異龍湖近 20年來營養鹽與水生生態系統變化

魏 翔，唐光明

（云南省環境科學研究院，云南昆明650034）

異龍湖近 20年來營養鹽與水生生態系統變化

魏 翔，唐光明

（云南省環境科學研究院，云南昆明650034）

根據歷史資料和觀測數據對異龍湖近 20年來的營養鹽和水生生態系統變化進行了分析。近20年來異龍湖營養鹽含量始終處于較高的水平，營養鹽含量波動較大并可明顯分為三個時期，導致異龍湖營養鹽波動的主要原因是水生生態系統的結構變化。異龍湖的水生生態系統呈現明顯的退化趨勢，自1950年代以來，藻類的優勢種由硅藻轉變為藍藻，浮游動物種類由近 170種減少為 4種，底棲動物由 13種減少為2種，水生植物由種類繁多轉變為基本消失殆盡。

營養鹽；水生生態系統；變化；分析；異龍湖

1 前言

隨著社會經濟發展和不適當的開發活動，國內外大量湖泊受到外源性污染和人為脅迫，湖泊水質惡化和生態系統健康下降，極大地改變了湖泊的自然物質循環和能量流動過程，以至于許多湖泊都面臨著不同程度的富營養化問題［1］。尤其是對于淺水湖泊，因其特殊的水文和自然特征，在流域外來干擾下更易發生生態退化。過量氮磷營養鹽輸入和累積是引起湖泊富營養化的最主要誘因，分析長時間序列觀測數據，是研究湖泊營養鹽和生態系統變化的重要方法［2］，不僅能夠推斷出湖泊富營養化進程中生態系統結構、功能的變化，同時有利于判斷富營養化評價的參照標準，從而確定水體水質和生態管理目標。

異龍湖是云南九大高原湖泊之一，根據 2009年的水質監測，異龍湖的水質類別為劣 V類，平均透明度為0.22 m，營養狀態指數為78.13，主要污染指標為高錳酸鹽指數、BOD5、TN和TP。追溯異龍湖近30年來的營養鹽和生態系統變遷將能夠使我們看到其生態環境的轉變過程，有利于我們更科學地確定異龍湖的水環境管理目標。

2 湖泊概況與數據

2.1 湖泊概況

異龍湖是云南省九大高原湖泊之一，位于云南省紅河哈尼族彝族自治州的石屏縣境內，在縣城異龍鎮東南3km處。異龍湖地理坐標為東經102°28′～102°38′，北緯23°28′～23°42′。現湖泊湖面面積約31km2，流域面積 360.4km2，最大水深 5.7m、平均水深3.9m，屬典型的高原淺水湖泊。2010年，異龍湖水質類別為劣 V類，超Ⅴ類水質標準的指標有總氮、高錳酸鹽指數、化學需氧量、五日生化需氧量等4項，平均值分別為 5.95mg／L、27.5 mg／L、140.8 mg／L和14.9 mg／L；水體透明度的平均值僅為0.25m，葉綠素a的平均值為179.5μg／L，綜合營養狀態指數為79.7，為重度富營養。

2.2 數據源

H.Handen Mazzete于1914—1916年開展過異龍湖水生生態系統的調查，其后黎尚豪于1957年、王忠澤于1992年、云南省環境科學研究院在 1997年分別開展過相關工作，李恒于1980年開展了水生植被調查［3，4，5，6］。相比于滇池等大型湖泊，異龍湖有關水生生態系統的調查研究較為薄弱，但通過梳理以上調查資料，我們可對異龍湖水生生態系統的演變過程作出評估分析。收集了紅河州監測站的異龍湖1992—2012年3個常規監測站點的監測數據，水質指標包括：總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、總磷、葉綠素a、高錳酸鹽指數、透明度。

3 結果與分析

3.1 湖盆形態演變過程

據記載，1918年湖面高程1418m，容積為3.0× 108m3。1952年初，湖面水位為1416.87m，湖容積為2.14×108m3，湖面積為52.6km2。1952年年底挖深海尾河，放水發電、造田，使水位下降2.55m。1971年3月，湖面水位為1414.32m，湖容積為 1.2×108m3，湖面積4.36km2，同年3月之后，打通了青魚灣隧洞，洞長700m，洞底高程1407.07m，改珠江水系為紅河水系，又一次大規模放水造田，使水位又下降了2.45m。1982年12月，湖面水位1411.87m。

由于劇烈的人為干擾，以上30年是異龍湖湖盆形態發生急劇變化的時期，湖泊水位下降了5m，造田2453.3hm2，形成了異龍湖目前的湖泊及湖濱帶格局。

湖盆形態的改變，徹底打破了湖泊生態平衡，可能致使一些洞穴、泉水生活及礫石、沙底產卵的珍貴土著魚類趨于滅絕，魚種多樣性和物種多樣性受到威脅，湖濱帶遭到完全破壞。

3.2 湖泊水生生態系統演變過程

3.2.1 浮游植物

1957年，異龍湖藻類植物種類和數量較多的門依次是：硅藻＞藍藻＞綠藻＞甲藻。在湖泊西部水域中銅綠微囊藻形成水華。藻類植物個體數量為84.13×155cell／L，是當時云南高原湖泊中最多的一個。異龍湖富營養化由來已久。

1992年，觀察到藻類植物7門34科173種和變種，數量為 193.2×106cell／L。各門藻類按種類多少排序為綠藻＞裸藻＞硅藻＞藍藻＞甲藻＞隱藻＞黃藻；按個體數量排序為藍藻 ＞綠藻 ＞硅藻 ＞裸藻＞隱藻＞甲藻＞黃藻；按生物量排序藍藻＞裸藻＞綠藻 ＞甲藻 ＞隱藻 ＞硅藻 ＞黃藻。藻類植物的具體狀況見表1。

表1 1992年藻類植物種數（種）、數量 （cell／L）

1997年，浮游植物觀察到8門55種，全湖平均數量為 21.8×106cell／L。各藻門的種數、平均個體數量、占總量的百分比見表2。各門藻類的個體數量多少順序為：藍藻 ＞綠藻 ＞裸藻 ＞硅藻 ＞甲藻＞隱藻＞黃藻＞金藻。空間分布上，湖中區藻類的個體數量比湖西區、湖東區高，湖西區藻類個體數量為全湖平局數量的 146%，湖西區為82.8%，湖東區為71.2%。

表2 1997年藻類植物種數、個體數量

2010年7月，共觀察到異龍湖淡水藻類 4門 36種，以藍藻門、綠藻門、裸藻門、硅藻門的淡水藻類為主。藍藻門主要種為擬柱胞藻 （Cylindrospermopsis raciborskii）、細小平裂藻 （Merismopedia minima）、水華魚腥藻 （Anabaena flosaguas）、惠氏微囊藻 （Microcystins wesenbergii）、狹細顫藻 （Oscillatoria angustissima）。綠藻門主要種屬為空球藻（Pandorina morum）、四尾柵藻 （Scenedesmus quadricanda）、纖細月芽藻 （Selenastrum gracile）、狹形纖維藻 （Ankistrodesmus angustus）等。裸藻門藻類種屬以裸藻 （Euglena spp.）。硅藻門主要種屬為直鏈藻 （Melosira spp.）、脆桿藻 （Fragilaria spp.）、小環藻 （Cyclotella spp.）為主。水體藻類密度極高，為200～450×108cell／L。其中藍藻門的擬柱胞藻 （Cylindrospermopsis raciborskii）細胞密度為 200 ～450×108cell／L，形成水華，為水華優勢種。水體中其它藻類含量不足1‰。

3.2.2 浮游動物

1957年，異龍湖的浮游動物主要為原生動物、輪蟲類、枝角類、劍水蚤，個體數量分別為1400cell／L、365cell／L、55 cell／L、96cell／L，共計1916cell／L。

1992年，觀察到浮游動物169種，其中原生動物54種，輪蟲類77種，枝角類 18種，其它浮游動物11種。

1997年，觀察到浮游動物 101種，其中原生動物40種，輪蟲類45種，枝角類7種，橈足類4種。

表3 1992年湖泊浮游動物數量 （cell／L）

表4 1997湖泊浮游動物種類、個體數量

2010年7月，共檢測到浮游甲殼動物4屬4種。其中枝角類 2屬 2種，橈足類 2屬 2種及橈足幼體和無節幼體。優勢種為短尾秀體溞 （Diaphanosoma brachyurum）和舌狀葉鏢水蚤 （Phyllodiaptomus tunguidus）。異龍湖的浮游甲殼動物密度為21.4～138.2ind.／L，浮游甲殼動物的密度較高，而且優勢種十分明顯，短尾秀體溞全為雌體，且大多懷卵，而舌狀葉鏢水蚤具有掛卵囊的雌體及成熟雄體，還有為數很多的橈足幼體和無節幼體。說明這兩種優勢浮游甲殼動物正處于繁殖的盛期，形成較大的種群，從而壓制了其它浮游甲殼動物的生存和繁衍。

3.2.3 大型水生植物

1992年共觀察到水生維管束植物17種，生物量為 17.27g／m2，在 11個觀測點中僅有 3個點有大型水生植物，占27.3%，主要分布于湖西區。

1997年，觀察到大型水生植物 16種，9個樣點中4個有大型水生植物，占 44.4%，主要分布在湖西區。水草種類包括：①漂浮植物：滿江紅、槐葉萍、紫背萍、青草、鳳眼蓮、睡蓮；②沉水植物：馬來眼子菜、蓖齒眼子菜、大次藻、水車前、輪葉黑藻；③浮葉植物：菱、杏草；④挺水植物：慈姑、蘆葦、喜旱蓮子草、蓮、香蒲。

2010年7月，僅觀測到湖體西部、中部部分區域有大量荷花生長，其它水生植物基本未發現。異龍湖的水生植物群落遭到極大破壞。

3.2.4 底棲動物

1992年，觀察到底棲動物2門 4綱13種。其中軟體動物門8種，節肢動物門5種。個體數量為337.2cell／m2，生物量為1109.059g／m2。在底棲動物中，靜水椎實螺為優勢種，數量為 180cell／m2；白旋螺其次，數量為69.7cell／m2，絕大多數是螺殼；陽宗海螺獅 31.8cell／m2，絕大多數為空殼。螺類全湖平均個體數量為 311.6cell／m2。全湖底棲動物從數量上來看，絕大部分是軟體動物的螺類。1997年，種類比1992年觀察到的偏少，但搖蚊幼蟲和水蚯蚓比 1992年的數量有較大增加，其它種類活體比例增加。2010年7月 10個采樣點中僅在湖體中東部的3個樣點觀測到活體底棲動物，其它樣點以空殼螺體為主。共觀測到底棲動物2種，個體密度為39.7～119cell／m2。異龍湖底棲動物以耐污的搖蚊幼蟲和水棲寡毛類分布最廣，但僅僅分布在湖體的東北部。而對水質敏感的螺螄和蝦，則沒有采到。與1992、1997年相比，異龍湖底棲動物的分布區域、種類、個體密度均大幅度降低，底棲動物群落受湖泊水質惡化的影響，群落結構遭到極大破壞。

3.3 湖泊營養鹽含量變化過程

如圖1所示，整體而言，自20世紀 90年代以來，異龍湖 TN濃度均值始終高于其水質保護目標（1.0mg／L），即使在水質最好的2004、2005年 TN濃度仍然是水質保護目標的1.8倍。1993年異龍湖TN濃度達到最高峰，之后逐漸下降，1998年后逐漸平穩，2009年突然升高。近20年來TN濃度均值的變化范圍為1.72～5.86mg／L，變化幅度較大。

與TN有所不同，異龍湖 TP濃度均值較低，水質最好的時期 （2000—2004年）TP濃度均值低于湖體水質保護目標 （0.05mg／L）。近20年來 TP濃度均值的變化范圍為0.03～0.1mg／L。

葉綠素是植物體進行光合作用的基本物質，光合作用的強弱體現了初級生產力的高低，是浮游植物初級生產力的重要指標，Chla是判斷湖泊富營養化的重要指標。近20年來，異龍湖 Chla濃度呈現劇烈變化的狀態，1998—2008年期間Chla濃度處于20μg／L左右，20世紀初期和2009年Chla濃度高于80μg／L。

從以上各指標濃度均值的變化趨勢來看，異龍湖各項水質指標在近20年來呈現劇烈變動的特征，尤其表現在21世紀初期的水質好轉和2009年水質的急劇惡化。導致水質年際之間發生大幅度變化的重要因素是異龍湖的生態系統結構。

歷史資料顯示，1992年至2012年異龍湖水生植物生長情況可大致分為3個階段。1992年異龍湖水生植物在全湖 11個調查點中僅有 3個點發現了水生植物生長；1998年的調查中全湖9個調查點（調查點位同 1992年）中有4個點發現了水生植物生長；2004年的調查結果表明水生植物在全湖分布極廣；2009年異龍湖水生植物消失殆盡。

異龍湖的水質與水生植物密切相關。在水草的恢復期，異龍湖TN、Chla逐年下降，由6mg／L下降至2mg／L，之后TN、Chla基本穩定，至2009年水草消失后發生突變。需要注意的是，1993年異龍湖TN高達5.86mg／L，遠高于2009年的3.99mg／L，但1993年的Chla卻要低于2009年，這一方面與1993年異龍湖水生植物生長狀況優于2009年有關，另一方面是由于2009年湖體TP濃度相對于1993年有明顯增加，顯然與1993年相比，流域的磷負荷有明顯增加，致使湖體的營養鹽水平更加滿足藻類暴發的條件。

2008年異龍湖沉水植物生長茂盛，覆蓋率60%以上，受多種因素影響，2009年異龍湖生態系統發生災變性轉變，沉水植物無明顯生長，覆蓋率大幅度降低，藍藻水華暴發。2008—2009年是異龍湖由草型湖泊轉向藻型湖泊的重要時期，通過對2008、2009年異龍湖水質年內變化的分析可了解草型、藻型湖泊的水質特征。2008、2009年異龍湖水質的年內變化見圖2。

由圖2可以看出，異龍湖的生態系統為草型生態系統時 （2008年），異龍湖主要水質指標 TN、 TP、Chla、透明度的變化范圍為：1.47～3.08 mg／L、0.03～0.082mg／L、7.92～71.21μg／L、0.39～3.83m，變化幅度在2倍以上，尤其以 Chla的變化幅度最大。水質的變化呈現年初高，之后逐步下降，8月后又逐漸升高的趨勢，TP與Chla在11、12月達到年內的最高值。這種趨勢與水生植物生長消亡的季節性演替基本一致。值得注意的是，2008年11月異龍湖 Chla高達71.21μg／L，藻類生長異常豐富。即使在水生生態系統完整的2008年，異龍湖TN仍維持在較高水平，據保護目標仍有較大差距；TP在1—9月＜0.05 mg／L，10—12月0.05mg／L，全年最高濃度未達標。

2009年異龍湖的生態系統轉變為藻型生態系統，主要水質指標TN、TP、Chla、透明度的變化范圍為：2.00～5.66mg／L、0.059～0.151mg／L、40.77～250.511μg／L、0.15～0.87 m。與 2008年相比，各項水質指標發生急劇惡化。水質的變化呈現由年初最低逐步升高的趨勢，TN、TP均在年末達到最高值，受溫度等條件影響，藻類的生長在年末有所減弱，Chla在年末有所降低。

異龍湖的水生生態系統是維系良好水質的關鍵先決條件，然而，由于長期以來外源污染物的過量輸入，異龍湖的草型生態系統十分脆弱，在草型生態系統年內的季節性演替過程中會出現水質大幅度變化、藻類異常豐富的情況。當這種脆弱的生態平衡被打破后，異龍湖生態系統迅速轉變為藻型生態系統，藻類的過量生長導致水質急劇惡化。

4 結論

（1）從時間上來看，自 20世紀90年代以來，異龍湖 TN濃度均值始終高于其水質保護目標（1.0mg／L），即使在水質最好的2004、2005年 TN濃度仍然是水質保護目標的1.8倍。近20年來TN濃度均值的變化范圍為1.72～5.86mg／L，變化幅度較大。與 TN有所不同，異龍湖 TP濃度均值較低，水質最好的時期 （2000—2004年）TP濃度均值低于湖體水質保護目標 （0.05mg／L）。近20年來TP濃度均值的變化范圍為 0.03～0.1mg／L。異龍湖各項水質指標在近20年來呈現劇烈變動的特征，尤其表現在20世紀初期的水質好轉和2009年水質的急劇惡化，導致水質年際之間發生大幅度變化的重要因素是異龍湖的生態系統結構。

（2）自1950年代以來，異龍湖的水生生物發生了結構性變化。藻類的優勢種由硅藻轉變為藍藻，浮游動物種類由近170種減少為4種，底棲動物13種減少為2種，水生植物由種類繁多轉變為基本消失殆盡。2010年藻類密度極高，達到317.2×108個／L，是云南高原湖泊中最高的，藻類水華狀況極度惡劣。

［1］Conley DJ，Paerl HW，Howarth RW，et al.Controlling eutrophication：nitrogen and phosphorus［J］.Science，2009，（323）：1014 －1015.

［2］Bergman E.Changes in nutrient load and lake water chemistry in Lake Ringsj?n，southern Sweden，from 1966 to 1996［J］.Hydrobiologia，1999，404（10）：9－18.

［3］師麗萍，孫琴音.淺析水生植物在異龍湖水體凈化中的作用［J］.云南環境科學，2005，24（3）：40－42.

［4］李恒.云南高原湖泊水生植被的研究 ［J］.云南植物研究，1980，2（2）：113－141.

［5］王忠澤.云南省異龍湖藻類植物及魚生產力研究 ［J］.水產學報，1997，21（1）：93－96.

［6］黎尚豪，俞敏娟，李光正，等.云南高原湖泊調查［J］.海洋與湖沼，1963，5（2）：87－114.

Changes of Nutrients and Aquatic Ecosystem of Yilong Lake in Recent Twenty Decades

WEI Xiang，TANG Guang－ming
（Yunnan Institute of Environmental Science，Kunming Yunnan 650034，China）

The twenty－year change of nutrients and aquatic ecosystem of Yilong Lake was analyzed based on the historic monitoring data.The concentrations of nutrients have been high in the last 20 years.The concentrations of nutrients fluctuated three times.The main reason causing the fluctuation was the changes of structure of aquatic ecosystem.The obvious degradation trend of aquatic ecosystem was observed.The dominant species of algae has been changed to blue algae from diatom.The number of zooplankton and zoobenthos has been reduced to 4 species from previous 170 and 2 species from previous 13 respectively.The number of hydrophyte has been almost extinct versus previous many species.

nutrient；aquatic ecosystem；change；analysis；Yilong Lake

X52

A

1673－9655（2014）02－0009－06

2014－02－13