监测方案

背景

2018年4月至5月期间，青草沙水库输水区2-甲基异莰醇(2-MIB)浓度超过其 嗅阈值（10 ng/L），影响到供水水质安全。为掌握2-MIB的主要产生规律 ，时间、空间分布特征，及其相关影响因素，在水库开展了针对性的调查 ，并结合原水公司近期的监测资料展开分析与研究，有利于进一步理解、 掌握青草沙水库嗅味问题。

采样点设置图

本次监测于2018年5月22日至23日完成，调查包括11 个采 样点分层水样，包含27个样品。青草沙水库的采样点如下图所示。

asdf

各采样点分层采样信息如下表所示。

监测指标

本次重点监测各样品的藻类种群、嗅味物质（总量以及胞外含量）、常规 水质指标、水下光照等关键信息。

藻类监测结果

藻类综合结果

为此次调查中共采集到5门 33 属，详细检测到的藻类种群信息见下表。

根据各样品的藻类定量数据计算样品总细胞密度、藻种丰度、多样性指数 及均一度指数等，汇总如下表所示。

可以看出，各样品中藻密度在 33-559至万个/L之间， 其中最高点在 QC09处取得。

藻类种属组成分布

根据各藻种样品检出率及总密度汇总至下表。可以看出，检出率最高的藻 种为针杆藻，达 到100%。细胞密度最高的藻 种为针杆藻，达 到1万个/L。

下图为基于藻种样品检出率的云图。

下图为基于藻种样品检出总密度的云图。

藻类种群空间分布

藻类各门分布结果

按照各门在水库不同采样点(分层的样品计算平均值)的细胞密度，绘制下图所示空间分布图。 各采样点之间相差不大，QC08、QC09及QC11号点总密度略高。除在库首 QC14点处硅藻浓度较低外，其余所有点均为硅藻占优，其次是绿藻和蓝藻 。

## Coordinate system already present. Adding new coordinate system, which will replace the existing one.
## Coordinate system already present. Adding new coordinate system, which will replace the existing one.

藻类种属分布结果

根据各藻种的总密度排序，取藻密度最高的7个种属，绘制其空间分布图如 下。

## Coordinate system already present. Adding new coordinate system, which will replace the existing one.
## Coordinate system already present. Adding new coordinate system, which will replace the existing one.

致嗅物质监测结果

青草沙水库中的致嗅物质主要为2-甲基异莰醇（2-MIB），也是本次调查的 重点。嗅味物质的数据主要由原水公司的日常监测以及本次原位调查的数 据组成，相关结果及分析如下。

2-MIB时间分布

下图为2018年青草沙水库输水口（QC01）、下内（QC02）及库中央（QC09 ）处的2-MIB动态变化。可以看出，2-MIB浓度从4月底开始迅速升高，到5 月10日左右达到最高值90 ng/L左右，随后2-MIB浓度逐渐下降，到5月底降 至10 ng/L一下。三个采样点之间2-MIB的浓度差异不大，QC09处浓度的波 动变化较大。

总2-MIB空间分布

分别在5月10日、5月19日及5月23日分析了不同采样点的2-MIB浓度，结果如下。

2018年5月10日

5月10日为这段时间嗅味浓度最高值出现的日期，从空间分布来看，垦区北部、下内浓度较高，其次是库中央相对较高，库首几乎没有检测到2-MIB。

2018年5月19日

5月19日整体上2-MIB的浓度已经明显下降了，且2-MIB的浓度分布高峰已经 下移；说明可能经过一定时间后，2-MIB随水体流动至下游。

2018年5月23日

5月23日，水库整体浓度已显著降低。

胞内外2-MIB占比统计

下表为2018年5月23日样品中胞外2-MIB占比的结果；由于该批样品中2-MIB 均不高，根据胞内外2-MIB的浓度计算其占比误差较大，但能粗略看出 2-MIB主要存在于胞外, 详细结果如下表所示；其中，仅总2-MIB浓度高于 20 ng/L时进行计算。

总2-MIB垂向分布

2-MIB在不同水深处的浓度分布规律如下图所示，可以看出，大部分采样点 在0-7米之间的浓度呈下降趋势，但由于这些样品整体浓度较低，2-MIB的 垂向分布规律还需要进一步验证。

结果分析

潜在产嗅藻识别

根据藻种检测结果，并参考潜在的产嗅蓝藻藻种，在此次调查中，发现两 株丝状蓝藻，分别为束丝藻和假鱼腥藻。

垂向分布规律

下图为两株藻在水体中的垂向分布规律，发现其在2-3 m处出现一个分布高 峰，另外，在个别采样点发现水深高于5 m后藻细胞密度反而升高，但由于 样品数较少，该结论还需进一步验证。

空间分布规律

两株藻的空间分布规律参考下图，库中央的束丝藻浓度相对较高。

## Coordinate system already present. Adding new coordinate system, which will replace the existing one.
## Coordinate system already present. Adding new coordinate system, which will replace the existing one.

影响因子解析

影响产嗅藻的因子主要包括光照、营养盐、温度、水体流速等。根据前期 研究表明水下光照是影响产嗅藻生长的关键因子，这里展开说明。

浊度空间分布

水下光照强度主要受水面光强、水深及水体消光系数影响，水面光强受季 节、气象条件影响，水深受水位调节影响，二消光系数则主要与水体的浊 度水平有关。

下图为青草沙水库不同采样点的浊度分布规律如下图所示。可以看出库区 下游浊度显著降低，此外，垦区北支浊度比南支低。

水体消光系数

根据水下光量子在线监测水下光照结果，计算了不同采样的水体消光系数 ，结果如下图所示。可以看出，消光系数的分布规律与浊度分布一致。

2-MIB影响因子关系模型

2-MIB与消光系数关系

根据5月10日、19日及23日3次调查结果，构建2-MIB浓度与水体消光系数之 间的关系模型，如下图所示。5月10日与19日监测站点相对较少，消光系数 的分布范围较窄；23日尽管站点较多，但此时嗅味物质的浓度已经明显下 降；因此，目前的数据仍不能构建一个比较准确的模型。但根据数据，仍 可以得出如下结论，嗅味物质浓度与水体消光系数存在负相关关系。这表 明低消光系数的水体，水下光照条件相对较好，更适合产嗅藻种生长。

浊度与消光系数

由于消光系数在一定程度上能反映产嗅藻的生长潜力，而水下光照的监测 很难做到高频监测，因此构建消光系数的模型很有必要。浊度是影响水体 消光系数的重要环境因子，这里基于5月23日调查结果，构建了浊度与水体 消光系数的关系模型，如下图所示。

采用线性模型拟合浊度与消光系数的关系，模型结果如下。可以看出，浊 度与消光系数显著正相关（R²=0.65, p-值=0.003）。

后续可以在高风险季节采用该模型基于水体浊度评估水体消光系数，进而 预测2-MIB的空间分布规律。

## 
## Call:
## lm(formula = k ~ turb, data = turbk)
## 
## Residuals:
##      Min       1Q   Median       3Q      Max 
## -0.55074 -0.18012  0.07248  0.20475  0.32988 
## 
## Coefficients:
##             Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)    
## (Intercept)  1.42882    0.24302   5.879  0.00037 ***
## turb         0.04473    0.01115   4.010  0.00389 ** 
## ---
## Signif. codes:  0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
## 
## Residual standard error: 0.2866 on 8 degrees of freedom
## Multiple R-squared:  0.6678, Adjusted R-squared:  0.6263 
## F-statistic: 16.08 on 1 and 8 DF,  p-value: 0.003894

结论与建议

初步结论

根据本次监测结果与分析，可以得出如下初步结论：

  • 此次较高浓度2-MIB(超过20 ng/L)持续时间达到20天以上，相比往年要长；
  • 致嗅物质2-MIB存在一定的空间异质性，在库首的浓度很低，表明2-MIB主要在库内产生，在垦区北支和库中央处的浓度相对较高；
  • 在水库中检测到两株潜在产嗅丝状蓝藻，分别为束丝藻和假鱼腥藻，可能是2-MIB的产生来源，但由于采样时藻种浓度非常低，后续的分离培养未能成功，目前仍无法确认产嗅藻种；
  • 虽然产嗅藻无法确认，但发现2-MIB的浓度与水下光照存在相关关系，这也进一步佐证了2-MIB来源于某些藻类生长代谢；
  • 通过构建浊度与消光系数模型，可以用于高风险期水库2-MIB空间分布预测；从多方面证明垦区北支是2-MIB产生的主要来源。

建议及下一步计划

  • 加强垦区北支的2-MIB及藻种监测，特别是当发现2-MIB开始升高时，开展在垦区北支的针对性研究；
  • 在高2-MIB时期，分离、培养产嗅藻，确认产嗅藻种；
  • 由于藻种分离、培养存在诸多不确定性因素，实现过程非常困难，后期可以通过针对产2-MIB的功能基因定量方法表征水体产嗅潜力；甚至可以基于2-MIB产嗅功能基因序列反推水体中的产嗅藻种。