太湖TN、TP、藍藻生物量變化趨勢

殷 鵬， 張建華， 華 萍， 李 霞， 孔繁璠， 耿 浩

(1.江蘇省水資源服務中心， 江蘇 南京 210029； 2.江蘇省水利廳， 江蘇 南京 210029；3.江蘇省水利科學研究院， 江蘇 南京 210017； 4.江蘇省水文水資源勘測局， 江蘇 南京 210029；5.邳州市水利工程管理總站， 江蘇 邳州 221300)

太湖是我國第三大淡水湖，地處長三角核心區(qū)域，位于長江經(jīng)濟帶戰(zhàn)略沿線，是“一帶一路”重要交匯點，是長三角地區(qū)重要飲用水水源地，對保障流域與區(qū)域防洪安全、供水安全、生態(tài)安全具有不可或缺的支撐作用。經(jīng)各方長期共同努力，太湖治理初見成效，流域水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善。但必須認識到，制約太湖水質(zhì)根本好轉(zhuǎn)的因素十分復雜，2007年以來，雖然太湖主要入湖河流水質(zhì)總體改善，但是太湖湖體卻出現(xiàn)磷升、氮降、藍藻生物量升高的特殊變化趨勢。本文通過分析太湖TN、TP、藍藻生物量等生態(tài)環(huán)境要素的相互關(guān)系，探明太湖藍藻、TP異常升高的主要原因，并提出治理建議，為下階段太湖流域水環(huán)境綜合治理提供借鑒。

1 數(shù)據(jù)分析

1.1 太湖湖體TP、TN、藍藻生物量變化趨勢

數(shù)據(jù)來源主要為太湖流域管理局歷年太湖健康狀況報告基礎(chǔ)資料。太湖流域管理局在太湖共布設(shè)33個采樣點，采用加權(quán)平均的方法計算平均值，分析得出2007年以來太湖TN、TP、藍藻生物量變化趨勢存在明顯的差異性。

太湖TN平均質(zhì)量濃度呈持續(xù)下降趨勢。由2007年2.76 mg/L下降至2020年1.45 mg/L，下降幅度達到47.5%。

太湖TP平均質(zhì)量濃度呈現(xiàn)先下降后反彈，并維持高位波動狀態(tài)。2007—2011年，太湖TP平均質(zhì)量濃度呈下降趨勢，由2007年0.089 mg/L下降至2011年0.066 mg/L，降幅達到25.8%；但是之后開始反彈，2016年達到第一個峰值0.089 mg/L，TP質(zhì)量濃度回升至2007年水平；2017—2019年成高位波動狀態(tài)，其中2019年再次達到0.089 mg/L；2020年太湖TP質(zhì)量濃度有所下降，降至0.073 mg/L。

圖1 太湖TP、TN年際變化

太湖藍藻生物量呈現(xiàn)先下降、后上升趨勢。2007年表征太湖藍藻生物量的葉綠素a質(zhì)量濃度為0.0295 mg/L，2012年已下降至0.0203 mg/L，下降31.1%。之后開始升高，2015年回升至0.0296 mg/L，與2007年水平相當，2016年起出現(xiàn)明顯反彈，2017年達到0.0493 mg/L，比2007年高67.1%。

圖2 太湖葉綠素a質(zhì)量濃度年際變化

1.2 入湖河流TP質(zhì)量濃度及入湖通量

太湖22條主要入湖河流占入湖水量的80%～90%，入湖污染負荷占70%～80%。2007年以來，22條主要入湖河流水質(zhì)明顯改善。2007年，22條主要入湖河流中有12條為劣Ⅴ類水質(zhì)，隨著入湖水質(zhì)的不斷改善，自2015年起，已全面消除列Ⅴ類。2019年水質(zhì)達到或優(yōu)于Ⅲ類的有11個，占50%，Ⅳ類有10個，占45.5%，Ⅴ類一個，占4.5%。

受流域降水量增加、區(qū)域下墊面變化等因素影響，2007年以來，太湖入湖入湖水量總體呈增加趨勢，由2007年89億m3，增加至2019年126億m3，增加了41.6%。

圖3 太湖入湖水量年際變化

根據(jù)太湖環(huán)湖入湖河流入湖污染負荷統(tǒng)計，太湖入湖TP負荷總體穩(wěn)定，2007年為0.19萬t，2010年為最高值0.28萬t，2019年為0.18萬t，略低于2007年水平。疊加入湖水量增加影響，太湖入湖河流TP平均質(zhì)量濃度呈持續(xù)下降趨勢，由2007年0.21 mg/L，下降至2019年0.14 mg/L，下降了33.3%。

圖4 太湖入湖河流TP負荷及平均質(zhì)量濃度年際變化

太湖入湖TN負荷在波動中略有下降，2007年入湖TN負荷為4.26萬t，2019年為3.64萬t，較2007年下降14.5%，2010年為2007年以來TN入湖負荷最高值，為5.65萬t，比2007年高32.6%。太湖入湖河流TP平均質(zhì)量濃度下降幅度較TP更為明顯，2007年入湖河流TN平均質(zhì)量濃度為4.79 mg/L，2019年下降至2.89 mg/L，下降了39.7%。

圖5 太湖入湖河流TN負荷及平均質(zhì)量濃度年際變化

1.3 太湖地區(qū)氣溫變化

根據(jù)江蘇省氣象臺監(jiān)測，2007年以來，太湖地區(qū)氣溫呈先下降后上升趨勢。其中，2007—2011年為下降階段，太湖地區(qū)一季度平均溫度、全年平均溫度分別從8.3℃、17.5℃降低至4.9℃、16.3℃，分別降低了3.4℃、1.2℃。2011年之后，太湖地區(qū)溫度呈持續(xù)增加趨勢，2020年一季度平均溫度、全年平均溫度分別回升至9.0℃、17.5℃，其中一季度平均溫度比2007年同期升高0.7℃。

圖6 太湖地區(qū)氣溫年際變化

1.4 相關(guān)性分析

對上述數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，結(jié)果見表1。

表1 太湖主要環(huán)境因子相關(guān)性分析

2 討論

2.1 湖體TN質(zhì)量濃度影響因素

從第一章節(jié)數(shù)據(jù)可以看出，太湖湖體TN質(zhì)量濃度、入湖TN通量、入湖TN平均質(zhì)量濃度年際變化趨勢分別為持續(xù)下降(下降47.5%)、波動中略有下降(下降14.5%)、持續(xù)下降(下降39.7%)，說明太湖湖體TN質(zhì)量濃度與入湖TN通量、入湖TN平均質(zhì)量濃度均呈正相關(guān)關(guān)系，其中與入湖TN平均質(zhì)量濃度相關(guān)系數(shù)達到0.84。此外，太湖湖體TN質(zhì)量濃度與太湖葉綠素a平均質(zhì)量濃度相關(guān)系數(shù)為-0.49，說明太湖藍藻生物量增加，有利于太湖TN的下降。秦伯強等[1]研究表明，太湖藍藻生物量的增加可以影響太湖氮元素的循環(huán)，可以促進附著在藍藻團上的微生物進行硝化、反硝化作用，使氮元素轉(zhuǎn)化為氮氣離開湖體，從而降低湖體的TN質(zhì)量濃度。

2.2 湖體TP質(zhì)量濃度影響因素

太湖入湖TP居高不下，2007年以來，持續(xù)維持在0.17萬t以上，遠超太湖TP環(huán)境容量(514 t)，這是太湖藻型生境難以改變的根本原因，但卻不是太湖TP異常升高的直接原因。太湖TP質(zhì)量濃度下降的時段(2007—2010年)，太湖入湖河流TP通量卻是上升階段；太湖TP質(zhì)量濃度上升的時段(2011—2013年)，卻又是入湖河流TP通量下降階段；入湖河流TP平均質(zhì)量濃度下降(2019年較2007年下降了33.3%)，并沒有帶來太湖湖體TP質(zhì)量濃度的改善。太湖TP平均質(zhì)量濃度與入湖TP通量、入湖TP平均質(zhì)量濃度的相關(guān)系數(shù)分別為-0.20、-0.23，說明入湖TP通量、入湖TP平均質(zhì)量濃度變化均不是近幾年太湖TP異常升高的直接原因， 王華等[2-3]研究表明，藍藻生物量的增加會促進有機態(tài)磷向可以被藍藻吸收的無機態(tài)磷轉(zhuǎn)化，并進一步促進藍藻生長；大量藍藻聚集、死亡后又會沉降到底泥的表面，引起底泥表層缺氧，造成pH升高，增加底泥磷的釋放。此次研究發(fā)現(xiàn)，太湖TP平均質(zhì)量濃度與太湖葉綠素a平均質(zhì)量濃度相關(guān)系數(shù)達到0.75，呈高度的正相關(guān)關(guān)系，說明太湖藍藻生物量增加，加劇內(nèi)源TP釋放是太湖TP升高的直接原因。

2.3 湖體藍藻生物量的影響因素

陳小華等[4]相關(guān)研究表明，只有當TP控制在0.02 mg/L以下，或者TN控制在0.2 mg/L以上，才能抑制藍藻生長，太湖目前氮磷質(zhì)量濃度，遠遠沒有達到上述閾值。2007年以來，太湖入湖河流TN、TP平均質(zhì)量濃度，TN入湖通量，湖體中TN質(zhì)量濃度都成下降趨勢；湖體TP質(zhì)量濃度雖有反彈，但是也沒有超過2007年水平，入湖TP通量在波動中有所下降。以上指標的變化趨勢均與太湖藍藻生物量的變化趨勢不相符，太湖葉綠素a平均質(zhì)量濃度與入湖TP通量、入湖TN通量、入湖TP平均質(zhì)量濃度、入湖TN平均質(zhì)量濃度相關(guān)系數(shù)分別為-0.21、-0.38、-0.54、-0.66，說明入湖TP、TN質(zhì)量濃度及通量的變化，不是近幾年太湖藍藻生物量異常升高的直接原因。

說明氣象條件的變化可能是近幾年太湖藍藻生物量異常升高的直接原因。葉綠素a平均質(zhì)量濃度與太湖地區(qū)年均溫度的相關(guān)性達到0.73 ，呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。2007年以來，2007年、2013年、2016至2020年太湖地區(qū)年均氣溫達到17℃以上，這其中2007年是藍藻水華高發(fā)造成無錫太湖水危機的年份，2013年是太湖藍藻開始反彈的起點年份，2016—2020年是太湖藍藻居高不下的年份，再次說明高溫是藍藻生物量增加的重要原因。而2016—2020年太湖地區(qū)年均氣溫與2007年水平相當，但是2016—2020年太湖葉綠素a質(zhì)量濃度均值達到0.0426 mg/L，比2007年(0.0295 mg/L)高44.4%，說明還有其他氣象因素，促進了太湖藍藻生物量的增加。

3 結(jié)論與建議

2007年以來，太湖TN質(zhì)量濃度呈持續(xù)下降趨勢，TP質(zhì)量濃度呈現(xiàn)先下降后反彈，并維持高位波動狀態(tài)。

太湖入湖TP負荷總體穩(wěn)定，太湖入湖河流TP平均質(zhì)量濃度呈持續(xù)下降趨勢，2019年降至0.14 mg/L，較2007年下降了33.3%。太湖入湖TN負荷在波動中略有下降，入湖河流TP平均質(zhì)量濃度呈下降趨勢，2019年下降至2.89 mg/L，較2007年下降了39.7%。

入湖TN通量、入湖TN平均質(zhì)量濃度的降低，以及太湖藍藻生物量的增加等因素的共同作用，造成太湖TN質(zhì)量濃度持續(xù)下降。

入湖TP通量、入湖TP平均質(zhì)量濃度變化均不是近幾年太湖TP異常升高的原因；藍藻生物量的增加促進了底泥中磷的釋放 ，是太湖TP升高的直接原因。

外源氮磷入湖負荷長期超湖體納污能力是太湖藻型生境難以改變的根本原因，但不是近幾年太湖藍藻異常升高的直接原因。溫度等自然條件的變化，是近幾年藍藻生物量異常升高的主要原因。

新一輪太湖治理要堅持外源治理與內(nèi)源治理并重，更大力度推進太湖生態(tài)清淤工程，削減太湖內(nèi)源污染，結(jié)合清淤工程，恢復太湖湖濱生態(tài)，提升湖體自凈能力。

要進一步加強對太湖流域日照、風速、降雨、湖流等自然條件的監(jiān)測，研究其與藍藻生長的內(nèi)在關(guān)系，為新一輪太湖治理提供技術(shù)支撐。