用水卫生标准》中该物质控制浓度阈值（10.0 ng/L）的样品数占比为59.4%；相比而言，土臭素均值仅为2.9 ng/L，超过《生活饮用水卫生标准》中该物质控制浓度阈值（10.0 ng/L）的样品数占比仅为12.5%；异味物质β-环柠檬醛的均值为18.2 ng/L，β-环紫罗兰酮的均值为7.2 ng/L，引起饮用水异味问题的风险小。2-MIB的源解析表明，假鱼腥藻（Pseudanabaena sp.）可能是该区域水源水库中2-MIB的主要来源，其细胞密度与2-MIB浓度呈显著正相关；但也存在部分水库检测到2-MIB但未检出假鱼腥藻的现象，反映出2-MIB来源的复杂性。富营养化会导致2-MIB异味问题风险显著升高，2-MIB浓度与水体营养状态指数呈正相关。调查前一周内的累计降雨量与2-MIB浓度呈负相关，推测短期强降雨等气象条件变化会通过显著改变水柱混合作用、引起藻类群落演替等方式导致水库2-MIB浓度突变。研究表明，虽然长江流域的水源水库大都处于中营养水平，但普遍面临2-MIB超标的水质异味风险。加强外源营养盐入库负荷控制，优化库体食物链结构，进一步降低水库营养状态，有助于提升水库型水源地的供水质量。
Abstract
There is a very high risk of odorous compounds contaminating drinking water sources in the Changjiang River catchment in spring. However, the key drivers for the occurrence of odorous compounds are still unclear. In May 2024, nine drinking water source reservoirs across the upper, middle and lower reaches of the Changjiang River were investigated. Four odorous compounds, 2-methylisoborneol (2-MIB), geosmin (GSM), β-cyclocitral (CYC) and β-ionone (ION) and their associated environmental factors were surveyed. The results showed that 2-MIB was the most common odorous compound in the research region, with an average concentration of 35.5 ng/L across the 32 samples from 9 reservoirs (59.4% exceeding the drinking water standard of 10.0 ng/L). GSM posed a lower risk, with an average concentration of 2.9 ng/L and only 12.5% exceeding the threshold value of 10 ng/L. CYC (averaged at 18.2 ng/L) and ION (averaged at 7.2 ng/L) exhibited minimal odorous concerns. Pseudanabaena sp. was identified as a likely major producer of 2-MIB, with its cell density showing a significant positive correlation with the concentration of 2-MIB. However, the presence of 2-MIB in two reservoirs without detectable Pseudanabaena, indicated more complex 2-MIB sources in some reservoirs. 2-MIB levels positively correlated with the trophic state index, demonstrating that eutrophication directly promotes 2-MIB production. The 7-day accumulated rainfall amount before sampling was negatively correlated with the 2-MIB concentration, suggesting that short-term heavy rainfall processes will strongly change the odor compounds risk in reservoirs. Despite most drinking water source reservoirs in this region were under mesotrophic conditions, while it showed widespread 2-MIB exceedances. It is vital to reduce external nutrient loads and optimize aquatic food webs to prevent odorous issues and ensure drinking safety.
水库是我国城市水源的主要类型。截至2022年，全国以湖库为水源地的城镇人口已达5.614亿[1]。在水源水库诸多水质问题中，水质异味问题尤其常见[2]。饮用水中2-MIB和GSM浓度分别大于100.0和75.0 μg/mL时，会对人体细胞产生毒性[3]。随着《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2022）于2023年4月1日正式实施，2-甲基异莰醇（2-MIB）和土臭素（GSM）等异味物质被纳入饮用水强制执行指标，水源地水质异味问题防控变得更为迫切。Sun等对黄河流域111座城市水厂的调查发现，80%的水源水库存在异味问题，其中2-MIB的检出率高达75%[4]。水体异味物质去除难度大、处理成本高[5]，处置不当还可能引发二次污染[6]，因此，水源地的源头控制尤为重要。开展水源水库异味物质的分布特征及其产生机制研究，是科学实施异味物质源头控制的前提。
2-MIB的产生源包括放线菌[7]和藻类[8]，其中丝状蓝藻是水源水库中常见的生产者[9-10]，如浮丝藻（Planktothrix spp.）[11]、假鱼腥藻（Pseudanabaena spp.）[12]、颤藻（Oscillatoria spp.）[13]和鞘丝藻（Leptolyngbya spp.）[14]等丝状蓝藻均有产2-MIB的相关报道。然而，我国水源水库异味问题存在明显的地域差异。Wang等调查发现[15]，黄河流域水源水库的主要气味类型为霉味/泥土味，长江和珠江流域则以沼泽/化粪池气味为典型特征。这种差异可能与不同流域的气候条件、水文特征、藻类优势属结构和水质状况等因素有关，比如温度和光照能通过调控假鱼腥藻生长动态而影响其异味物质产生[16-18]。Wu等对长江流域沙河水库研究发现，春季是2-MIB超标的高发期[19]。水体营养状态能通过影响产异味蓝藻群落结构而影响其异味产生[20]。因此，水库异味物质的产生可能具有区域上和异味类型上的差异。
为了解长江流域水源水库中异味物质问题的发生状况及其影响因素，本研究选择在异味风险相对较高的春末（2024年5月），对长江流域9个省份的9座典型水源水库进行调查，分析异味物质浓度及其与环境因子的关系，探讨水源水库异味物质的产生规律，为我国城市供水安全提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 调查水库的基本特征
长江流域水源水库众多。本次调查选择了库容相对较大、水环境问题关注度较高的9座水源水库开展研究。自上游到下游，分别调查了云南省昭通市渔洞水库、贵州省贵阳市红枫湖、重庆市长寿湖（狮子滩水库）、湖南省东江湖（东江水库）、湖北省陆水水库、跨湖北与河南省的丹江口水库、江西省庐山西海（柘林水库）、安徽省太平湖（陈村水库）及江苏省天目湖（沙河水库）9座水源水库。各水库的基本特征如表1所示，分布与形态见图1。
1.2 调查与分析方法
1.2.1 现场采样
采样点位于调查的9座水库的坝前区水域，距大坝500 m范围内。采用Speedtech便携式测深仪（SM-5，慧洋科技，中国）测量水深（WD）；采用塞氏盘法测定水体透明度（SD）；采用多参数水质仪（EXO2，Yellow Stone，美国）同步测定水温（WT）、溶解氧（DO）、电导率（EC）及叶绿素a（Chl.a）的剖面变化。根据YSI测定的Chl.a垂向分布特征，确定分层采样策略：当Chl.a最大值出现在表层时采集3层（表层：水面下0.5 m；中层：水深近一半处，一般处于温跃层，大都在4~15 m之间；底层：底泥上1 m左右）；当Chl.a最大值出现在次表层时则增加叶绿素最大值水层的采样，共采集4层。本次调查共获得32个水样，其中渔洞水库、红枫湖、长寿湖及天目湖采集3层，其余5座水库采集4层。
表1调查水库的基本特征*
Tab.1Geographical characteristics of the investigated reservoirs
*流域人口数据来自网络查询或管理机构问询，存在一定误差。
图1调查水库在长江流域中的位置
Fig.1Locations of the investigated reservoirs in Changjiang River catchment
用50 mL玻璃注射器抽取25 mL水样，缓慢注入含6.25 g氯化钠的40 mL棕色玻璃瓶，密封、摇匀，用于异味物质测定。分取1 L水样于聚乙烯瓶中，加入鲁哥试剂固定用于浮游植物群落结构鉴定。根据水体浊度状况分取0.2~1 L水样，经0.45 μm 孔径的玻璃纤维滤膜（Whatman-GF/F）过滤，滤膜上物质用锡箔包裹后冷藏，用于室内光度法测定Chl.a浓度；分取100 mL滤后水样和250 mL原水样，冷藏，带回实验室分析营养盐浓度。
1.2.2 浮游植物群落结构鉴定
鲁哥试剂固定的水样带回实验室，经过48 h静置沉淀后，将上清液用虹吸管去除，浓缩收集至50 mL塑料方瓶，定容至30 mL。鉴定时，摇匀后吸取0.1 mL样品于计数框，在40倍物镜下观察视野计数，并多次重复，获得浮游植物细胞密度，同时采用体积法估算不同属浮游植物生物量（BM）。
1.2.3 异味物质测定
异味物质2-MIB、GSM及β-环柠檬醛（CYC）、β-紫罗兰酮（ION）均采用顶空固相微萃取、气相—质谱联用仪测定[19]。将50/30 μm DVB/CAR/PDMS（二乙烯基苯/羧基/聚二甲基硅氧烷）萃取纤维插入顶空玻璃瓶中，放入65℃水中加热30 min，同时使用磁力搅拌器搅拌，使纤维充分吸收水样中的挥发性物质，然后将纤维转移到GC-MS的进样口，吸收3 min后测定分析。
1.2.4 营养盐分析
水体总氮（TN）采用碱性过硫酸钾消解、紫外分光光度法测定；总磷（TP）采用碱性过硫酸钾消解—钼锑抗显色分光光度法测定；现场过滤后的水样再次测定TN、TP，分别称为溶解性总氮（DTN）和溶解性总磷（DTP）。硝态氮（NO-3-N）、亚硝态氮（NO-2-N）、氨氮（NH3-N）、磷酸盐（PO3-4-P）采用荷兰Skalar公司生产的流动注射分析仪测定。高锰酸盐指数（CODMn）通过高锰酸钾水浴氧化后草酸钠还原滴定获得；Chl.a采用热乙醇提取、分光光度法测定[29]。后续数据分析时，均使用室内分光光度法测定Chl.a值，以避免现场YSI测定时因样点间仪器波动带来的误差。
1.2.5 气象水文数据收集
20 24年1—5月9座水库流域的气温、降雨数据来自慧聚数据（www.hjhj-e.com）。
1.3 数据处理与分析
由于浮游植物和异味物质主要分布在表层和次表层（Chl.a最大层），分析二者关系时剔除了底层数据，但在统计浓度分布时统计了全部的32组数据。2-MIB来源的归因分析参考苏命等构建的逻辑判别方法进行推断[30]：（1）计算2-MIB的检出率，即2-MIB浓度超过10.0 ng/L的样品数占比；（2）计算相关系数R、显著性参数P、假阳性比率FP%（2-MIB浓度达到检出率但没有产异味藻类存在的概率）和假阴性比率FN%（2-MIB浓度未达到检出率但有产异味藻类存在的概率）；（3）从计算中保留P＜0.01和R＞0.7的藻类种源作为进一步推断的候选者；（4）按照FP+FN从小到大排列；（5）专家判断（结合丝状蓝藻产2-MIB的文献证据综合判断[9-10]）。
2 结果
2.1 异味物质浓度特征
调查期间9座水库普遍存在2-MIB超标现象（图2）。32个样品中2-MIB浓度平均值为35.5 ng/L。单个水库的水柱平均值从高到低依次为长寿湖（91.7 ng/L）、庐山西海（59.3 ng/L）、丹江口水库（56.4 ng/L）、陆水水库（49.6 ng/L）、天目湖（20.4 ng/L）、红枫湖（19.0 ng/L）、东江湖（11.8 ng/L）、渔洞水库（7.9 ng/L）和太平湖（2.5 ng/L）。所有水层2-MIB均小于10.0 ng/L的只有太平湖。32个水样中有19个样品超过10.0 ng/L，超标率为59.4%。
相较而言，绝大多数水库中不存在GSM超标问题（图2）。32个样品的GSM平均值仅为2.9 ng/L，其中超过10.0 ng/L的样品数为4个，分别是庐山西海的表层样品（1 m，15.7 ng/L）和次表层样品（5 m，17.6 ng/L）、陆水水库的表层样品（13.8 ng/L）及东江水库的表层样品（11.4 ng/L），总体样品超标率为12.5%。
CYC和ION浓度总体较低（图2）。其中，调查样品中CYC平均值为18.2 ng/L，平均值超过10.0 ng/L的水库有5个，从高到低依次为陆水水库（56.6 ng/L）、天目湖（30.5 ng/L）、长寿湖（25.0 ng/L）、红枫湖（18.7 ng/L）和庐山西海（15.4 ng/L）。ION浓度相对更低，32个样品中的平均值为7.2 ng/L，超过一半的样品未检出。平均值超过10.0 ng/L的仅有天目湖（均值为17.4 ng/L）和红枫湖（均值为16.3 ng/L）。
综合调查结果来看，长江流域水源水库春季主要异味物质为2-MIB，其余3种异味物质超标问题不严重。需要说明的是，参比《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2022）评估水库异味物质2-MIB及GSM超标，只是说明这些水库原水中存在超标的异味物质，并不代表利用这些水库供给城市水厂的自来水超标，因为大部分异味物质经过水厂处理都能够被去除。
2.2 浮游植物群落结构
调查期间，9座水库共鉴定出浮游植物7门47属（图3）。浮游植物生物量呈现明显的垂向分层，主要集中在表层和次表层水体。9座水库的浮游植物总生物量平均值为2.620 mg/L，空间差异明显，从大到小依次为：丹江口水库（9.221 mg/L）、陆水水库（4.536 mg/L）、长寿湖（2.448 mg/L）、天目湖（2.021 mg/L）、红枫湖（1.979 mg/L）、太平湖（1.680 mg/L）、庐山西海（0.901 mg/L）、东江湖（0.632 mg/L）和渔洞水库（0.166 mg/L）。其中，丹江口水库浮游植物生物量异常高，主要是在坝前第2层（15 m深度）水体中脆杆藻（Fragilaria）生物量异常高所致。而渔洞水库的生物量很低，特别是蓝藻门细胞很少，只在底层水样中检出少量细鞘丝藻（Leptolyngbya）。总体而言，硅藻是主要门类，所有水库上两层水体中各门生物量平均值由大到小依次为：硅藻门（1.358 mg/L）、蓝藻门（0.409 mg/L）、绿藻门（0.287 mg/L）、隐藻门（0.251 mg/L）、甲藻门（0.242 mg/L）、金藻门（0.048 mg/L）、裸藻门（0.026 mg/L）。水库上两层蓝藻门总生物量由大到小依次为：陆水水库（1.500 mg/L）、长寿湖（0.824 mg/L）、庐山西海（0.685 mg/L）、红枫湖（0.259 mg/L）、丹江口（0.165 mg/L）、太平湖（0.097 mg/L）、天目湖（0.091 mg/L）、东江湖（0.058 mg/L）和渔洞水库（0 mg/L）。需要说明的是，受水库高透明度和采样体积的限制，实际浮游植物多样性可能被低估。
图2调查水库中各水层2-MIB、GSM、CYC和ION浓度分布
Fig.2Concentrations of 2-MIB, GSM, CYC and ION in each water layer of the investigated reservoirs
32 个样品中各门类浮游植物细胞密度、常见蓝藻门优势属的细胞密度及蓝藻门各优势属细胞密度占比如图3所示。由于蓝藻门的优势属往往细胞个体较小，因此，与生物量分析结果不同，蓝藻门细胞密度占比往往较高。调查期间，9座水库中蓝藻门的优势属为假鱼腥藻、长孢藻（Dolichospermum）、束丝藻（Aphanizomenon）和微囊藻（Microcystis）。其中，假鱼腥藻在红枫湖、长寿湖、丹江口、陆水水库、东江湖和天目湖样品中均有出现，且在蓝藻门中占比较高。
从表2可以看出，9座水库中浮游植物优势属分别隶属于蓝藻门、硅藻门和绿藻门。其中，蓝藻门的假鱼腥藻、长孢藻和硅藻门的小环藻（Cyclotella）是最常见的优势属，在6座水库中为优势属。其次是微囊藻，在5座水库中为优势属。束丝藻、沟链藻（Aulacoseira）和蓝隐藻在4座水库中为优势属。其余的优势属，如尖头藻（Raphidiopsis）、泽丝藻（Limnothrix）、针杆藻（Synedra）、星杆藻（Asterionella）、空球藻（Eudorina）、十字藻（Crucigenia）、纤维藻（Ankistrodesmus）、栅藻（Scenedesmus）、隐藻（Cryptomonas）、拟多甲藻（Peridiniopsis）和锥囊藻（Dinobryon）等，只在个别水库形成优势。此外，不同水库中优势属的优势度也不同，优势度最高的是丹江口水库的脆杆藻属，优势度为0.703，其次是庐山西海中的长孢藻，优势度为0.681。特别需要关注的是，红枫湖、陆水水库、天目湖、东江湖、长寿湖和丹江口水库中假鱼腥藻的优势度都较高，分别为0.428、0.346、0.274、0.154、0.147和0.134。
图3调查样品中浮游植物各门细胞密度（a）、蓝藻门各优势属细胞密度（b）及蓝藻门各优势属细胞密度占比（c）
Fig.3Cell abundance of different phyla of phytoplankton (a) and dominant genus of cyanobacteria (b) , and the percentage of the dominant genus of cyanobacteria (c) in all samples
2.3 调查期间的气象水文背景
对2024年1—5月期间9座水库流域的气象数据进行分析，结果表明各流域逐日降雨与气温变化呈明显时空差异（图4）。调查期间，流域2024年1—5月累计降雨量均值为616.4 mm，但空间分布极不均匀：庐山西海的累计降雨量最高（1077.4 mm），其次为东江湖（956.1 mm）、陆水水库（926.4 mm）、太平湖（809.9 mm），而渔洞水库流域累计降雨量最低（152.4 mm）。
采样前7天累计降雨量（RF7）对水库水动力扰动和水力交换影响很大。统计分析显示，各水库RF7存在显著差异，天目湖最高（50.9 mm），太平湖、渔洞水库、红枫湖和东江湖次之（23.4~33.1 mm），其余水库则都低于10 mm，其中庐山西海为5.3 mm，长寿湖为4.5 mm，丹江口为4.4 mm，陆水水库仅为0.6 mm。
表2各水库中浮游植物的优势种及其优势度
Tab.2Dominant genus of phytoplankton in the investigated reservoirs
—表示不是该水库的优势种。
图42024年1—5月调查水库流域的气温与降雨量的日变化
Fig.4Daily air temperature and rainfall in the investigated reservoir catchments from January to May 2024
气温对水库蓝藻生长、水温分层等影响甚大。2024年5月，9座水库的气温均值为21.5℃，各水库间存在一定差异，由高到低依次为：陆水水库（24.1℃）、东江湖（23.4℃）、庐山西海（22.9℃）、长寿湖（22.9℃）、丹江口水库（22.7℃）、天目湖（21.5℃）、太平湖（20.9℃）、红枫湖（18.3℃）、渔洞水库（16.4℃）。
采样前7天的气温均值（WT7）较高的是陆水水库、庐山西海和东江湖，分别为26.3、25.1和24.9℃；较低的是红枫湖和渔洞水库，分别为14.6和14.0℃。需要指出的是，RF7和WT7具有较大的随机性，采样日期、气象条件等差异都可能引起较大变化。
2.4 水体理化特征
现场调查时，各水库DO和WT均呈现显著的垂向分层现象（图5）。长寿湖、陆水水库和红枫湖表现出明显的底层缺氧特征，其中长寿湖6 m以下水体中DO浓度低于3 mg/L的缺氧阈值，18.5 m以下水体中DO浓度进一步降至1 mg/L以下的厌氧状态；陆水水库14 m以下水体中DO浓度持续低于3 mg/L，底层6 m处水体中DO浓度不足1 mg/L；红枫湖自14 m深度至湖底25.7 m范围内DO浓度均维持在3 mg/L以下的缺氧水平。值得注意的是，东江湖、庐山西海和丹江口水库中DO最低值出现在水柱中层而非底层，呈现“R”型垂向分布。所有水库的DO最大值均不在表层，具体分布深度存在差异：长寿湖和红枫湖最浅（水下0.6~0.7 m）；其次是陆水水库、庐山西海和天目湖（水下3~5 m）；其余4座水库DO最大值则位于10 m以下深水层。
水温监测结果显示，调查期间各水库的表层水温最高值介于18.0~31.4℃之间；而底层水温最低值介于8.5~19.1℃之间。除天目湖表底温差为4.8℃以外（表层水温为23.9℃，底层（8.2 m）水温为19.1℃），绝大多数水库都已出现明显的热分层，表、底层温差介于8.9~17.8℃之间（图5a）。
9 座水库的营养盐和Chl.a浓度总体处于较低水平，但个别水库出现异常高值（图5b）。TP浓度介于0.004~0.205 mg/L之间，平均值为0.036 mg/L。长寿湖的底层TP浓度异常偏高，为0.205 mg/L。若仅考虑与浮游植物生长密切相关的上两层水体，TP浓度均值介于0.007~0.090 mg/L之间，9座水库均值为0.030 mg/L，由大到小依次为：长寿湖（0.064 mg/L）、天目湖（0.043 mg/L）、陆水水库（0.033 mg/L）、红枫湖（0.033 mg/L）、东江湖（0.029 mg/L）、渔洞水库（0.028 mg/L）、丹江口水库（0.018 mg/L）、庐山西海（0.015 mg/L）及太平湖（0.008 mg/L）。上两层水体中DTP浓度介于0.005~0.035 mg/L之间，平均值为0.019 mg/L，DTP/TP的比值介于42%~76%之间，平均值为62%。
各水库TN浓度总体不高，介于0.68~1.96 mg/L之间，平均值为1.19 mg/L，最高值出现在陆水水库的底层。若仅考虑与浮游植物生长密切相关的上两层水体，9座水库TN均值介于0.78~1.41 mg/L之间，平均值为1.15 mg/L，以天目湖（1.41 mg/L）和太平湖（1.32 mg/L）相对较高，第3高值出现在陆水水库（1.31 mg/L）。最低值出现在东江湖（0.78 mg/L）。上两层水体中DTN均值介于0.75~1.29 mg/L之间，平均值为1.01 mg/L。DTN/TN的比值介于72%~96%之间，平均值为88%。在DTN中，以NO-3-N为主。上两层水体中NO-3-N均值介于0.23~1.11 mg/L之间，平均值为0.67 mg/L。NO-3-N/DTN的比值介于21%~88%之间，平均值为67%，其中陆水水库的占比最低（21%），其次是庐山西海（44%），占比最高的是太平湖（88%）。
调查期间水体CODMn由高到低依次为长寿湖（4.13 mg/L）、天目湖（2.42 mg/L）、陆水水库（2.34 mg/L）、红枫湖（2.31 mg/L）、丹江口水库（2.10 mg/L）、庐山西海（1.62 mg/L）、太平湖（1.35 mg/L）、东江湖（0.95 mg/L）和渔洞水库（0.72 mg/L）。
9 座水库的Chl.a浓度呈现明显的垂向差异（图5b），表层均值（12.6 μg/L）显著高于次表层均值（9.6 μg/L）和底层均值（1.7 μg/L）。其中，表层水体中Chl.a最高值出现在长寿湖（57.5 μg/L），次高值出现在红枫湖（20.7 μg/L）；次表层水体中Chl.a的最高值出现在丹江口水库（15 m，27.4 μg/L），这与该层位浮游植物生物量的最高值吻合。上两层水体中Chl.a均值由高到低依次为长寿湖（31.0 μg/L）、丹江口水库（16.0 μg/L）、红枫湖（14.7 μg/L）、陆水水库（13.8 μg/L）、天目湖（8.2 μg/L）、东江湖（5.7 μg/L）、庐山西海（5.0 μg/L）、太平湖（4.1 μg/L）和渔洞水库（1.4 μg/L）。
各水库SD由低到高依次为长寿湖（0.95 m）、红枫湖（1.35 m）、陆水水库（1.80 m）、天目湖（2.45 m）、东江湖（3.40 m）、庐山西海（3.50 m）、丹江口水库（3.60 m）、太平湖（4.52 m）和渔洞水库（4.80 m）。表层5 m水体的EC由高到低依次为红枫湖（386 μS/cm）、长寿湖（359 μS/cm）、天目湖（306 μS/cm）、丹江口水库（244 μS/cm）、陆水水库（147 μS/cm）、渔洞水库（120 μS/cm）、东江湖（117 μS/cm）、庐山西海（104 μS/cm）和太平湖（97 μS/cm）。EC的空间分布在一定程度上反映了不同水库流域人类活动强度和生态保护力度的差异。
图5调查期间9座水库的理化指标状况（图中红色虚线分别表示TN的Ⅳ类水阈值、 TP的Ⅲ类水阈值及Chl.a达到富营养状态的阈值）
Fig.5In-situ physical and chemical conditions of the9 reservoirs during the water sampling
3 讨论
3.1 长江流域水源水库2-MIB的主要来源解析
本研究发现，假鱼腥藻很可能是本次调查水库中2-MIB的主要来源。在调查的4种异味物质中，2-MIB超标现象最为普遍，是长江流域水源水库中最容易产生危害的异味物质。现有研究表明，2-MIB的生物来源既可能是放线菌，也可能是蓝藻。Juttner和Watson的文献综述中记载了大量放线菌产生2-MIB的案例[10]。然而，基于对浙江水库的春季异味溯源研究以及本次调查数据，假鱼腥藻更可能是2-MIB的主要生产者[31]。采用苏命等提出的排除法诊断2-MIB来源[30]，首先计算Pearson相关性。正常情况下，异味物质浓度与产异味藻细胞密度正相关，两者之间相关性高可以推断出异味物质由此产异味藻产生，保留R＞0.7、P＜0.01的类群，得出符合条件的有栅藻、微囊藻、束丝藻、假鱼腥藻及长孢藻等属（表3）。计算假阳性（FP）和假阴性（FN），然后由专家研判异味来源：由于产异味藻在某些条件下也会不产异味，故而假阴性可以适当放宽条件。依此推断，束丝藻和长孢藻的FP过高，排除是本次调查的2-MIB来源；而根据文献，没有栅藻产2-MIB的报道[32]，微囊藻则主要产生CYC和ION[33-34]。因此，推断2-MIB最可能是由假鱼腥藻产生（R=0.83，P＜0.001，FP=21%，FN=21%）。这一结论与我们在浙江水库的研究发现相互印证，进一步证实了假鱼腥藻在长江中下游地区水源水库异味形成中的重要作用。
本研究在9座水库中共检出6座存在假鱼腥藻。表层和次表层的假鱼腥藻细胞密度与2-MIB浓度线性拟合效果好（R2=0.83，P＜0.001；图6），这一结果进一步支持2-MIB主要产生者最可能的是假鱼腥藻这一推论，与浙江某水库的分析结果一致[35]。然而，也有部分水库检出了2-MIB，但镜检未发现假鱼腥藻，这一现象可能成因有3种：（1）存在其他未被检出的产2-MIB蓝藻或放线菌种类；（2）受采样体积限制，低密度假鱼腥藻未采集到；（3）假鱼腥藻的监测可能存在方法上的局限性。这一情况表明，虽然假鱼腥藻被证实是重要的2-MIB生产者，但在实际水库管理中仍需考虑其他潜在来源的可能性，特别是在假鱼腥藻未被检出的情况下。
表3调查水库中主要藻属细胞密度与2-MIB的统计关系
Tab.3Relationship between 2-MIB concentrations and the cell density of dominant phytoplankton genus in the investigated reservoirs
3.2 营养盐浓度等环境因子对2-MIB浓度的影响
营养盐浓度对调查水库中2-MIB浓度的高低有显著影响，这表明控制水体富营养化是减小长江流域水源水库异味物质风险的重要措施。主成分分析（PCA）结果显示，调查水库中2-MIB浓度与TN、TP、CODMn等营养状态参数呈正比，与SD呈反比（图7）。营养盐水平最高的长寿湖同时具有最高的2-MIB浓度，而陆水水库等营养盐相对较高的水库也出现较为严重的2-MIB超标问题。
营养盐对2-MIB的影响可能是通过调控假鱼腥藻等产异味藻类的生长来实现的。周利等的实验表明，氮、磷浓度对假鱼腥藻的生长影响显著（P＜0.01）：在氮浓度为0~230.4 mg/L的范围内，假鱼腥藻的生物量与氮浓度呈正相关，而磷浓度＞1.28 mg/L会抑制假鱼腥藻生长[32]。Olsen等通过实验得出单独添加氮或磷对2-MIB的产生没有显著影响，但同时添加氮和磷会导致2-MIB浓度显著升高[35]。这与太湖流域水源水库中发现的蓝藻过度繁殖与氮、磷过量输入相关的结论一致[36]。然而，营养盐并不是假鱼腥藻大量滋生乃至产异味的充分条件。调查发现，低营养盐情况下也会出现少量2-MIB的现象。如东江湖的次表层TP浓度为0.024 mg/L时，即使假鱼腥藻细胞密度仅为0.03×106 cells/L，仍然检测到15.9 ng/L的2-MIB。这说明：（1）假鱼腥藻产异味存在较低的营养盐阈值；（2）除营养盐外，水下光照等其他环境条件共同调控着假鱼腥藻的生长和代谢；（3）水库形成异味物质的机制和产生条件具有高度复杂性。因此，在制定异味物质防控策略时，需综合考虑多种环境因素的协同作用。
图6调查水库中假鱼腥藻细胞密度与2-MIB浓度的关系
Fig.6Relationship between cell density of Pseudanabaena and 2-MIB concentrations in the investigated reservoirs
在研究期间，水库2-MIB浓度与水体CODMn浓度呈正相关（R2=0.25，P＜0.05）、与SD呈负相关（R2=0.44，P＜0.01）（图7）。这一关联特征表明，2-MIB浓度变化趋势与表征水库营养状态的关键指标（包括营养盐浓度、有机污染程度、水体浊度及浮游植物生物量等）具有显著的一致性。此外，2-MIB浓度与RF7呈负相关（图7），表明短期降雨过程能对水库异味、假鱼腥藻生长等产生影响，其机制可能包括垂向混合、吸附沉淀及换水稀释等。具体机制还有待进一步研究。
基于水库上两层水体水质参数计算的各水库综合营养状态指数（TLI）与2-MIB平均浓度呈显著指数相关（R2=0.49，图8）。这一关系表明，随着水体氮磷负荷增加、假鱼腥藻等产异味藻类增殖、有机污染加剧、水体浑浊度上升以及水体营养状态指数升高，2-MIB等异味物质浓度超标风险也显著增大。因此，控制水源水库富营养化进程是降低水库异味物质超标风险的根本之策。
图7调查水库中2-MIB与环境因子的关联性 （RF7表示采样前7天累计降雨量；AT7表示采样前7天平均气温）
Fig.7Relationship between 2-MIB concentration and environmental factors in the investigated reservoirs
图8调查水库中2-MIB浓度与营养状态指数之间的关系
Fig.8Relationship between 2-MIB concentrations and trophic state index in the investigated reservoirs
根据模型拟合结果（图8），维持2-MIB浓度低于10 ng/L的嗅味阈值，需要将TLI控制在30以下。这一阈值关系证实，水质保障与异味防控具有协同效应。外源营养盐输入削减、食物链调控等富营养化控制措施也是水库异味防控的重要手段。
3.3 假鱼腥藻生消对2-MIB的影响
假鱼腥藻作为2-MIB的主要产异味藻种，其种群动态与环境因子的关系已成为近年研究热点[37]。但目前对假鱼腥藻生消的环境驱动机制及其与2-MIB浓度变化的定量关系仍缺乏系统认识。文献调研表明，假鱼腥藻的最适生长条件包括：水温约为25℃[38]、中等强度光照以及中营养的养分条件[37]。Wu等调查天目湖2-MIB年度变化规律时发现，2-MIB浓度峰值出现在年度第154天左右，即5月底至6月初，此时天目湖表层5 m的水温一般在22~26℃之间，恰处于假鱼腥藻生长的适宜温度。本研究发现，长江流域水源水库大都处于中营养水平，春末期间温跃层形成、水温适宜、光照充足，除云贵高原的2个水库外，其余7个水库表层5 m的温度介于21.2~26.4℃之间，均有利于假鱼腥藻增殖。在垂向分布方面，水库分层结构为假鱼腥藻提供了生态位优势：能够在相对低光的中层获得足够的营养盐，同时规避表层强光抑制。值得注意的是，当水体营养盐过高（TLI＞50）时，假鱼腥藻的竞争能力不及微囊藻、小环藻等藻属，会失去大量滋生的条件。这一生态位特征解释了为何中营养、分层水库更易出现假鱼腥藻主导的水质异味问题。
4 结论
在异味问题易发的春季，对长江流域9座水源水库进行调查，得出以下结论：
1）水体异味物质2-MIB超标是该区域水源水库春季普遍存在的水质风险（超标率为59.4%），GSM超标仅在个别水库发生（超标率为12.5%）。
2）蓝藻门中假鱼腥藻的季节性异常增殖可能是调查期间水源水库2-MIB的主要来源，2-MIB浓度较高的水库均同步出现了较高的假鱼腥藻生物量；但也有一些水库检出2-MIB却未发现假鱼腥藻，这可能与其他产异味藻类或放线菌的贡献有关。
3）中营养水源水库的2-MIB浓度与营养状态指数呈正比，当水体营养状态指数低于30（贫营养状态）时，2-MIB的超标率将大大降低。外源营养盐削减、食物链调控等富营养化控制是水库异味防控的重要措施。
致谢：水库调查得到相关研究所、高校及水库管理部门的大力支持，在此一并表示感谢！
