湖库是地球上重要的淡水资源库、洪水调蓄库和生物基因库, 与人类生产与生活息息相关, 可以减轻洪涝灾害, 维系流域生态平衡, 提供生产生活用水及丰富的水产品(Guo, 2007) .在区域气候变化和人类活动干扰下, 湖库面临着水质下降与富营养化加重、生物多样性减少与生态退化, 以及湖岸线和环湖地带过度开发等问题(杨桂山等, 2010) .我国85%的饮用水来自于湖泊、水库, 水库作为饮用水水源地的功能不断强化, 但近10年来, 我国有1/3的重要水库达到富营养化水平(韩博平, 2010), 因此, 解决水质问题逐渐成为湖库管理的首要任务(胡传林等, 2010) .自2011年起, 我国着手对具有饮用水水源功能或重要生态功能、现状水质或目标水质好于Ⅲ类(含Ⅲ类)的湖库水开展生态环境保护.目前, 关于千岛湖、天目湖、沙河水库等东南丘陵典型水库水质变化与变化驱动因素分析的研究已较为充分, 这些研究解析了水库水质的时空变化特征、污染物来源及迁移规律, 为水库的保护及流域可持续发展提供了科学依据(张运林等, 2005；韩晓霞等, 2013；朱广伟等；2013) .

大溪水库坐落于江苏省溧阳市西南部观山、黄家山、愚公山一带低山丘陵区的大溪河上游, 是太湖流域7座大型水库之一, 与太湖流域的生态安全紧密相关.大溪水库是溧阳市20万人口的直接饮用水水源地(邬明伟等, 2010), 是一座集涵养水源、防洪、环境治理、生态保护等多种功能于一体的综合利用型水库, 对保障饮用水和流域生态环境安全, 支撑当地经济社会发展和区域生态平衡具有重要战略意义.据《溧阳市大溪水库水环境调查报告(2014) 》显示, 2008年以来大溪水库水质处于缓慢下降的趋势, 主要表现在氮、磷浓度的上升和溶解氧、氧化还原电位的下降, 水体富营养化状态为中营养, 且有向中-富营养化发展的趋势(柏祥等, 2010) .

然而, 目前关于大溪水库的水质状况研究较少.在水库所处自然环境要素改变与流域周边经济的开发影响下, 水库水体生态系统的脆弱性逐渐显露, 水质变化不稳定, 这与我国东南地区的水库具有较高的相似性(朱广伟等, 2013) .明晰湖泊水质的时空变化规律是评价湖泊水环境质量、分析污染来源和改善湖泊水环境的基础与前提(王天阳等, 2007) .因此, 本文利用2011—2015年的长时间序列水质监测数据, 分析大溪水库水质的时空变化规律, 结合自然气候因子、流域土地利用数据, 探讨自然气候与人类活动对水库水质的影响, 以期为大溪水库的水质保护与流域可持续发展提供科学依据.

大溪水库位于江苏省溧阳市的大溪河上游(31°22′34.8″~31°24′4.61″N, 119°22′1.67″~119°23′49.28″E), 属太湖流域湖西区南河水系天目湖流域, 水库于1960年6月建成, 集水面积90 km², 水库面积近10 km², 总库容达1.128×10⁸ m³, 是一座综合利用的大(II)型水库.当地气候属亚热带季风气候, 温和湿润, 四季分明, 雨量丰沛, 历年平均降水量为1160.9 mm.大溪水库的补给主要来源为降水及地表径流, 其在东南部通过调度河(沙溪河)与沙河水库相连, 西南部有洙漕河汇入, 水质受上游来水影响大.本文按照大溪水库水质空间分布特征将大溪水库分为3个区域(图 1) ：河口区Z1(1~2号点)、湖心区Z2(3~6号点)、大坝区Z3(7~9号点).

图 1(Fig. 1)

图 1 研究区概况及采样点位置分布示意图 Fig. 1 Location of Reservoir Daxi and its water sampling sites

根据大溪水库的地形状况和水流特点, 在水库内设置了9个采样点(图 1), 其中, 1号点位于沙溪河入水库河口, 2号点位于洙漕河入库河口, 3号点位于两入库河口交汇处, 4、6号点位于水库中轴线上, 5、7号点位于库岸带, 8号点位于水厂取水口, 9号点位于水库中轴线近大坝处.于2011年1月—2015年12月每月中下旬对水体进行采样测定(2012年10—12月与2013年1月未采集实测数据), 使用HydroLab多参数水质测定仪原位测量水体理化指标(温度、pH、DO、氧化还原电位、电导率、浊度), 同时采集表层水样(水面下0.5 m)和深层水样(底面上0.5 m)(参照《环境监测规范方法标准》), 采用水深仪SM-5A测量水深, 透明度通过塞氏盘(Secchi disk)测定, 水样用聚乙烯瓶低温保存后立即送往实验室分析其他化学指标, 包括总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、氨氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)、磷酸盐(PO₄^3--P)和叶绿素a (Chl-a).TN、TP和COD_Mn使用原水测定, 其余指标使用0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤后的水样测定.水样预处理及分析测定方法均采用相应国家标准方法进行(国家环保局, 2002) .

大溪水库水质参数在时空分析的基础上, 还从2个角度综合评价水库水质：①利用 《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002) 评价水质等级；②利用综合营养化指数(TLI)评价水质富营养化程度(王明翠, 2002), TLI指数的计算公式见式(1) .

(1)

式中, N 是评价指标数量, 本文使用的5个评价指标分别为透明度、TN、TP、COD_Mn和叶绿素阿a；w_i为单个指标的权重指数；TLI_i为单个指标的TLI.

从中国气象科学数据共享服务网(www.escience.gov.cn)获取溧阳站点2011—2015年日降水量数据, 用以辅助分析大溪水库水质指标变化规律, 探明气候环境变化对大溪水库水质的影响.

数据的处理和分析使用Excel 2013和SPSS 22.0等软件, 其中, 显著性检验采用t检验方法；水质参数等级的空间分布通过ArcGIS 10.1的地统计工具, 采用简单克里金方法(Olea, 1999), 将采样点的离散数据进行插值, 生成空间分布图.

大溪水库2011—2015年的年均统计结果表明(表 1) ：TN值在2011—2015年间存在显著差异(p＜0.001), 总体呈现上升的趋势, 5年间TN均值为0.85 mg·L^-1, 其中, 2012年最低为0.72 mg·L^-1, 2014年最高为0.93 mg·L^-1.TP在2011—2015年整体浓度偏低(均值为0.03 mg·L^-1), 年际间存在显著性差异(p＜0.05), 总体呈现上升的趋势, 其中, 2014年出现了一个异常高值, 为0.05 mg·L^-1, 其余年份TP浓度保持比较低的水平, 达到地表水III类标准.TN和TP在一年中的变化具有显著的季节性差异(p＜0.001), 大溪水库3个区域(Z1、Z2、Z3) 体现了相似的季节变化规律(图 2a、b), 即夏、秋季节浓度高, 冬、春季节浓度低.TN在7月出现峰值, 浓度为1.21 mg·L^-1；TP浓度在春季较低, 2月出现最小值(0.018 mg·L^-1), 7月和12月出现了峰值(分别为0.038和0.05 mg·L^-1).在丰水期(6—9月), TN、TP的浓度远高于枯水期和平水期的浓度(图 2), 这是因为丰水期期间, 土壤侵蚀和雨水的冲刷加快了各形态营养盐的流失, 尤其是氮素的流失较为严重, 流域内大量降水通过地表径流带来的外源营养盐输入增加(图 2c), 从而提高了TN和TP浓度(张敏等, 2009) .值得注意的是, Z1区域的TN浓度在春季也较高, Z2和Z3区域则在3月出现了TN浓度的极大值, 可能是由于初春季节两岸植被覆盖度低, 加之春汛期间的降水, 使得周围的土壤营养盐容易流失, 外源污染增加, 引起了氮、磷的增加.在冬季, TP浓度有小幅度上升, 这是由于夏、秋季节藻类数量较多, 冬季温度下降后部分藻类衰亡后分解释放磷素所致, 会造成水库中磷的贮存积累, 在次年温度上升后, 容易导致藻类水化.

表 1(Table 1)

表 1 大溪水库表层富营养化指标基本统计结果 Table 1 The statistics of primary eutrophic parameters for water surface in Reservoir Daxi in 2011—2015

表 1 大溪水库表层富营养化指标基本统计结果 Table 1 The statistics of primary eutrophic parameters for water surface in Reservoir Daxi in 2011—2015

图 2(Fig. 2)

图 2 大溪水库不同区域氮、磷浓度及其季节变化特征(a.TN, b. TP, c.降水量) Fig. 2 Concentration of nitrogen, phosphorus and its seasonal variation characteristics in different regions in Reservior Daxi

TN和TP浓度在水库的空间上亦存在差异, Z1区域(河口区)的浓度高于Z2(湖心区)和Z3(大坝区)(图 2a、b).Z1区域是大溪水库与沙溪河和洙漕河连接的区域, 其水质情况受河流的径流影响大.Z1区2011—2015年间TN平均浓度为0.98 mg·L^-1, 波动范围为0.31~2.39 mg·L^-1, TP平均浓度为0.04 mg·L^-1, 波动范围为0~0.18 mg·L^-1, 水质表现为湖库III类水和IV类水(图 2a、b).在6—9月, Z1区域的TN和TP浓度达到一年中最高, 基本处于IV类水的临界范围内, 严重时达到IV类水标准, 如2012年7月TP浓度达到0.18 mg·L^-1, 2015年7月TN浓度达到1.94 mg·L^-1.Z1区的TN、TP季节变化特征与雨水关系密切(图 2c), 暴雨季节雨量丰沛, 径流增加了外源营养盐输入, 氮、磷水平相较枯水期整体要高.Z2区域是大溪水库的湖心区, 水体开阔, 水质较好, 5年间TN和TP平均浓度分别为0.83、0.03 mg·L^-1, 水质基本在III类水范围内, Z2区域的TN变化仍旧呈现丰水期浓度高, 枯水期浓度低的特征；TN浓度与降水显著相关(N=12, r=0.62, p＜0.05), 而TP浓度与降水之间不存在显著的相关性(p>0.05), 则说明氮与地表径流的关系更为密切.Z3区域为大溪水库大坝外的区域, 是水厂的取水处(8号点).Z3区域与Z2区域相似, TN、TP浓度较低, 水质较好, 平均浓度分别为0.83、0.03 mg·L^-1, 处于III类水范围, 保障了人们的饮用水源安全.

Chl-a浓度是评价水体富营养化程度的重要指标, 其水平直接反映了浮游植物生物量的高低.2011—2015年间, 大溪水库Chl-a浓度的变化幅度较大(p＜0.05), 总体呈现下降的趋势, 2011—2015年的平均浓度为9.89 μg·L^-1, 2014年浓度最高(16.17 μg·L^-1), 最小值出现在2013年, 浓度为5.29 μg·L^-1.Chl-a浓存在明显的季节差异(p＜0.001, 图 3a), 在Z1、Z2、Z3区域均呈现出夏、秋季浓度高, 冬、春季浓度低的趋势.在5—9月, 由于水体氮、磷含量达到较高水平且温度适宜, 大溪水库的Chl-a浓度也达到一年中的最大值, 在冬季, Chl-a浓度是一年中最低的, 这是由于大量浮游植物在低温条件下衰亡, 这与天目湖、新安江水库的Chl-a浓度的季节变化趋势相似(韩晓霞等, 2013；朱广伟等, 2013) .另外, Chl-a浓度在3个分区存在空间差异, Z1区域的浓度总体高于Z2和Z3区域, 尤其是在夏季, 这种差异更加明显, 这与N、P的空间分布相似；Z2和Z3区域的Chl-a浓度相近且变化趋势一致.

图 3(Fig. 3)

图 3 大溪水库Chl-a浓度(a)、TN/TP (b)和CODMn(c)的季节变化 Fig. 3 The seasonal variations of Chl-a (a), TN/TP (b) and CODMn(c) in Reservoir Daxi

水体氮磷比(TN/TP)的高低是对湖库营养结构的关键表征, 一定程度上可以通过影响营养物输入负荷, 改变水体营养结构；同时也是水中浮游生物种群营养结构特点的重要影响因素和体现, 对掌握湖库限制性营养物类型, 以便对浮游生物生长进行调控有重要意义.2011—2015年间大溪水库的TN/TP 基本处于较高水平(图 3b), 平均值为72.54；大溪水库不同区域的TN、TP浓度存在显著性差异(p＜0.001), 存在明显的季节特征, 且不同库区的TN/TP季节变化特征相似, 呈现“双峰”的分布特征, 峰值出现在2—4月和7月, 8—10月TN/TP出现最低值.这是因为水体内藻类大量分解, 释放了氮、磷, 引起TN/TP值改变.根据Stephanie等(2000) 的研究结果, 当TN/TP>50时, 磷为主要限制因素, 当TN/TP≤20时, 氮是主要限制因素.根据大溪水库水质参数结果, 大溪水库总体上处于磷限制状态, 9—12月 TN/TP在20~50之间, 处于氮、磷共同限制的状态.

对于磷限制的水体而言, 当TN输入浓度一定时, TP通过影响藻类细胞合成等生长过程而极大地影响Chl-a浓度(韩新芹等, 2006) .水库水质相关性分析结果表明(表 2), Chl-a浓度与TP存在显著正相关(r=0.24, p＜0.05), 同时与TN/TP呈现显著负相关(r=-0.29, p＜0.05), 表明大溪水库Chl-a浓度当前主要受制于磷的变化, 尤其是溶解性PO₄^3--P.2014年的Chl-a浓度最高, 对应的TP浓度为0.05 mg·L^-1, TN浓度为0.93 mg·L^-1；2013年的Chl-a浓度最低, 对应的TP浓度也最低.大溪水库Chl-a浓度呈现明显的季节特征, 5月和9月形成峰值(Chl-a浓度分别为12.19、18.23 μg·L^-1), 8—10月, 大溪水库的Chl-a浓度维持在一个较高的水平, 面临藻类水华的风险.

表 2(Table 2)

表 2 大溪水库水质参数相关关系 Table 2 Correlation between the water quality parameters in Reservoir Daxi

表 2 大溪水库水质参数相关关系 Table 2 Correlation between the water quality parameters in Reservoir Daxi

COD_Mn在2011—2015年的均值为4.83 mg·L^-1, 变化范围为3.11~7.79 mg·L^-1, 处于II类水或III类水的限定值范围, 其中, 2013年最低, 为3.83 m·L^-1, 2015年最高, 为5.74 mg·L^-1.在季节上, COD_Mn的空间分布具有显著差异(p＜0.001, 图 3c), 在3个区域均呈现夏季高、冬季低的季节分布特征.COD_Mn的季节变化趋势与降水的季节变化趋势较为一致(图 3c), 其中, 大溪水库COD_Mn在夏季高(8月最高, 为6.1 mg·L^-1), 在冬季低(2月最低, 为3.63 mg·L^-1).这是由于夏季降水量多, 雨水携带了有机污染物随地表径流进入湖泊所致.结合DO的月均数据, 月际上COD_Mn与DO呈显著负相关(r= -0.62, p＜0.05), 说明DO降低导致有机污染物难以通过好氧微生物的作用而被分解, 冬季较低的水温使底部沉积物中的脱氢酶活性受到了抑制, 一定程度上减缓了沉积物向水体释放有机物的过程(王永美, 2016) .在空间上, COD_Mn在Z1区域高(4.89 mg·L^-1), 在Z2和Z3区域低亦是更容易受到外源污染所致.

湖泊富营养化评价就是通过与湖泊营养状态有关的一系列指标及指标间的相互关系, 对湖泊的营养状态作出准确的判断.针对水体富营养化评价的综合评价指数法有卡尔森营养状态指数(TSI)、修正的营养状态指数(TSIM)和综合营养状态指数(TLI).本文根据中国环境监测总站《湖库水库富营养化评价方法及分级技术规定(总站生字90号)》, 利用透明度、TN、TP、COD_Mn和Chl-a浓度等5个指标, 采用综合营养状态指数评价法(TLI)对大溪水库水体营养化状态进行评估.

根据公式(1) 计算每个指标的营养状态指数, 之后按照权重累加得到综合营养状态指数, 最后利用0~100系列数值进行分级：TIL＜30为贫营养, 30≤TLI≤50为中营养, TIL>50为富营养, 其中, 50＜TLI≤60为轻度富营养, 30≤TLI≤50为中度富营养, TLI>70为重度富营养.2011—2015年大溪水库的营养化状态评价结果显示(图 4), 综合营养化指数基本处于30~45之间, 属于中营养状态, 其中, 2011年和2014年的营养化评价指数相对其他2个年份高.在季节上, 达到了40以上, 在5—9月份浓度高.即便如此, 全湖营养化指数仍低于50, 属于中营养状态, 并且2011—2015年的结果显示, 2015年的TLI指数已较2014年有所降低, 但水库富营养化指数已接近40, 仍需谨慎防止向中-富营养化状态转化.

图 4(Fig. 4)

图 4 大溪水库富营养化指数评价结果 Fig. 4 Eutrophication index evaluation result in Reservior Daxi

根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002), 利用TN、TP、NH₄⁺-N浓度和COD_Mn对大溪水库2011—2015年的水质等级进行评价.将2011—2015年的月采样数据各指标按照不同采样点位进行统计, 之后在ArcGIS Desktop中借助地统计工具中的简单克里金插值方法获取水库整个区域的各指标浓度, 最后根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002) 的标准, 对水库水质等级进行评价并出图.

水质等级评价结果显示(图 5), 2011—2015年间大溪水库, 全库区约83%的区域达到了地表水III类水质要求, 仅洙漕河口范围内处于地表IV类水限定范围内, 约占水库面积的17%.2011年, COD_Mn、TN、TP大部分区域达到III类水标准, 但在沙溪河口、洙漕河口, COD_Mn和TN已经达到了IV类水标准；2012年, 在沙溪河口TP超标, 水质等级为IV类, 其他区域达到III类水标准；2013年, 虽然TP处于I类水标准, COD处于II类水的范围, 但TN浓度依旧较高, 在洙漕河口达到IV类水, 其他区域达到III类水的标准；2014年, 全年水质较差, TP浓度在整个水库都达到了IV类水水平；而到了2015年, 水质有所恢复, 库区水质大部分指标的评价等级达到了III类水标准, 只是在入湖口的地区COD_Mn和TN超标, 处于IV类水水平.

图 5(Fig. 5)

图 5 2011—2015年大溪水质等级空间分布 Fig. 5 The temporal-spatial variations of water quality in Reservoir Daxi in 2011—2015

大溪水库5年的水质等级空间分布结果表明, 在沙溪河口和洙漕河口, 水库各指标浓度基本处于IV类水水平, 主要是因为该区域处于河口区域内, 受河流径流影响, 会有大量的外源物质随径流进入库区, 导致水质较差；其他区域处于III类水水平, 尤其是饮用水取水地(8号点)各参数的等级一直处于III类水或以上标准, 保证了区域饮用水源的安全.

湖泊水体污染来自内源释放和外源输入, 将2011—2015年的大溪水库的底层水质数据与表层水质数据进行对比, 计算底层和表层的差异((表层值-底层值)/表层值×100%), 结果发现(图 6), 底层的COD_Mn、TN、TP含量与表层水样均无明显差异.并且, 根据实测采样获取的底层水体DO结果(数据未在文中展示), DO总体达到5 mg·L^-1及以上, 处于富氧状态, 此时水库底泥氮、磷释放弱, 表明目前水库的营养盐等来源仍以外源污染为主.

图 6(Fig. 6)

图 6 大溪水库实测样点底层与表层水质参数差异 Fig. 6 The difference of water quality parameters between surface and bottom in Reservoir Daxi in 2011—2015

大溪水库南部洙漕河与沙溪河是水库的水源地, 河流流域流经的居民区及周边农田的面源污染都会随河流径流进入大溪水库.杨文斌等(2007) 的研究结果表明, 昆承湖的污染源中虽然只有1/4来源于农村生活污水和农业面源污染, 但贡献了污染中的绝大部分的氮、磷, 说明农业面源污染对湖库水体水质影响重大, 农业污染仍旧是当前大溪水库面源污染的主要来源, 尤其是近年来土地利用的不合理, 加剧了污染的程度.目前, 包含大溪水库在内的天目湖流域, 土地利用茶园开发是最突出的问题, 根据已有研究结果(刁亚芹等, 2013), 2005年起当地政府鼓励茶园的开发种植, 企业投资规模化开发茶园, 茶园在2000—2011年开发面积由6.2 km²增加到了26.5 km², 尤其是2010年以后研究区的茶园开发速度平均达到4.1 km²·a^-1, 将近2005年以前的6倍.由此可见, 若茶园长期按此速率增长, 天目湖丘陵山区自然林地将丧失殆尽.根据大溪水库流域土地类型调查结果, 茶园在大溪水库流域内的所有土地利用类型中覆盖面积位居第3, 比例达10.9%, 且在持续增加.由于成熟茶园的植被覆盖度高, 新茶园覆盖度较低, 导致土地裸露严重, 保水保肥性较差, 增加了土地水土流失的风险.相对于林地、湿地, 茶园的开发极易造成土壤侵蚀等严重问题, 由于茶园往往位于坡度较大的区域, 茶园土地的氮、磷随地表径流流入大溪水库, 不仅降低了土壤肥力, 还向水库输入了大量营养盐(聂小飞等, 2013) .特别地, 大溪水库西部临湖坡岸开发强度较大, 且有逐渐靠近水库的趋势, 使大溪水源地的洙漕河口入库河流污染严重(刁亚芹等, 2013) .此外, 大溪水库流域耕地的比例达26.4%, 耕地涵养水源、水土保持能力较差, 施肥、施药量不断加大, 加剧农业面源污染.另外, 建设用地占流域总面积的5%, 尽管不是特别高, 但其通过占用林地扩张面积, 对大溪水库的生态流域功能有所影响.

周边农业用地和茶园的施肥带来的面源污染是大溪水库水质污染的主要污染源之一.同时, 天目湖景区的旅游业发展迅速, 旅游景区设施正处于大批建设中, 大溪水库作为天目湖景区的一部分, 愈加强烈的人类活动在很大程度上影响了自然生态的平衡, 对大溪水库的水质影响会越来越大.

降水带来的地表径流造成湖泊面源污染, 近年来越来越多的报道表明, 水文过程控制营养盐的浓度(Yamamoto et al., 2006; Donagh et al., 2009) .气候的年际波动和极端气候事件可能都会明显影响当年的水库水质状况, 例如, 淮河流域的焦岗湖夏季TN、TP浓度显著高于秋、冬季节, 农业非点源污染对湖体氮、磷营养盐的贡献高达81%和93%, 汛期雨水对农田土壤的冲刷致使入湖径流携带了大量污染物(王变等, 2016) .

2011—2015年的TN、TP浓度与降水的变化关系曲线显示(图 2), TN、TP与降水之间存在较好的一致性, 尤其是Z1区域, 呈现出了极好的一致性.TN与降水之间存在显著相关关系(r=0.59, p＜0.05), 降水量大的月份, TN浓度增高, 降水少的月份, TN浓度则较低.另外, 在年际上降水也影响TN的浓度差异, 2014年TN的浓度也达到了2.0 mg·L^-1以上, 对比发现, 2014年的降水量较之往年相对较高.相对而言, 大溪水库Z1区域TP浓度与降水之间存在显著正相关关系(r=0.70, p＜0.05), 在Z2、Z3区域则不存在显著相关关系, 这是因为地表径流中的磷素进入湖体后被稀释所致.此外, 2011—2015年水库的TN、TP浓度在丰水期(6—9月)、枯水期(12—2月)和平水期(3—5月, 9—11月)的统计结果显示(图 7), 丰水期的TN、TP浓度高于平水期和枯水期.枯水期的TN浓度不及丰水期的1/3, 说明降水时期, 地表径流向湖区贡献了大量的氮元素；同样地, TP浓度在丰水期浓度亦高于枯水期的, 但不同降雨期TP浓度的差异相对于TN浓度的差异较小, 这是由于大溪水库TP的浓度原本就比较低, 且径流入库后被迅速稀释而降低.

图 7(Fig. 7)

图 7 丰水期、枯水期、平水期的TN (a)和TP (b)浓度变化 Fig. 7 Change of TN (a) and TP (b) concentration in flood season, dry season and flat water period, and

不同氮形态组成的季节变化表明(图 8a), 有机氮浓度在一年中变化幅度较小, TN浓度的高低变化主要取决于无机态氮, 特别是与NO₃^--N浓度变化的相关性显著(r=0.56, p＜0.01) .这是由于其所属的天目湖流域地形多以丘陵山区为主, 地形坡度大, 春季农田茶园施肥加之春汛和夏季强降水时期, 易受雨水冲刷造成水土流失, 非点源径流氮素污染负荷主要是雨水淋溶土壤中的NO₃^--N, 因为硝酸根离子带负电荷, 最易被淋洗, 雨季增加了氮流失量(王德建等, 2001) .大溪水库中TP主要由有机磷(OP)贡献(占TP的60%~80%), TP浓度和有机磷浓度变化一致(表 2, r=0.98), 在降水颇丰的夏、秋季节有机磷浓度骤然上升(图 8b).可能是由于地表径流冲刷非溶解态磷素形成对湖体的面源输入, PO₄^3--P浓度峰值也出现在降水量最大的6、7月, PO₄^3--P是可以被藻类直接利用的磷形态, 引起6、7月藻类大量繁殖, 导致水质恶化.这一结果与邬明伟等(2010) 对大溪水库流域营养盐输移规律的研究相一致, 即进入大溪水库流域的氮素主要以可溶性氮素为主, 磷素主要以非溶解态磷素的形式输移.同时, 氮、磷、COD_Mn的空间变化表明(图 2 a~b、图 5), 在Z1区域的氮、磷、COD_Mn远远高于水库其他区域, 这是由于河口处汇集了地表径流带来的外源污染, 间接地说明降水亦影响水质的空间分布.

图 8(Fig. 8)

图 8 不同形态氮(a)和磷(b)的季节变化 Fig. 8 The seasonal variations of different forms of nitrogen (a) and phosphorus (b)

自然水体都具备一定的自净能力, 通过水生植物自身生长可以吸收水体中的营养盐, 将氮磷固定在植物体中, 通过收割和打捞移出水体, 进而降低营养盐浓度；植物根系还可以吸附截留颗粒态氮、磷, 增加水体透明度；水生植物强大的泌氧功能可以增加水体溶解氧浓度, 有利于还原性污染物的氧化；水生植物根系可以创造好氧-厌氧环境, 为氮循环的硝化反硝化过程提供有利环境, 水生植物还具有抑藻效应, 因此, 水生植物对水库水体有很好的净化作用.大溪水库的水草调查显示, 近年来只有湖湾或近岸处零星分布有香蒲、芦苇、水花生等植物, 挺水植被多通过人工栽种得到一定的恢复.通常, 水深超过透明度2.5倍时则因水底光照弱沉水植物难以进行光合作用, 生长发育受到限制.大溪水库的6、9号点由于水深过深, 导致水深/透明度远远高于2.5, 而2、3、5号点低于2.5, 可以为沉水植物生长提供足够的光照, 调查亦显示这几个点位多年存在沉水植物, 但目前这几个点沉水植物基本消亡, 水生植物的净水作用基本丧失, 需引起注意, 浅水湖泊从草型向藻型富营养化转化过程中会逐渐丧失其生态功能.2013年以来蓝藻的优势属种由原来的席藻转变为微囊藻, 这种转变需要警惕.

人工鱼类养殖也会影响水库的水质, 过度的养殖会使得水体有机物富集从而导致水体富营养化, 但适度的鱼类养殖却能改善水体的水质.当前大溪水库取消了大规模水产养殖, 鱼类以鲢和鳙为主, 占鱼类总量的70%~80%, 其次还包括鲤、鲫、青鱼、草鱼等种类(孙明波等, 2013) .鲢、鳙一类的滤食性鱼类通过摄食浮游生物有效控制了浮游生物的过度繁殖(Murtaugh, 1990；谷孝鸿等, 1996), 但草鱼等草食性鱼类啃食水草, 降低了水草对水体的净化能力, 且排出的粪便造成浮游生物大量繁殖；鲤、鲫一类的野杂鱼类能够摄食水体悬浮的残饵和有机碎屑, 有效降低浮游生物量.可通过进一步调控投放鱼类比例促进水下生态系统良性循环, 有效减缓水体富营养化进程.

1) 大溪水库整体水质良好, 大部分水域的水质达到了地表水Ⅲ类水质要求, 全库营养化指数低于50, 属于中营养状态.水质参数在季节上差异明显, TN、TP、Chl-a浓度、COD_Mn呈现夏、秋季高于冬、春季的季节变化规律；空间上, 大溪水库的水质表现为北高南低的分布特征, 水库南部河流入口处的水质最差, 甚至达到了IV类水标准.

2) 降水显著影响水库水质的时空变化, 氮、磷等营养盐与降水之间存在显著的相关关系, 降水量大的雨季(6—9月), 水库的氮、磷浓度达到一年中的最高, 而在干季(10—12月, 1—5月), 氮、磷的浓度则相对较低.并且, 在Z1河口区水库水质明显劣于Z2、Z3区, 亦说明降水形成的入库径流污染了水体.

3) 大溪水库水质状况良好, 但仍存在流域土地利用不合理、入库河流携带外源污染、鱼类养殖结构不合理等问题, 大溪水库由于水生植被消亡、藻类优势种转变及鱼类养殖结构不合理, 致使自身生态系统不平衡, 生态功能下降, 这也是影响水库水质的一个原因.