蓝藻水花:从何地来,到哪儿去?

By admin in 诗词歌赋 on 2020年4月19日

、前言

太湖蓝藻水华暴发的四个过程。中科院南京地理与湖泊研究所供图

“湖泊是人类文明之镜”,从湖泊的水质保护状况更可以反映人类文明程度。湖泊作为水系的一部分,自古以来就成为人类文化与文明的摇篮。特别是长江下游平原地区的淡水湖泊一直是我国农业经济发达的鱼米之乡,赞美洞庭、鄱阳、太湖的诗词歌赋大量涌现,成为我国水文化的重要内容。

5月初,太湖、巢湖等大型浅水湖泊进入了蓝藻水华高发期。

随着近代工业化的发展,除各种自然有机物及各种水土流失物进入湖泊可能会影响湖泊水质外,各种人工化学物质进入湖泊可能导致湖泊水质的急骤变化。在江河已遭到严重污染的今日,湖泊已成为保护人类水源的最后一个阵地,湖泊水质的恶化将从根本上破坏流域社会经济的可持续发展条件。

蓝藻水华是水域生态环境问题,多发生在大型浅水富营养化湖泊。其暴发会引发一系列连锁反应,影响最为明显的是饮用水供水安全和水体生物多样性。

对湖泊的水质保护,最重要的是处理好流域内人与湖泊的关系,建立人与湖泊长期和谐共处的关系。

据预测,太湖、巢湖、滇池等流域今年1月~5月气温与多年平均气温相比增加0.5~2°C,利于蓝藻水华发生。

二、湖泊的基本特征

早在今年2月,生态环境部就发布通知,要求各地做好2019年重点湖库蓝藻水华防控工作。自4月1日起,安徽省已启动巢湖蓝藻水华预警和应急监测工作。

湖泊的基本特征随湖盒形状及其容量大小而有所差异,同时流域内人类活动也会影响和改变湖泊的基本特征。

然而,对蓝藻水华的预警和监测并不是一件容易的事。

容量较大的湖泊其环境容量亦大,相对不易受到污染,可是一旦被污染又较难净化。而较浅的湖泊也较容易被污染,而且受风、热的影响较大。

“蓝藻水华常常‘来无影、去无踪’,其出现和消失呈现较大的时空差异,以往研究无法很好地解释这种现象。”中科院南京地理与湖泊研究所研究员秦伯强课题组研究发现了蓝藻水华发生的动态特征及其驱动机制,并提出蓝藻水华暴发过程的概念性解释。

进入湖泊的污染物或泥沙由于湖泊内的流动而被输送到全湖。因此要掌握湖泊内污染物及泥沙的输移扩散状况,必需掌握湖流特征。湖流的成因可分为:

研究成果相继发表在Hydrobiology和Frontiers in Microbiology上。

①吞吐流,由进、出湖河道的水流动引起;

“谜”一样的问题

②风生流,由风作用于水面的剪切力引起;

虽然今年的气温有点特殊,对蓝藻水华要格外关注些,但对它的预警和监测其实是相关管理部门每年的常规动作。

③热成流,由于太阳辐射,而接受辐射的水体深浅不一,热容量不同而引起;

蓝藻水华的主体是蓝藻,它本是淡水湖泊中常见的浮游类植物,其在富营养化条件下遇到合适的气象条件便会大量生长,进而形成我们熟知的蓝藻水华。微囊藻是蓝藻水华最常见的优势群种,其暴发频度和生物量占比最大。

④柯氏力,由地球自转所产生的离心力及线速度差异所引起。在洪水季节,吞吐流影响较大,在枯水季节,风生流影响最大,而热成流只在湖盒地形变化较大,水体深浅不一时才显示其影响。对面积较小的湖泊可以忽略柯氏力的影响。对于北半球湖泊而言,由于南向季风及柯氏力的影响,大多会出现逆时针方向的环流。太湖的主导湖流也是逆时针方向的环流。

长江中下游地区和东部沿海集中了我国绝大多数淡水湖泊,也是国际上浅水湖泊较为集中的区域。“浅水湖泊如果换水周期延长,就非常容易富营养化与出现蓝藻水华。”秦伯强告诉《中国科学报》。

在遭遇较大风力时,由于风的吹送,湖泊近风一侧水位下降,远风一侧水位将抬升,湖面倾斜,在太湖这种北高南低的水位差可达0.3~0.4米。如果风力忽强忽弱,或风向不断变化时,湖面会产生像潮汐一样的静阵现象,亦称假潮,其周期与湖盆形状有关。太湖水面振荡周期约1~1.5小时。过去在太湖渔民中曾有“一日十八潮”之说。

据介绍,漂浮的蓝藻水华在湖泊水源地附近堆积、腐化进而恶化水质的状况时有发生。

对于较深的湖泊,在每年春夏之季尚可能出现温度分层现象,影响上、下层之间的物质交换。太湖属浅水湖泊,一般不会出现分层现象。

此外,蓝藻分解释放的藻毒素对人体健康有直接的危害,调查表明,太湖周边地区饮用水藻毒素的暴露等级与癌症发病率呈正相关。

从湖泊的水质变化过程来看,要由幼年的贪营养型湖泊→青年的中营养型→壮年的中营养型→老年的富营养型,这是湖泊由幼年至老年的变化过程。在自然条件下,这一过程发展相当缓慢,但是由于人类活动的刺激,这一过程也可能变得十分迅速。湖泊水质由幼年期进入青年期,或由青年期进入壮年期时,往往会发生淡水赤潮,而进入老年期时则发生“水华”。因此有人把赤潮称为湖泊的“青春痘”,而把水华称之为“老年癍”。湖泊一旦进入富营养化状态即意味着已进入老年期,在伴随水华发生的同时还会出现沼泽化,沿岸湖湾域水深不断变浅,湖泊面积逐渐缩小。湖泊一旦出现富营养化要使其逆转,再返回青春是较难的,但可以采取多种措施,延缓其老化过程。

其实,社会对于水体富营养化与蓝藻水华暴发已有初步认识,氮、磷等营养盐浓度的增加以及较高的水温、充足的光照、平静的风浪条件,都有可能促成蓝藻水华的暴发。

太阳集团娱乐,三、太湖的水质评价

但是,在太湖这样的大型浅水湖泊中,蓝藻水华的出现和持续时间只有数小时,呈现出较大的时空差异。

太湖于80年代初,先是在北部湖湾区域出现明显的大面积水华,其后向湖心发展,1990、1994、1995年七月无锡梅园水厂因藻类异常增殖,导致水厂过滤器堵塞,水味异常。目前太湖呈现典型的老年症状。即大面积的水华和东太湖的沼泽化。

正是这种情况让人们用“暴发”一词来形容蓝藻水华。秦伯强表示,其出现或消失的原因俨然成了“谜”一样的问题。

太湖入湖泥沙量不大,粗估为200万m3/年,相当于每年平均淤积1mm,但由于湖水较浅,一有风浪就被掀起,并随湖流输送到东太湖及其它湖湾地区。在东太湖的一些地方,每年`可淤积0.1m,水深逐渐减小。

太湖是典型的大型浅水湖泊,《中国科学报》记者检索国内文献发现,相关研究多以太湖为案例。

太湖水质污染严重,1995年全年平均已无Ⅱ类水,Ⅳ类水以上面积占总面积36%,东太湖与湖心区最好,藻类生物量为3.5~4.5mg/l,而五里湖、梅梁湖最差,全年超Ⅴ类水,藻类生物量为3.5~4.5mg/l。

根据已有研究,由于水体富营养化,太湖每年5~10月都会暴发微囊藻水华。

太湖水质如此急骤恶化,主要是由于流域内人类活动不当`,如不采取严格而科学的管理措施,太湖的水质及生态难以向好的方向发展。

遥感观测的蓝藻水华分布与计算得到的辐合辐散值的特征值空间分布对比及变化趋势

据最近的调查,每年进入太湖的污染物负荷量为:CODCr282.9万吨,

单纯控磷效果难达预期

T-N17.79万吨,T-P1.69万吨。CODCr中工业排放占83%;T-N中工业占43.7%,面源占26.1%,生活污水占14.6%,畜产占12.4%;T-P中工业占55.9%,生活污水占23.1%,畜产占15.8%。

目前的研究基本弄清了是氮、磷等营养盐对水体富营养化及出现蓝藻水华起主导作用,特别是确定了磷的决定性作用,并由此提出以控磷为目标的富营养化控制策略。

目前从太湖的水质环境状况来看,有机污染的主要来源是工业排放。从富营养化状态来看,氮过剩,磷为控制条件。而磷的来源,工业污水占一半以上,而生活污水占近四分之一。

但秦伯强团队发现,太湖这样的大型浅水湖泊并不适合这套策略。

四、太湖综合治理措施

“单纯的控磷很难达到预期效果。”秦伯强表示,原因是磷通过河流、大气沉降等进入大型浅水湖泊的湖体后,多会沉积到湖底,湖底的磷非常容易因风浪扰动而释放进入水体,供应藻类生长,导致蓝藻水华的暴发。

太湖作为大型湖泊具有三大功能,即资源功能、环境功能和生态功能。资源功能主要是为周边地区提高丰富的水资源;环境功能包括其自净功能,对周边地区的气候调节功能,与空间景观相关的文化娱乐及休闲功能;生态功能包括保持生物多样性及保护其持有物种的功能,以及渔业生产功能等。

如果把外部进入的磷看成是外源,那么底泥释放的磷便可以称为内源,后者是秦伯强团队最近的发现。

作为综合治理的目标应当使太湖的资源、环境、生态三大功能都得到改善,太湖水质改善的目标只是之一。而且三者之间是相互关联的,因此在考虑太湖的综合治理时,应当避免单打一的治理规划,首先要确定一个合理的综合治理目标。

“在太湖这样的大型浅水湖泊,底泥释放的磷对延缓湖泊富营养治理、抵消外源污染削减起了很大的作用。”秦伯强介绍,以往观点认为,像太湖这样的浅水湖泊,风浪扰动剧烈,水柱从水面到水底都是有氧的,底泥里面的磷释放会被遏制,“但我们发现,富营养化后蓝藻水华的出现,会增加湖底的厌氧频率与强度,增加生物可利用磷的释放”。

太湖的综合治理措施应包括三方面的内容:

虽然学界公认风浪引起的水体扰动直接导致底泥氮磷的大量释放,但扰动强度对水华微囊藻群体的影响并不一样。

污染源控制措施;

江南大学环境与土木工程学院杨桂军等人研究发现,适宜的扰动强度促进水华微囊藻群体生长和光合活性,而过高的扰动强度则抑制其生长和光合活性。

湖泊生态修复措施;

气候变暖是蓝藻水华暴发的另一原因。

流域人类活动管理措施。

以太湖为例,太湖地处亚热带地区,冬季水温在5~8℃左右,该温度大致是蓝藻细胞分裂生长的限制阈值。低于此温度,藻类细胞停止生长;高于此阈值,藻类细胞分裂生长。

污染源控制措施

但秦伯强团队也发现,太湖气候变暖使得水温升高,特别是冬春季节的水温升高对次年春季甚至整个夏季的蓝藻水华规模与强度影响非常大,甚至出现了冬季蓝藻水华的现象。

点源控制措施包括:

而越冬蓝藻细胞的增加,加大了次年蓝藻水华的种源数量。

①工、矿企业及大型旅游设施的污水达标控制;

在秦伯强看来,正是这种气候变暖叠加营养盐浓度的升高,导致了2007年无锡饮用水危机事件的发生。

②城镇生活污水处理厂;

而最近两年的太湖蓝藻水华反弹,也与气候变化异常有很大关系。

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