我国淡水藻华长期变动特征综合分析

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1 数据采集与处理
通过 CNKI 数据库及相关网络资源收集了我国
水华事件历史资料(收集工作尽可能全面,但难免遗 漏),建立水华案例数据库,并利用 EXCEL 和 SPSS 软件对水华特征(水华藻丰度、氮磷营养盐等参数) 进行数理统计分析。共收集有详细记载文献 43 篇, 涉及 87 个水华事件,时间跨越 1985 年至 2009 年。 有文献提及太湖 80 年代中后期水华每年暴发 2~3 次,90 年代中后期上升到每年暴发 4~5 次[7-8]。因 此,为反映太湖实际,在水华频次统计时将 1986 —1997 年间记为每年 3 次,1998—2009 年间记为 每年 4 次,因此太湖水华事件总计为 84 次。表 1 列出我国水华相关统计参数的样本数。
生态环境学报 2010, 19(8): 1994-1998 Ecology and Environmental Sciences
http://www.jeesci.com E-mail: editor@jeesci.com
我国淡水藻华长期变动特征综合分析
陈能汪 1*,章颖瑶 1,李延风 2
1. 福建省教育部共建海洋环境科学联合重点实验室//厦门大学海洋与海岸带发展研究院, 福建 厦门 361005; 2. 福建省环境科学研究院,福建 福州 350013
湖”(滇池、巢湖、太湖)、三峡库区及支流库湾、汉 江中下游如香溪河、大宁河、神女溪、抱龙河、凤 凰三库湾、高岚河、东湖、新立城水库、三峡水库 小江回水区等均有水华发生,环渤海、闽浙粤近海 河流库区也有大量的水华事件报道。按发生频率统 计,约 77%的水华发生在湖泊,河流库区水华占
基金项目:厦门市重大科技平台项目(3502Z20091005);福建省环保厅重点科研项目(ZLJ0904) 作者简介:陈能汪(1976 年生), 男, 副教授, 博士, 主要从事流域水环境过程和流域综合管理研究。E-mail: nwchen@xmu.edu.cn
23%。2003 年以前水华主要发生在湖泊中,而 2003 年以后河流库区水华发生频率明显上升,在空间上 呈现从湖泊向河流库区扩展的趋势。图 1 是我国已 报道水华发生地点的分布。水华问题主要集中在人 口密集、污染严重的长江中下游地区和东部沿海地 区,这些地方往往是经济发展较快的大中城市近郊 或下游区域。由此可见,人类活动是我国河流湖库 富营养化和水华问题日趋严重的根本原因。 2.2 季节分布特征
ρ (总氮)/(mg•L-1)
28
24
20
29:1
16
12
湖泊
8
4 河流库区
0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 ρ (总磷)/(mg•L-1)
图 2 水华案例中水体氮磷营养盐关系 Fig.2 The relationship (P<0.001) between nitrogen
*通讯作者:E-mail: nwchen@xmu.edu.cn 收稿日期:2010-06-17
陈能汪等:我国淡水藻华长期变动特征综合分析
(万元·km-2)
图 1 我国已报道水华事件发生地点分布 Fig.1 Site distribution of reported HAB events in China
拟多甲藻水华,此次水华是多种环境因子综合作用 的结果[10];2005年3—5月三峡水库的凤凰山库湾、 抱龙河、大宁河、神女溪也相继发生了甲藻水华, 库水总磷含量大,以泥沙吸附颗粒态磷、游离颗粒 态磷、胶粒态磷、溶解态磷等多种形态存在,在磷 形态等环境因子和生物因子的协同作用下,加快了 藻类生长过程直至水华暴发[18]。2009年1月福建省 九龙江北溪中下游多个库区暴发了首次大规模的 拟多甲藻水华[19]。尽管水华是多因子综合作用的结 果,但丰富的营养盐是水华发生的基本物质条件。 分析表明,太湖流域人口数量、GDP等指标与蓝藻 水华的最初暴发时间,以及每年的持续时间等关系 明显,这些指标的影响明显大于气候因素,说明人 类活动排污引起的水体富营养化是太湖蓝藻水华 的主要驱动机制[20]。
加大了水华发生的风险。文章认为,在流域海域综合管理框架下进行氮磷污染的联合控制,以及多学科交叉开展特定水体的
水华过程和机理研究是今后藻华防控的根本要求。
关键词:水华;富营养化;湖库
中图分类号:X52
文献标识码:A
文章编号:1674-5906(2010)08-1994-05
水体富营养化与有害藻华(或水华)是全球普遍 现象[1]。近几十年来,在全球变化与人类活动干扰 下,流域氮、磷营养盐污染负荷日益增加,河流湖 库水体趋于富营养化,在合适的气象水文条件下容 易产生水华[2]。水华时某些藻类暴发性繁殖,致使 水质恶化、缺氧、产生腥臭等异味物质,甚至产生 藻毒素并通过食物链对人畜和水生生物造成毒害, 继而破坏河流生态。水华还严重影响城市供水和饮 用水安全。近年来,我国湖库水华频频暴发,2007 年 5 月太湖暴发了有史以来规模最大的蓝藻水华事 件,引起国内外的极度关注,也敲响了饮用水安全 的警钟。在我国,不仅太湖,还有滇池、巢湖、汉 江、蓄水后的三峡库区等,也都频频暴发水华,造 成了不可估量的健康和财产损失[3-4]。研究水华过程 和机理,提出正确且有效的预防和管理措施,解决 富营养化与水华问题,成为保护水质水生态、保障 饮用水源安全的迫切需要[5-6]。
1995
级。水华时水中水质波动大.报道的水华事件数据 中,ρ(总氮)最小 0.38 mg·L-1,最高 11.89 mg·L-1。ρ(总磷) 最小 0.025 mg·L-1,最高 1.060 mg·L-1。总体上氮磷 营养盐浓度越高,可供藻类生长的营养盐越充分, 藻类密度也越大。另据统计,河流库区和湖泊水华 期间平均 ρ(TN):ρ(TP)比值为 4.12 和 9.06,总氮与总磷 指标呈现高度的相关性,多数情况下水中氮磷比值 小于 29(图 2)。早在上世纪 80 年代,Smith[13]通过 归纳全球 17 个湖泊数据后发现,氮磷比值对藻类 生长有重要影响,并提出 29:1 法则,即湖泊水体通 常在 TN:TP<29 时,可以形成水华的蓝藻占优势。 也有研究表明,在较高的 TN:TP 的情况下,水体中 也会形成蓝藻水华,较低的 TN:TP 并不是蓝藻水华 形成的条件,而是蓝藻水华产生的结果[14]。无论如 何,水体氮磷比值变动将对水华过程产生不可忽视 的调控作用。
湖泊与河流库区的水华优势藻有很大的差异, 湖泊中除了东湖的 1 次甲藻水华,洱海的 1 次硅藻 +蓝藻水华外,其余的均为蓝藻水华(占 98%)。河流 中的水华藻种则比较多样化,发生绿藻、甲藻、硅 藻、蓝藻水华的频次相当。 2.4 水华期间生态特征和营养盐特征
水华发生时,藻类密度数量级可达 (1.7×107~11.4×107·L-1),比正常水体高出 2~3 个数量
据水华资料统计,我国常见水华藻有:蓝藻占 81%,甲藻、绿藻、硅藻各占 6%,裸藻占 1%。在 蓝藻型水华中,主要涉及蓝藻门(Cyanophyta)的种 类,其中最常见的有微囊藻(Microcystis)、鱼腥藻 (Anabaena) 、 颤 藻 (Oscillatoria) 、 束 丝 藻 (Aphanizomenon)等。其他还有裸藻门(Euglenophyta) 中的裸藻(Euglena)、绿藻门(Chlorophyta)中的小球 藻(Chlorella)、硅藻门(Bacillaeiophyta)中的小环藻 (Cyclotella) 、 甲 藻 门 (Pyrrophyta) 中 的 多 甲 藻 (Peridinium)等。
本研究旨在通过全面收集近 30 年来我国水华 事件文献资料,基于综合研究思路和统计学分析手 段,总结我国水华发生的基本特征、变动规律及其 主要成因。从长期动态变化中剖析水华发生的水 质、生态特征,重点探讨人类活动和全球气候变化 对水环境生态的影响,以期为我国流域水污染控制 和水华防治提供基线资料和理论参考。
摘要:水体富营养化与淡水藻华(水华)是全球普遍现象,我国是一个高氮磷投入的国家,在人类活动和全球气候变化背景
条件下,河流湖库富营养化问题日益突出。文章收集了近 30 年来我国水华事件的相关文献资料,基于综合研究和统计学分
析,回顾性评估了我国水华发生的基本特征、变动规律和成因。数据表明,自上世纪 80 年代以来,水华发生频率从上世纪
表 1 我国水华案例数据库统计样本数 Table 1 Samples of China HAB event database
统计 参数 样本数
总体 87
水体 类型
87
优势 种类
87
藻类 密度
17
总氮 36
总磷 氮磷比
37
36
2 我国湖库水华基本特征
2.1 区域分布特征 水华大多发生在富营养化的湖泊和库区,“三
据统计,水华发生时间集中在 3—9 月份(占总 案例数的 83%),主要原因在于水温较高有利于藻类 进行光合作用。单次水华事件的持续时间最短为 3 d,最长可达 50 d,平均 20 d 左右。近年来持续时 间有延长的趋势。河流库区水华事件持续时间平均 20 d,有关湖泊水库中水华事件持续时间的记录较 少,如淀山湖 15 d[9],东湖 27 d[10],大浪淀水库 28 d[11],洱海有 20 和 50 d 的记录[12]。 2.3 水华优势藻
80 年代每年 1~2 次上升到 2000 年以后的每年近 10 次(不完全统计),总体呈现上升趋势;水华从湖泊向河流库区扩展,从
点到面蔓延,且主要集中在人口密集、污染严重的长江中下游地区和东部沿海地区;在我国化肥施用、畜禽养殖、电站大坝
建设等人类活动以及气候变暖的叠加影响下,河流湖库的氮磷浓度上升、氮磷比值下降,水体水化学和生态环境的长期变动
and phosphorus during algal bloom events
3 我国水华变动趋势及成因
(1)河流湖库日趋富营养化,水体中氮磷负荷增 加是水华发生频率持续上升的主因
我国水华发生频率从上世纪80年代每年2次上 升到2000年以后的每年近10次(不完全统计),总 体呈现上升趋势(图3)。特别是90年代末开始水华发 生频率显著增加,2003年和2005年水华问题最为严 重。值得关注的是,近年来河流库区甲藻水华频频 暴发,2003年2月,云南漫湾水库发生了挨尔多甲 藻水华,分析认为与较高的磷、有机质含量以及大 量硅藻的存在有关[15];同年3月,三峡水库神女溪 发生了甲藻水华,磷是此次水华的限制因子,且主 要来源于底泥释放[16]。2005年2月,高岚河发生了 拟多甲藻水华,在充足的营养盐条件下,由于气温 和水温的回升,以及某个时刻造成了水体涌升流, 把底泥中的大量营养盐甚至甲藻孢囊带到了水面, 从而促成水华发生[17];2005年4月武汉东湖发生了
(2)电站大坝造成河流湖库化,水华呈现由湖泊 向河流库区扩展,由点到面蔓延的趋势
水华通常发生在富营养化程度较高的静止水 体(如湖泊),在流动的自然河流中较少报道。我 国是世界上拥有大坝最多的国家,大量的梯级电站 建设造成河流湖库化现象严重。近年来水华事件呈 现由大型湖泊向河流库区扩展,由点到面蔓延的总 体格局(图 1 和图 3)。20 世纪我国大部分湖泊(如 太湖、滇池、巢湖等)经历了从贫营养到富营养的 演化过程[6]。80 年代开始,随着我国工农业发展和 城市化进程,工业废水、农业面源和生活污水成为 湖泊的特征污染源,外来营养盐的大量输入,加上 湖泊本身的水动力条件弱,自净能力下降,水华极 易发生。自然河流处于流动开放状态,有较强的纳 污和自净能力,营养盐不太容易富集,相比起湖泊, 理论上不容易发生水华。但是,众多电站大坝建 设使得河流“湖库化”,库区和支流回水区(如三 峡库区)静水条件成为富营养化和水华暴发的重 要原因[16-18]。
1996
生态环境学报 第 19 卷第 8 期(2010 年 8 月)
12
10
河流库区
Hale Waihona Puke Baidu湖泊
8
水华频次
6
4
2
0 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009
图 3 我国水华发生频次年际变化(1985—2009) Fig.3 Annual occurrence of China HAB events in 1985-2009
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