1、浅谈太湖富营养化的原因庄玉萍 0711010033摘要：2007年5月份太湖蓝藻暴发引起的无锡市自来水危机事件进一步凸现我国湖泊富营养化的严峻局面和蓝藻水华频发的现状。本文分析了太湖富营养化发生、发展的原因。研究表明,太湖富营养化之所以如此严重,主要是由于太湖发育于长江中下游洪泛平原,营养本底高;由于水浅和沉水植被的退化使得频繁的风浪扰动造成内源营养盐负荷维持在一个非常高的水平;而流域内社会经济的高速发展,进一步加剧了太湖富营养化进程。关键词：太湖；蓝藻；富营养化Abstract: In May 2007 an outbreak of blue algae in Taihu Lake in W
2、uxi City, due to water crisis further highlighted the critical situation of lake eutrophication and frequent occurrence of algal blooms in the status quo. This paper analyzes the occurrence of eutrophication in Taihu Lake, the development of reason. The results show that eutrophication is so severe,
3、 mainly due to the Taihu Lake in the Yangtze River flood plain development, nutrition, high background; the shallow water and submerged vegetation degradation caused by wind disturbance makes frequent source of nutrient load within the Maintained at a very high level; the basins rapid economic devel
4、opment within the community, further exacerbating the eutrophication process.Keywords: Lake; cyanobacteria; eutrophication中图分类号：K903 文献标识码：A1 引言：蓝藻是一种原始而古老的藻类原核生物,常于夏季大量繁殖,腐败死亡后在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫,称为“水华”。太湖广阔湖区周边凹槽水湾的水体流动性差且富营养化,为蓝藻多发地带。据资料记载,在往年太湖蓝藻一般在5月底6月初暴发,而2007年从4月25日起,太湖的梅梁湾就出现了大规模的蓝藻,2007年5月7
5、日太湖蓝藻第一次大暴发,比2006年提前了近一个月。从2007年5月19日的卫星云图上可清楚地看到,在太湖水域中西部及北部出现了大范围明显的异常高绿度值信息(图1)。经过实地调查取样,确定是大范围蓝藻暴发所致1 - 3。由于太湖蓝藻的提前暴发,引起无锡饮用水污染的危机,从2007年5月中旬开始,无锡市自来水有异味、不能饮用,矿泉水(纯净水)脱销,一时给市民生活带来很大不便,直接影响到社会的和谐与稳定。实际上,蓝藻水华对太湖周边的人来说,不是什么新东西。早在解放前太湖里就有蓝藻水华(当地人也称湖靛) ,只是那时的蓝藻水华远不如现在这样的规模和范围。因此,发生此次危机的根本原因是太湖富营养化导致蓝
6、藻水华大量生长繁殖,在合适的气象条件下在取水口大量堆积、死亡腐烂,促成了此次危机事件的发生。2太湖富营养化发生的原因 我国面积1km2以上的湖泊有2759个,总面积达91019km2,其中只有约1/3的湖泊是淡水湖泊,并且绝大部分是富营养化浅水湖泊,主要分布在长江中下游地区和东部沿海地区,太湖就是这众多浅水富营养化湖泊的典型代表4。太湖富营养化从20世纪80年代开始,每隔10年湖泊富营养化上升一个等级,而水质则下降一个等级,目前全湖处于富营养到重富营养状态,而湖泊水质则属于劣五类。应该说太湖富营养化的发展和治理已经历经多年,特别是“十五”以来,国家投入大量人力物力治理太湖富营养化,试图恢复湖泊
7、原有山清水秀的环境,但收效甚微。从1998年在太湖启动的三省一市零点达标排放以来,太湖富营养化不但没有得到有效控制,反而呈现出进一步加剧的趋势,从每年510月份太湖湖心区水体总磷(TP)、叶绿素a监测平均值看,1998年以来水体TP的浓度仍呈不断增加的趋势,叶绿素a含量也不断增高(图2)。太湖富营养化之所以如此严重而且治理起来异常艰难,既有自然方面的因素,也有人为方面的原因。图 2 1998-2006年太湖湖心区TP、Cha浓度的逐年变化和线性趋势2. 1太湖的地理位置与太湖富营养化的关系我国地貌的基本特征是西高东低,呈阶梯分布,大江大河大多发源于第一、二级阶梯上,而太湖地处我国的第三级阶梯,
8、位于长江下游三角洲的南翼坦荡的太湖平原上,发育在长江洪泛平原之上,其形成演化与河网水系的变迁密切相关。由于长江的冲刷带来大量营养物质沉积于此,因此在下游三角洲地区常是土壤肥沃。根据湖泊硅藻生物种群组合与湖泊营养水平的转换函数关系重建的龙感湖、太白湖近300年来的营养演化结果表明,长江中下游地区的湖泊在20世纪之前,就明显处于中营养中富营养化状态5。在太湖通过硅藻种群组合重建的总磷浓度介于5060g/L,已经符合湖泊富营养化的评价标准。因此,这样的湖泊是非常容易富营养化的。太湖在人类活动影响之前之所以没有呈现富营养化的态势,主要得益于大量的湿地与水生植被的发育。20世纪60年代中国科学院地理研究
9、所对太湖的综合调查显示:在太湖沿岸带,东太湖、胥口湾、贡湖湾、梅梁湾、竺山湾和五里湖均分布着大面积的水生植物6。正是由于水生植物的大量存在,一方面有效地削减了排入湖中的外源营养盐负荷,同时又大量地遏制底泥中营养盐的释放。水生植物吸收水体和沉积物中的营养元素,死亡后沉积于湖底,将水体中的营养物质转移到沉积物中,使得水体中营养盐不足以发生富营养化和蓝藻水华。同样在美国奥克乔比(Okeechobee)湖的研究也发现,无水生植被的敞水区TP浓度明显要高于有水生植被发育的湖滨区,分别为5l0mg/L和0.095 mg/L7。利用古湖沼学技术重建湖泊古营养演化序列发现,长江中下游地区浅水湖泊从草型生态类型
10、转向藻型生态类型的阀值为0.09 mg/L左右5。而历史时期太湖总磷的本底值是0.050.06mg/L,一旦外源营养盐的输入增加和外界干扰破坏原有的草型生态系统,就很容易使湖泊生态类型由草型转为藻型,进而发生富营养化和蓝藻水华。特别是解放后在许多湖泊实施的围垦,使得许多湖滨滩涂湿地得到破坏。根据统计, 太湖自解放以来, 共围垦面积528km2 8 ,这些被围垦的水域绝大部分位于湖滨浅水地区,水生植物茂盛;而围垦后,无论是种植水稻还是渔业养殖,都由原来的拦截污染物的净化区变为输出污染物的污染源,其负面影响如何可想而知。2. 2太湖浅水湖泊的特征与湖泊富营养化的关系 太湖是一个典型的大型浅水湖泊,
11、平均水深约为2m,最大水深不超过3m,加之其位于季风气候区并受台风的影响,风速较大且全年盛行。中国科学院太湖湖泊生态系统研究站2001年全年风速风向观测资料显示,全年风速在26m/s的天数为298天,占全年的82%,风速超过6m/s的天数有22天,占全年的6%。受风浪和湖流作用使得水沉积物界面经常处于不稳定状态,沉积物容易扰动而发生再悬浮,大量营养物质随之释放进入水体。据估算,一次大的风浪过程会使得水体TN和TP浓度分别增加0.012mg/L、0.005mg/L9。类似的研究结果在其它浅水湖泊也得到证实,如日本琵琶湖在一次台风过程前后,其浅水水域磷的浓度从0.01mg/L增加到0.025 mg
12、/L10。位于美国佛罗里达州的富营养化浅水湖泊阿波普卡(Apopka)湖在风浪的作用下其沉积物最顶部的8 cm底泥中的可溶性磷都会释放出来11。频繁的风浪扰动引起的内源营养盐释放常常使得水体内营养盐维持在一个较高的水平。因此,即便在外源污染得到控制的情况,沉积物再悬浮引起的内源释放还会在相当长的一段时间维持太湖的富营养化水平和蓝藻水华爆发。当前的太湖,不但内源营养负荷存在,1998年零点达标排放后外源每年还有源源不断的营养盐输入湖泊。许朋柱等12根据20012002水文年115条环太湖河道的同步环境监测资料显示,净入湖TN、TP分别是12058、361t/a,并且相比于20世纪90年代除了净的
13、氮、磷输入增加外,污染物在湖泊中的滞留率也显著提高。因而从1998年以来营养盐增加和湖泊富营养化继续发展就不难理解。需要说明的是,尽管内源污染在浅水湖泊中,特别是动力扰动的浅水湖泊中由于水沉积物界面的复氧过程,使得生物可利用的营养盐释放会受到一定程度的影响12,13。但是,由于浅水湖泊水很浅,环境容量有限,单位面积的沉积物上释放的营养盐对于上覆水柱而言是相当可观的,这也是浅水湖泊内源污染仍然非常严重的根源所在。2. 3太湖流域人类活动与湖泊富营养化的关系 20世纪60年代初,太湖流域社会经济发展处于历史困难时期,入湖污染物很少。1960年,总无机氮(TIN)仅0.05mg/L,磷酸根磷(PO3
14、-42P)为0.02mg/L,水质良好,处于贫中营养化之间6。自改革开放以来,太湖流域经济的高速发展和人口的急剧增加带来大量的工业、农业、生活污水源源不断地排入太湖。1980年太湖流域GDP为1081亿元(以2000年可比价计算),2000年为9717亿元,增长了近8倍,年均增长率达11.6%。1980年,太湖流域总人口为3169万人,到2000年上升为3953万人,净增718万人,年均增长率10.314。随着社会经济的高速发展,流域用水量明显增加,用水量越大意味着废污水排放量也越大。从用水总量上看,19802000年的20年里,太湖流域用水总量逐年增长。1980年用水总量为234亿m3,20
15、00年为316亿m3,净增用水量82亿m3,年均增长率1.5%。1987年太湖流域工业、生活废污水排放量为36亿m3 ,1999年增至49亿m3 ,到2000年,达53.3亿m3 14。伴随农业的快速发展,农业面源和围网养殖污染排放也逐年增加。目前太湖流域每公顷农田施化肥577.5kg,施农药34.5kg,远高于全国平均的411kg和11.25 kg14。东太湖围网养殖面积由1984年的266hm2,增加到1997年的3200hm2,到2003年养殖面积已达到10647.02 hm2,占东太湖总水面的比例高达79.25%1517。据估算,每生产1t鱼要向湖内释放氮141.25kg、磷14.14
16、kg,每生产1t螃蟹要向湖内释放氮517.81kg、磷71.57kg18。根据中国科学院南京地理与湖泊研究所的长期调查研究,目前太湖湖水中的营养盐浓度已经由改革开放初期的总氮12mg/L增加到56mg/L,总磷0.030.05mg/L增加到现在的0.10.2mg/L(梅梁湾水域) 。3 结论 太湖的富营养化之所以如此严重,与流域上快速发展经济及其污水排放增加有关。人类的经济活动不光导致工业污染物排放增加;同时,农业生产中大量使用化学肥料代替有机肥料,使得大量的肥料流失,造成面源污染。而随着人们生活水平的提高,城市化进程的加快,生活用水量在逐年上升。最终都流入湖泊中。此外,围垦湖滨湿地、围网养殖、河道和湖岸的水泥忖砌都会改
