东太湖水体中嗅味物质分布及网围养殖对其影响

展永兴，吴心艺

（江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司，江苏 苏州 215128）

1 概况

饮用水源地的水环境质量及其安全保障是一个地区经济、社会稳定发展的重要依托。近年来，太湖水体富营养化日趋严峻，蓝藻水华频繁暴发，藻源次生代谢产物中对水环境影响最大的是蓝藻毒素和异味物质[1]，饮用水的嗅味主要包括土霉味、青草味、鱼腥味等。国外关于嗅味问题进行研究较早[2-4]，美国在1850年就发现了水体中存在异嗅味问题，日本琵琶湖于1969年发生非常严重的饮用水异嗅味事件，影响居民正常生活[5]。我国对水体异嗅味方面的研究起步较晚，近几年有不少关于水体嗅味方面的报道[6-7]，我国的太湖、滇池、巢湖等淡水湖中存在比较严重的水体异味问题，其中水体产生“土霉味”的主要成分为2-甲基异莰醇（2-MIB）和土腥素（Geosmin），这2种物质气味阈值极低且很难氧化，在常规的水处理工艺中很难将其有效去除[8]。黄显怀[9]等分析发现巢湖水体中放线菌及藻类的大量生长和繁殖是引起该水体产生嗅味的主要原因。饮用水中的异味严重影响了水体及水产品的使用价值、美学价值和经济价值[10-12]。因此关于水体中嗅味物质的研究对于进一步控制和缓解水环境的异味问题具有重要意义[13-15]。

近年来，东太湖水产养殖已对水质产生一定的影响，2012年夏季东太湖出现水质异味问题，威胁东太湖周围地区供水安全。这些异味物质及其它有毒有害物质，一旦扩散到饮用水源地，将可能引发饮用水危机。然而目前已证实的是富营养化、水体污染等环境问题是导致出现异味物质的重要原因，其本质是水体中藻类、微生物、厌氧环境等改变所产生的，水产养殖过程尤其是高密度的围网养殖会对水环境产生较大的影响，但是否会对水体中的异味物质产生影响尚不明确[16-20]。为进一步研究东太湖的太湖蟹养殖是否对水体嗅味的产生有影响，根据湖区流场对水源地、北部网围区域开展加密监测，并对监测结果进行深入分析，提出东太湖水体中异味物质的防控对策与措施，为饮用水安全和推广生态养殖提供科学依据。

2 材料与实验

2.1 试剂与仪器

2-甲基异茨醇（MIB）、土嗅素（GEO）的标准品为Sigma公司试剂。每次使用时，用色谱级甲醇（Merck公司）配制成1 mg/L的溶液，配制标准曲线系列的溶液均从该溶液稀释得到，稀释所用的纯水为色谱级纯水（Milli-Q超纯水发生器）。用于分离溶解态和结合态异味物质的玻璃纤维素薄膜（Whatman GF/C，Brentford公司）。将分析纯级的氯化钠（Sinopharm公司）溶于色谱级纯水用于提取结合态异味化合物[21]。用QP2010Plus气相色谱质谱联用仪（GC-MS）（日本岛津公司）对异味化合物进行定性和定量分析；色谱柱为HP-5MSUI石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），以氦气作为载气。Eclipse 4660吹扫捕集样品浓缩仪和4551A自动进样器（美国OI公司）用于异味物质的提取浓缩和样品导入，以氮气为吹扫气体[22]。

2.2 样品采集与水环境指标测定

东太湖水深较浅，湖底高程为1.0～2.0 m，常水位下水深不足2.0 m，由于湖泊形态、水生植物茂盛、围网养蟹等因素影响，水流十分缓慢，围网养蟹已对的当地水厂水源地的水质产生一定的影响。根据对东太湖水源地取水口所在位置，结合地形、流场及周边区域的养殖特征，确定围网养殖区中心、第一水厂取水口和第二水厂取水口共3个监测点，各监测点位布设如图1，监测点位的水深在1.5 m左右。在养殖、不养殖等时段，分别采集水体样品，分析其中的异味物质的种类、浓度以及水温、总氮、总磷等浓度。监测时间为2013年4～12月，除7、8、9月水华发生期每天监测外，其它月每隔一星期左右监测一次。4～8月盛行东南风，月平均降雨量123.8 mm，夏季降雨量较往年偏少，夏季气温异常偏高，平均气温29.1℃，水温在8月达到最高。

图1 东太湖采样点分布

因样品中各化合物浓度较低，必须使用适当的富集方式富集各化合物浓度可采用吹扫捕集等方式提取溶解态异味物质，用微波辅助等方式提取结合态异味物质。

2.3 数据的处理与分析

将各样点采集到的环境指标与异味化合物的空间分布数据用EXCEL、SPSS13.0软件进行统计分析。用典范对应分析（Canonial Corresponding Analysis，CCA）方法分析东太湖水体中嗅味物质与环境因子之间的关联。采用CANOCO4.53软件中的Forward功能确定显著的环境因子，对数据进行归一化处理，构建环境因子矩阵，进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 东太湖水体中嗅味物质动态变化过程

3个监测点位的总氮和总磷的浓度基本没有差异，东太湖的总氮处于Ⅳ类水质标准，7月和11月总氮浓度相对较高，超过Ⅴ类水质标准，最高为3.91 mg/L。7月和11月总磷浓度相对较高，但总体优于Ⅳ类水质标准，最高为0.116 mg/L，见图2。

2-MIB的围网区，第一、第二水厂取水口这3个点位浓度范围依次为0～1121.99 ng/L、0～1121.99 ng/L、0～727.10 ng/L；土嗅素的3个点位浓度范围依次为0～34.29 ng/L、0～30.24ng/L、0～33.99 ng/L。其中4、5两个月的水质较好，2-MIB及土嗅素2个指标的浓度均未测出。2-MIB指标的3个监测点浓度都是在7、8两个月的时候达到峰值，围网区，第一、第二取水口浓度峰值分别为1121.99 ng/L，727.10 ng/L，762.36 ng/L。而土嗅素的在整个太湖蟹养殖期的浓度都不高，2个点位的浓度范围依次为0～34.29 ng/L、0～30.24 ng/L、0～33.99 ng/L。3个点位均在8月13日达到峰值。

图2 东太湖水体中2-甲基异莰醇、土嗅素浓度与温度随时间的变化

以围网养殖区为中心，3个点位的2-甲基异莰醇浓度随着与养殖区距离的增加而减少，而4～6月，2-甲基异莰醇浓度在阈值以下。

7月围网养殖区的土嗅素浓度较高，从8月开始，3个点位的土嗅素浓度基本相同。而4～6月，土嗅素浓度在阈值以下。2个致嗅物质的浓度分布如下图3、图4。

图3 3个监测点的2-甲基异莰醇的浓度

从水化学指标的分布来看，3个监测点位的总氮和总磷的浓度基本没有差异，而2-MIB和土嗅素的2个致嗅物质在不同点位的浓度差异较大，且7月和11月的总氮和总磷的浓度相对其他月较高，但是2-MIB和土嗅素的浓度只有在7月时很高，而11月的浓度很低，不能监测到。

图4 3个监测点的土嗅素的浓度

3.2 环境因子对东太湖水体中嗅味物质变化的影响

为了揭示环境因子对东太湖水体中嗅味物质变化的影响，对2-MIB和土嗅素浓度与环境因子进行相关性分析和CCA排序分析。相关性分析结果表明，水温对2-MIB浓度有极显著影响（P＜0.01），水温越高，2-MIB浓度越高，硝酸盐氮浓度对2-MIB浓度有极显著影响（P＜0.01），总磷浓度和硝酸盐氮浓度对土嗅素浓度有显著影响（P＜0.05）。CCA排序分析结果表明，硝酸盐氮浓度对2-MIB浓度有极显著影响，在CCA中，第一和第二排序轴合并解释了22%的嗅味物质浓度变化。

前人的研究已经证实湖泊中的嗅味物质与叶绿素a浓度具有较好的相关关系[23]，同时水温和总磷为梅梁湾藻类总生物量的显著相关因子，水温、硝态氮和总氮为微囊藻生物量的显著相关因子[24]，本研究中虽然未监测藻类指标，但2-MIB和土嗅素浓度与水温和营养盐浓度的相关性分析结果也表明，硝酸盐氮等营养盐浓度升高，水体富营养化，水温高时大量藻类生长，在其生长代谢过程中产生2-MIB和土嗅素等嗅味物质，从而影响到取水口水质。由以上分析可见，硝酸盐氮浓度是2-MIB浓度的关键影响因子，总磷浓度和硝酸盐氮浓度是土嗅素浓度的关键影响因子，因此，控制水体中硝酸盐氮浓度、总磷浓度可以一定程度上控制水体中的2-MIB和土嗅素浓度。

3.3 围网养殖对东太湖水体中嗅味物质变化的影响

东太湖的水质与渔业养殖关系密切，围网养殖发展迅速，2月中旬开始投放蟹苗，3月份开始投饲料，5～8月份是太湖蟹的生长中期，加大动物性饲料投喂量，但仍以植物性饲料为主，到了后期，蟹需要大量的营养，多投喂动物性饲料。过了中秋节10月中旬开始大量的捕捞太湖蟹[25]。从空间分布来看，2-MIB和土嗅素的3个监测点位，距离围网养殖区越近，其浓度就越高，峰值分别为1121.99 ng/L、34.29 ng/L。网围养殖区距离第二水厂取水口和第一水厂取水口分别为1.5 km 3.0 km，网围养殖区二甲基异莰醇数据明显高于非养殖区、水源地取水口。东太湖区域水生植物茂盛，受到地形、围网养蟹等因素影响，水流十分缓慢，由于该区域湖水滞留，嗅味物质主要依靠自然扩散，受距离影响明显，且各点位的浓度具有传播性，从养殖区传向远处，表现为养殖区域的浓度最高，第二水厂取水口次之，第一水厂取水口最低。由此可见，要保障饮用水安全，取水口半径至少3.0 km的范围内不能设有围网养殖区。

4 结论

通过从时间分布、空间分布以及相关性分析3个角度分析结果得出：水体中嗅味物质2-MIB和土嗅素的浓度分布具有显著的空间异质性，其浓度随距养殖区域距离的增加而递减；水温对2-MIB浓度有极显著影响，营养盐浓度对嗅味物质也有一定的影响，硝酸盐氮浓度对2-MIB浓度有显著影响，总磷浓度和硝酸盐氮浓度对土嗅素浓度有显著影响。监测数据表明网围养殖是水体中嗅味物质的一个重要来源，在东太湖及其他水源地治理中应引起高度重视。