太湖藍藻監測及暴發情況分析

顧蘇莉,陳 方,孫將陵

(太湖流域管理局水文水資源監測局,江蘇無錫 214024)

太湖藍藻監測及暴發情況分析

顧蘇莉,陳 方,孫將陵

(太湖流域管理局水文水資源監測局,江蘇無錫 214024)

為了及時掌握太湖藍藻發生和暴發狀況,為保障流域供水安全和太湖富營養化治理提供必要的基礎信息,以1996—2008年太湖各湖區藻類監測資料為基礎,結合藍藻歷史變化狀況,對太湖13 a的藻類群落組成、優勢種的構成、數量和季節變化,以及藍藻暴發情況進行分析,并對太湖9個湖區分區進行藍藻暴發特征分析,探討治理藍藻水華的措施。結果表明:近十幾年來太湖藻類數量總體呈上升趨勢,各湖區藻類數量呈夏秋高、冬春低的季節變化,藍藻暴發時段主要集中在6—9月,8月份達到最高值;藍藻暴發區域主要集中在太湖西北部的竺山湖、西部沿岸區、梅梁湖等湖灣;湖心區藍藻數量呈明顯增長,需要引起關注。

太湖;藍藻;水質監測;水華

太湖流域地處長三角核心區域,流域面積3.69萬km2,是我國經濟最為發達的地區之一。太湖位于流域中心,為平均水深僅1.8m的碟型淺水湖泊,是我國第3大淡水湖。太湖長期沉積的富營養底泥與人類活動排放入湖的營養物相疊加,導致湖泊富營養化日益嚴重,水面藻類增殖,成片成團地覆蓋水體表面,形成水華,消耗水體的溶解氧,向水體釋放有毒物質,使水體變得腥臭難聞,透明度降低等,給工業用水、飲用水、水生生態、漁業等都造成了極大危害[1]。自20世紀90年代初以來,年年暴發不同程度的藍藻水華,給環太湖地區人民的生產和生活帶來極大危害。特別是2007年5月貢湖水廠水污染事件,引發了無錫市城市供水危機,造成較大社會影響。

隨著太湖水體富營養化的加劇,藍藻水華成為太湖重大的水環境問題,對藍藻水華暴發機理的研究也逐漸成為熱點。國內外對湖泊藻類的研究可追溯到19世紀中葉,至今已有大量文獻報道全世界不同類型湖泊中藻類種類時空分布及其與環境的生態關系。但其中有關大型淺水湖泊的藻類種間關系的研究尚少見[2]。筆者就太湖的藍藻監測和暴發情況進行分析,以期拋磚引玉。

1 監測方法

1.1 監測站點

將太湖劃分為9個湖區,分別為五里湖、梅梁湖、竺山湖、貢湖、湖心區、西部沿岸區、南部沿岸區、東部沿岸區和東太湖。1996年監測之初,布設監測點23個,試運行1a后,考慮到采樣點的代表性和分布的均勻性,并根據浮游植物在不同生態條件下的生長習性和組成變化,將監測點增加至26個。近年來,隨著流域水資源管理與保護要求的不斷提高,對監測方案進行了多次優化調整,至2008年,太湖省界湖泊水體監測站點增加到33個,見圖1。

圖1 太湖湖區藻類監測站點分布

1.2 監測項目

監測項目包括:藻類數量、生物量、優勢種群。藻類種群包括藍藻、綠藻、硅藻、隱藻、甲藻、黃藻、金藻等門類。2008年之前隱藻門的數量一并計入甲藻門,從2008年4月開始,隱藻門為獨立門類統計,與甲藻門分開計數。

1.3 監測方法

a.現場采樣。用GPS或固定參照物定位采樣點,觀察采樣點周邊水面和表層水藻類分布,采集代表采樣點周邊平均濃度的水樣。每一個采樣點采水1000mL,采得水樣后立即加入10～15mL魯哥氏液固定。

b.室內分析。樣品處理:水樣在1000mL圓柱形沉淀器中沉淀24h后用虹吸管小心抽出上面不含藻類的清液,剩下30～50mL沉淀物轉入50mL的定量瓶中,該沉淀物需再沉淀24 h后正確濃縮至30mL。一般情況下,濃縮的體積視浮游植物的多少而定,濃縮的標準以每個視野里有十幾個藻類為宜。鏡檢計數:濃縮樣品混勻后,取0.1mL于計數框,用顯微鏡觀察100個視野,每片計數視野不少于25個,每個樣至少計數兩片,當兩片的計數結果和平均數之差超過其平均數的±15%時,增加計數的片數,取相近二數之差不超過均數±15%的兩片結果的平均值作為計算結果。

1.4 監測頻次

在1996年5月至1997年11月期間,藻類監測頻次為每2月1次,從1998年1月起調整為每月上旬進行1次,水量水質同步,并保持至2010年12月31日。

2 太湖藍藻的歷史演變和空間格局

半個世紀以來,太湖水體中藻類組成逐步變化,總趨勢是種群數不斷減少,而個體數量劇增[3]。藍藻經歷了從平分秋色到一統天下的歷程——20世紀50年代初,五里湖夏季藍藻數量最多,隱藻、硅藻和綠藻次之,其他季節隱藻和硅藻在數量上占絕對優勢[4];1960年,太湖藻類中以藍藻為主[3],西部湖區夏季藍藻數量占絕對優勢;80年代,藍藻、硅藻、綠藻為總體優勢群,分別占20%、28%和 40%,夏秋季藻類生物量中藍藻、硅藻和隱藻平分秋色[5];80年代末,藍藻生物量略多于硅藻[3];90年代,梅梁灣藻類生物量夏季藍藻(偶有綠藻)占據絕對優勢;21世紀初夏季藍藻一統天下[4]。

藍藻水華的出現始于20世紀50年代末,有自北向南、向西、向東蔓延發展的趨勢;五六十年代僅見于五里湖,2006年覆蓋太湖總面積的2/5;根據衛星遙感影像資料,藍藻水華的聚集面積2004年以來急劇增加,近20年來藍藻開始大量聚集的時間逐漸提早,藍藻水華空間格局有從北部擴展到中部和西南部的變化趨勢[4]。

3 太湖藻類現狀

2008年太湖藻類年平均數量為1 488萬個/L,總體呈夏秋高、冬春低的特點,2月藻類數量最低,為526萬個/L,9月最高,達2614萬個/L,全年各測點最高值出現在9月份的竺山湖龍頭,藻類數量高達2.41億個/L。與往年相比,2008年水華出現較早,4月份西部沿岸區和南部沿岸區藻類數量和生物量急劇上升,一直延續到10月[5]。

2008年太湖藍藻主要出現在北部湖灣和西部沿岸區,春季南太湖首先出現藍藻,夏秋季北部、西部湖灣藍藻大量聚集。貢湖南側、東部沿岸、南部沿岸東段和東太湖藻類數量相對較少,種類豐富,水草繁盛,水質相對較好。

對各監測點的藻類種群結構和數量的調查結果顯示,太湖流域以藍藻門為主,綠藻門、隱藻門次之,黃藻門偶有出現。污染嚴重、無水草分布區域則藻類數量較大,藍藻占絕對優勢,銅綠微囊藻成為優勢種。

4 近十多年來太湖藻類狀況

4.1 總體變化

1996—2008年間,太湖平均藻類數量為867萬個/L,其中藍藻數量為487萬個/L[6]。最近幾年太湖藻類數量上升,2008年太湖平均藻類數量為1488萬個/L,其中藍藻數量為1 199萬個/L。

根據1996—2008太湖各湖區藻類總數年均值分析,藍藻水華暴發頻次最高的區域以及暴發最嚴重的區域主要集中在太湖西北部的竺山湖、西部沿岸區、梅梁湖等湖灣,其中尤以五里湖、梅梁湖東部至拖山一帶最為嚴重,近幾年西部沿岸有明顯加重趨勢。東太湖、東部沿岸、南部沿岸水域藻類數量較少,但個別時段也出現藍藻聚集。1996年以來太湖藻類數量平均值出現小幅減少趨勢,至2004年以后又有所增加,且呈現逐年遞增趨勢,特別在2007—2008年明顯上升。其他湖區變化趨勢與太湖平均值基本一致,但五里湖、東部沿岸和東太湖等湖區最近兩三年出現了下降趨勢。

4.2 空間變化

2004年以前太湖藍藻分布區域主要局限于北太湖的梅梁灣和竺山灣等湖區,近年來由于貢湖灣和南岸水草大片消失,藍藻分布范圍已經擴大到全湖。各湖區中,西部沿岸區、梅梁湖和竺山湖的藍藻年平均數量高且升高趨勢明顯:西部沿岸區1996—2006年均在 400萬個/L左右,但2007年上升為2134萬個/L,2008年最高值達2455萬個/L;梅梁湖1996—2006年均在500萬個/L左右,但2007年上升為1 000萬個/L,2008年達 2 000萬個/L;竺山湖1996—2006年均在700萬個/L左右,但2007年上升為1300萬個/L,2008年達2100萬個/L。東太湖、東部沿岸較少,最低值出現2003年東太湖水域,藍藻數量為25萬個/L。

4.3 季節變化

統計太湖1996—2008年藻類月平均數量,發現太湖各湖區藻類數量總體呈夏秋高、冬春低的特點,藻類數量基本呈單峰型,從4月底開始藻類數量明顯增加,基本在900萬個/L以上,8月份達到最高值,最高湖區的藻類數量達3000萬個/L,到9月中旬以后藻類數量開始下降,到次年2月份左右降至最低,平均為116萬個/L。

4.4 種群變化

20世紀80年代太湖水體中藻類以藍藻、硅藻、綠藻為總體優勢群,分別占20%、28%和40%;而90年代以來,太湖藍藻不僅呈全湖性分布,而且出現時間長,幾乎全年出現,藍藻門最高時約占總量的91.6%,其中又以單一銅綠微囊藻為主,高峰時形成水華,見圖2。近兩年來優勢種除藍藻外,還出現了隱藻,隱藻已發展成為僅次于微囊藻的優勢種群。

圖2 太湖各湖區藍藻數量占藻類總數比例變化趨勢

太湖各湖區藍藻數量在浮游植物細胞總量中所占比例貢湖和湖心區最高,五里湖和東太湖較低,其空間分布量大小次序為:湖心區、貢湖、南部沿岸區、東部沿岸區、西部沿岸區、梅梁湖、竺山湖、東太湖、五里湖。1996—2008年間,藍藻在浮游植物細胞總量中所占比例為36.9%～87.7%,1997年以來全湖出現小幅減少趨勢,2004年最低,2004年以后又有所增加,且呈現逐年遞增趨勢,2006年以前全太湖藍藻分布平均所占比例為47.4%,2007年太湖藍藻分布范圍達到最高,平均所占比例為87.7%,較2006年前提高了40%。尤其是五里湖、湖心區、梅梁湖和西部沿岸區,在2007年明顯上升后,2008年略有下降,但這兩年比例均高達80%以上。

5 太湖各湖區藍藻暴發特征分析

a.五里湖。1996—2008年五里湖各年度藍藻數量均出現多個峰值,暴發的周期不盡相同,一般出現1～3次不同程度的暴發。其中,最高值出現在2007年9月8日,達12860萬個/L;其次是2002年6月17日為5200萬個/L。總體來看,五里湖的藍藻數量所占藻類總數的比例較小,五里湖夏秋季藍藻數量最多,隱甲藻、綠藻和硅藻次之,8—9月藍藻數量出現高峰期,其他季節隱甲藻和綠藻在數量上占絕對優勢。藍藻最高峰出現在9月,平均數量為2222萬個/L,為全年之最,主要由銅綠微囊藻和色球藻組成。

b.梅梁湖。梅梁湖水域為藍藻水華高發區,5月藻類數量明顯增加,平均數量為955萬個/L,最高平均數量為1160萬個/L,出現在10月,5月上旬—10月上旬為藻類繁殖的高峰期,一般情況下,10月以后藻類數量大幅度下降。1996—2008年梅梁湖各年度藍藻數量均出現多個峰值,水華暴發的概率較大,藍藻數量超500萬個/L以上規模水華出現次數達54次。其中,最高值出現在2008年10月8日,達11484萬個/L;其次是2008年9月9日為4332萬個/L。

c.竺山湖。竺山湖藍藻從5月開始藻類數量明顯增加,平均數量在600萬個/L左右,7月上旬—9月上旬為藻類繁殖的高峰期,最高平均數量達3223萬個/L,9月下旬以后藻類數量大幅度下降。1996—2008年竺山湖藍藻數據變化顯示,竺山湖水域為藍藻水華高發區,各年度藍藻數量均出現多個峰值,水華暴發的概率較大,藍藻數量超500萬個/L以上規模水華出現次數達42次。其中,最高值出現在2004年8月8日,達12945萬個/L;其次是 2005年7月14日為12386萬個/L。

d.貢湖。貢湖的藍藻數量占藻類總數的比例較大,4—12月藍藻在數量上占絕對優勢,其他季節綠藻、硅藻、甲藻居多。4月開始藻類數量明顯增加,5月上旬—6月下旬為藻類繁殖的高峰期,最高平均數量達1335萬個/L,7月下旬以后藻類數量逐漸下降。貢湖水域為藍藻水華高發區,1996—2008年貢湖藍藻數據變化顯示,各年度藍藻數量均出現多個峰值,水華暴發的概率較大,藍藻數量超1000萬個/L以上規模水華出現次數達25次。其中,最高值出現在2008年7月5日,達9880萬個/L;其次是2003年5月16日,為4324萬個/L。

e.東部沿岸區。東部沿岸區藍藻數量變化呈多峰型特征,其中,最高值出現在11月,平均數量547萬個/L;其次是5月和8月,平均數量為452萬個/L、376萬個/L。1996—2008年東部沿岸區藍藻數據變化顯示,藻類數量變化不大,藍藻數量超1500萬個/L以上規模水華出現次數達12次。其中,最高值出現在2007年11月7日,達8640萬個/L;其次是2007年8月14日為3132萬個/L。

f.東太湖。東太湖同東部沿岸區一樣受四季變化影響不大,藍藻數量變化不明顯,是各湖區中藍藻數量最少的湖區之一,從2007年開始,藍藻數量呈明顯增加趨勢,7月上旬-8月中旬為藍藻繁殖的高峰期,最高平均數量272萬個/L。1996—2008年東部沿岸區藍藻數據變化顯示,藻類數量變化不大,藍藻數量超500萬個/L以上規模水華出現次數達7次。其中,最高值出現在2007年8月10日,達3532萬個/L;其次是2008年7月 7日,為 3168萬個/L,其他時間段藻類數量均在1000萬個/L以下。

g.湖心區。湖心區的藍藻數量占藻類總數比例較大,且4—12月藍藻在數量上占絕對優勢,其他季節綠藻和硅藻居多。4月開始藻類數量明顯增加,高峰時局部形成水華,并且出現時間長達7個月(5—11月),最高平均數量971萬個/L,11月下旬以后藻類數量逐漸下降。1996—2008年湖心區藍藻數據變化顯示,藻類數量變化不大,從2007年開始,藍藻數量隨季節變化呈現多峰型,藍藻數量超1000萬個/L以上規模水華出現次數達11次。其中,最高值出現在2007年7月6日,達7880萬個/L;其次是2007年11月4日,為3576萬個/L,其他時間段藻類數量均低于2000萬個/L。

h.西部沿岸區。西部沿岸區藍藻數量在7—10月出現高峰期,其中8月份為全年之最,近幾年藍藻數量有所增加,特別是2007—2008年呈加速升高趨勢。2002—2005年間藍藻相對較少,2002年之前、2005年以后藻類數量變化呈現多峰型,藍藻數量超1000萬個/L以上規模水華出現次數達15次。其中,最高值出現在2008年9月9日,達10432萬個/L;其次是2008年8月4日,為8960萬個/L。

i.南部沿岸區。南部沿岸區藍藻全年出現,局部水域出現大量藍藻,形成水華。藍藻水華暴發時間范圍有從夏秋季向溫度更低的冬春季發展的趨勢,近年來藍藻出現時段有所延長,且呈加速趨勢,其中每年8月的藍藻數量為全年之最。1996—2008年間,南部沿岸區藍藻數量超1000萬個/L以上規模水華出現次數達15次,在各湖區中處中等偏高水平。其中,最高值出現在2007年7月6日,達7560萬個/L;其次是2007年8月6日,為5240萬個/L。

6 控制太湖藍藻水華措施

6.1 污染源控制排放

太湖富營養化主要是由外源污染物入湖造成的,因此消減入湖污染負荷是首要的[3]。生活污水和農業面源是太湖N、P的主要來源,河道入湖和環太湖公路圈內入湖量最大。應減少生活污水的排放,控制肥料施用量,努力降低施肥強度,減少農田N、P流失[5]。同時應積極開展湖區生態環境保護,對現有嚴重污染的企業進行調整,沿湖地區調整產業結構,實施清潔生產,嚴格限制在太湖流域新建制革、化工、印染、電鍍、釀造等大中型企業或其他污染嚴重項目,嚴格控制湖區新的污染源出現[3]。

6.2 生態系統的調控對策

許多人認為用水體生態恢復(或生態修復)的方法,可以解決湖泊富營養化的問題。然而,通過水生植物來控制太湖的藍藻問題需要進一步探討[7]。對太湖各類型水域,應因地制宜地采用不同的方法分區進行,從局部開始,采用局部高效人工生態系統改善局部水質,鞏固局部后推向全湖[3]。20世紀50年代以來,太湖的魚類群落結構發生了巨大變化,太湖中鰱、鳙比例的大幅下降,以及食浮游動物的鱭魚的大量增加,可能更加有利于藍藻的暴發。利用天敵來控制有害生物在農業生態系統中有很多成功案例,因此,調整魚類結構,提高食藻魚類比例,增加對藍藻的牧食壓力,也許是控制或減輕太湖藍藻危害的一條重要生態學途徑[7]。

6.3 調水引流

水利部太湖流域管理局自2002年起,組織實施了引江濟太調水試驗工程,2002—2008年共計引水入湖60.4億m3,引江濟太增加了水資源可供給量,保障了流域經濟社會對水資源的需求,尤其在2007年無錫市水源地供水危機中起到了重要作用[6]。實踐表明,利用太湖流域現有水利工程體系,通過對水資源實施引排調度,達到了增加流域水資源的有效供給,改善太湖水體和流域河網水環境的效果。因此,調水引流對于太湖水質的改善和藍藻的治理也是一種行之有效的方式之一。

6.4 底泥清淤

太湖底泥是湖中營養物質等長期沉淀的結果,是湖中營養物來源之一,對藍藻水華的發生起著相當大的作用。實施清淤工程,能有效地減小這一湖底營養庫。如此巨大數量的底泥,對于太湖清淤工作是一個嚴峻的考驗,同時,太湖底泥清淤工程,也將給湖泊生態系統帶來巨大影響。湖底狀況的改變不但影響生態系統中的水生植物,也影響到水生動物,尤其是底棲動物,而底棲動物是生態系統中重要的食物鏈之一。因此,清淤過程中要充分重視湖泊生態系統,保護水生生物使其保持良好的活力。

7 結 論

a.1996—2008年間,太湖平均藻類數量為867萬個/L,其中藍藻數量為487萬個/L。最近幾年太湖藻類數量上升,2008年太湖平均藻類數量為1448萬個/L,其中藍藻數量為1199萬個/L。

b.太湖各湖區藻類數量總體呈夏秋高、冬春低的季節變化,4月底藻類數量明顯增加,8月份達到最高值,到9月中旬以后藻類數量開始下降,到次年2月份左右降至最低,以后再逐漸升高,近年來藍藻出現時段有所延長。

c.藍藻水華暴發頻次最高的區域以及暴發最嚴重的區域主要集中在太湖西北部的竺山湖、西部沿岸區、梅梁湖等湖灣,暴發時段主要集中在6—9月。湖心區藍藻數量明顯增長。

d.防范與控制太湖藍藻暴發是一項長期而艱巨的工作,現階段可以通過控制污染源排放、水生態修復、調水引流、底泥生態清淤等措施,逐步改善太湖水質狀況,防止藍藻大規模暴發。

[1]邢智峰.藻類植物與水質富營養化防治[J].河南科學,1996(6):168-170.

[2]陳宇煒,高錫云,秦伯強.西太湖北部夏季藻類種間關系的初步研究[J].湖泊科學,1998(12):35-40.

[3]黃漪平.太湖水環境及其污染控制[M].北京:科學出版社,2001:35-88.

[4]謝平.太湖藍藻的歷史發展與水華災害[M].北京:科學出版社,2008:11-56.

[5]太湖流域水環境監測中心.2008年度太湖藍藻監測及歷年藍藻暴發情況分析報告[R].無錫:太湖流域水環境監測中心,2009.:6-36.

[6]太湖流域水資源保護局.現狀引江濟太對改善流域水環境的效果分析報告[R].上海:太湖流域水資源保護局,2008:11-12.

[7]劉元波,陳偉民,范成新.太湖梅梁灣藻類生態模擬與藍藻水華治理對策分析[J].湖泊科學,1998(12):53-59.

Analysis of cyanobacteria monitoring and algal blooms in Taihu Lake

GU Su-li,CHEN Fang,SUN Jiang-lin
(Hydrology Water Resources Monitoring Bureau of Taihu Basin Authority,Wuxi 214024,China)

In order to understand algal occurrence and blooms and to provide the necessary basic information for ensuring water supply safety and eutrophication control for Taihu Lake,the composition of algal species,structure of dominant species,and seasonal variations of the algal community and algal blooms were analyzed based on historical monitoring data from 1996-2008.The characteristics of algal blooms in 9 regions of Taihu Lake were also analyzed and countermeasures for controlling algal blooms are discussed.The results show that the algae populations have had an overall increasing trend in recent decades;that algae populations were higher in summer and autumn than in winter and spring,that algal blooms occurred primarily from June to September,and reached their maximum in August;and that algal blooms occurred primarily in Zhushan Lake,Meiliang Lake,and the western region of Taihu Lake.It isworthwhile to note that the algae populations appear to be growing in the middle region of the lake.

Taihu Lake;cyanobacteria;water quality monitoring;bloom

X824

A

1004-6933(2011)03-0028-05

10.3969/j.issn.1004-6933.2011.03.007

顧蘇莉(1980—),女,江蘇蘇州人,工程師,主要從事水資源監測和分析工作。E-mail:gsl378@sohu.com

(收稿日期:2010-05-11 編輯:徐 娟)