程海冬季水華特征、成因與控制對(duì)策

董云仙,金 玉,胡錦乾,關(guān)兆國(guó),和熊祥(.云南省環(huán)境科學(xué)研究院,云南昆明65004;.云南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,云南昆明65004;.永勝縣程海管理局,云南永勝67400)

程海冬季水華特征、成因與控制對(duì)策

董云仙1,金 玉2,胡錦乾3,關(guān)兆國(guó)3,和熊祥3(1.云南省環(huán)境科學(xué)研究院,云南昆明650034;2.云南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,云南昆明650034;3.永勝縣程海管理局,云南永勝674200)

報(bào)道了程海冬季水華發(fā)生時(shí)間、分布、聚集狀況、優(yōu)勢(shì)種和現(xiàn)存量。認(rèn)為:營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累、特殊的水動(dòng)力、適宜的水溫和光照是刺激銅綠微囊藻水華暴發(fā)的原因,近期應(yīng)采取流域生態(tài)系統(tǒng)管理、削減污染物入湖量、增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)功能三方面的控制對(duì)策減輕水華危害。

水華特征;成因;控制;冬季;程海

程海地處青藏高原與云貴高原的銜接部位,東經(jīng)100°33′～100°45′,北緯26°25′～24°40′,行政區(qū)劃上屬于麗江市永勝縣。程海流域面積318.3km2,東、西、北三面環(huán)山,南面地勢(shì)相對(duì)平坦。湖面海拔高程1501.0 m,湖體呈南北向橢圓形展布,南北長(zhǎng)19km,東西寬4.3km,面積約74.6km2,最大水深35m,平均水深26.5m,蓄水量19.8×108m3,在云南省九大高原湖泊中位列第四。

程海湖區(qū)位于金沙江干熱河谷地區(qū),年平均氣溫18.7℃,水溫20℃,多年平均日照時(shí)數(shù)2403.6h,≥10℃的積溫6616℃。程海湖區(qū)充足的光照、熱量以及特殊的水質(zhì)條件極有利于藍(lán)藻生長(zhǎng)。

程海大約形成于新生代第三紀(jì)中期(距今1200萬a以前),是喜馬拉雅期造山運(yùn)動(dòng)形成斷裂地塹,中陷低凹之處聚水成湖,原來曾經(jīng)是一個(gè)外流湖,湖水通過程河(又名期納河)向南30余km流入金沙江。大約1690年前后,程海湖水位突然快速下降,形成封閉湖后,湖泊水體交換周期加長(zhǎng),營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累,湖泊富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程加快。1911年～1942年,程海初級(jí)生產(chǎn)力明顯變化,生物結(jié)構(gòu)明顯轉(zhuǎn)變[1～3]。1980年后,湖周農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和湖濱區(qū)螺旋藻養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的背景下,程海富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)展加速,據(jù)王若南[4～5]報(bào)道,1984年～1985年,程海藻類數(shù)量的年變化呈“單峰”型,每年藻類數(shù)量4～5月達(dá)到高峰,此時(shí),以阿氏項(xiàng)圈藻(Anabaenopsis arnoldiiAptek.)為單優(yōu)勢(shì)種的水華暴發(fā),平均數(shù)量可達(dá)164萬個(gè)/ml,優(yōu)勢(shì)種優(yōu)勢(shì)度可達(dá)99.7%,水華覆蓋大半湖面。但在本次《程海湖生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)查研究》中,發(fā)現(xiàn)程海藻類優(yōu)勢(shì)種類群已經(jīng)發(fā)生較大變化,水華在冬季就有發(fā)生。

1 程海冬季水華基本特征

1.1 水華發(fā)生時(shí)間

2009年11月16 日夜晚,程海一夜大北風(fēng),持續(xù)時(shí)間4～5h,浪高達(dá)2～3m,風(fēng)動(dòng)引起湖水對(duì)流,水草(基本是紅線草群落單優(yōu)勢(shì)群落)消亡;20d后,風(fēng)平浪靜之時(shí),在陽光照射下肉眼可見藻團(tuán)懸浮于水柱中;23日藍(lán)藻上浮,聚集形成水華,漂浮于湖南部水面,日出前后比較明顯,持續(xù)時(shí)間2～3h;此后1個(gè)月,程海水華現(xiàn)象越來越明顯,厚度逐漸增加,分布范圍由湖南部擴(kuò)展到湖中部直至整個(gè)湖區(qū)。至2009年12月28日～2010年1月3日,程海水華達(dá)到高峰,整個(gè)湖泊都有水華出現(xiàn),水華堆積于湖東部和湖北部等下風(fēng)向區(qū)域。此后半月余,程海水華逐漸減少,水體異味,2010年2月20日前后水華消失,水華持續(xù)時(shí)間總計(jì)約60d。

1.2 分布與聚集狀況

程海冬季水華,最早出現(xiàn)于湖南部程海管理局—程海管理局東站一線,隨后,擴(kuò)展到湖南部—湖中部半海子以南—湖北部,7d內(nèi)即遍布整個(gè)湖區(qū)。風(fēng)平浪靜時(shí),水華覆蓋整個(gè)湖面,厚度約5～10cm,遮蔽進(jìn)入水層的光照;風(fēng)浪較大時(shí),水華多聚集于湖北部和東部,厚度可達(dá)10～30cm。

1.3 優(yōu)勢(shì)種群

程海冬季水華優(yōu)勢(shì)種是銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa Kutz.),伴生種:水華微囊藻(M.flosaquae(Wittr.)Kerch)、假絲微囊藻(M.pseudofila2 mentosa Crpw.)、史密斯微囊藻(M.s mithii Koma.),而鞘藻(Oedogonium spp.)、實(shí)球藻(Pancorina mo2 rum(Muell)Bory)、星型冠盤藻小型變種(Stephano2 discus astraea var.minutula(Kutz.)Grun.)、對(duì)對(duì)柵裂藻(Scenedes mus bijuga(Turp.)Lag.)、四尾柵裂藻(S.quadricauda(Turp.)Breb.)、單生卵囊藻(Oecystis solitaria Wittr.)、湖生卵囊藻(O.lacustis Chod.)、鼓藻(Cos marium spp.)等數(shù)量也較多。

1.4 現(xiàn)存量

2009年冬季,程海水華現(xiàn)存量為567.5～3264.2萬個(gè)細(xì)胞/L,平均1374.5萬個(gè)細(xì)胞/L;優(yōu)勢(shì)種數(shù)量為517.2～2754.7萬個(gè)細(xì)胞/L,平均1150.1萬個(gè)細(xì)胞/L,優(yōu)勢(shì)度76.9～92.25%,平均優(yōu)勢(shì)度83.7%,水華期間15個(gè)采樣點(diǎn)平均現(xiàn)存量見圖1。

圖1中顯示:水華現(xiàn)存量在北部湖心最低,而在歐陽村最高;大體分布規(guī)律是:湖南部高于湖中部和湖北部,湖東部高于湖西部,有時(shí)在湖東部和湖北部一些湖灣藻細(xì)胞數(shù)量較高,是由于風(fēng)浪的緣故。

2 程海冬季水華暴發(fā)成因

2.1 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)

20世紀(jì)80年代末期,程海流域森林覆蓋率曾經(jīng)一度降低至5.73%,經(jīng)過天然林保護(hù)、退耕還林、小流域治理、長(zhǎng)防工程、綠色扶貧、環(huán)湖生態(tài)防護(hù)林建設(shè)等工程項(xiàng)目的實(shí)施,流域森林覆蓋率雖然回升至11.5%,森林植被逆向演替的趨勢(shì)并未得到根本緩解,森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源、保持水土等生態(tài)功能薄弱,流域區(qū)水土流失嚴(yán)重,土壤侵蝕面積達(dá)流域總面積的61.59%,年侵蝕量78.4萬t。每年雨季,大量污染物集中入湖,加之湖周農(nóng)田廢水、村鎮(zhèn)污水、螺旋藻養(yǎng)殖業(yè)廢水長(zhǎng)期未經(jīng)處理直接排放,極快地增加了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累。

本次水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)同步調(diào)查和分析結(jié)果顯示,水華發(fā)生期間,水體總磷濃度0.019～0.091mg/L,平均0.055mg/L;可溶性總磷0.003～0.049mg/L,平均0.031mg/L;生物活性磷濃度0.011～0.034mg/L,平均0.022mg/L?？偟獫舛?.558～1.274mg/L,平均0.759mg/L;可溶性總氮0.360～0.623mg/L,平均0.519g/L;硝酸鹽氮濃度0.009～0.045mg/L,平均0.024mg/L;氨氮0.017～0.0173mg/L,平均0.075mg/L;生物活性氮平均含量0.035mg/L。程海水體TP、TN含量水平分別超過國(guó)際上公認(rèn)的湖泊富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生濃度(TN 0.30 mg/L,TP 0.03 mg/L)1.8倍和2.5倍,也就是說:程海水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量水平和存在形態(tài)都不再成為藻類暴發(fā)生長(zhǎng)的限制性條件[6]。

2.2 特殊水動(dòng)力利于藻類最適營(yíng)養(yǎng)條件的形成

程海湖盆基底構(gòu)造復(fù)雜,湖盆發(fā)育數(shù)條南北向大斷層和數(shù)十條不同方向的斷裂,周圍地區(qū)的地下水以向心狀向湖盆區(qū)匯流,形成了6種淺層地下水類型和2種深層地下熱水類型[7]。對(duì)各類型地下水、汛期地表水的聯(lián)動(dòng)作用,造成程海湖水運(yùn)動(dòng)顯著,環(huán)流明顯,垂直運(yùn)動(dòng)也明顯,常出現(xiàn)“翻白水”、“翻黑水”現(xiàn)象。特別是秋末冬初以及春季,湖區(qū)盛行大風(fēng),湖水運(yùn)動(dòng)更加突出。湖水運(yùn)動(dòng)引起沉積于湖底的有機(jī)物再懸浮、再分配,加之進(jìn)入冬季,恰逢大型水生植物衰退、分解、營(yíng)養(yǎng)鹽釋放,持續(xù)的水體運(yùn)動(dòng)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流動(dòng),致使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)形態(tài)、分布、數(shù)量等條件形成為藻類最適營(yíng)養(yǎng)條件。

2.3 適宜的水溫和光照強(qiáng)度刺激藻類大量繁殖

程海地處金沙江干熱河谷地帶,其氣候特點(diǎn)是四季不明顯而干濕季分明。冬季在熱帶大陸性氣團(tuán)控制下,北方冷空氣不易入侵,因而,天氣晴朗,空氣干燥,雨云量少,日照充足,較高的積溫和水表溫度(14～20℃),刺激銅綠微囊藻暴發(fā)性生長(zhǎng)。

2.4 藍(lán)藻上浮機(jī)制使其占領(lǐng)最佳生態(tài)空間

微囊藻生長(zhǎng)期間,其多個(gè)個(gè)體形成不定型群體,以膠被相連,較大的群體有利于藻體上浮,占領(lǐng)最佳生態(tài)空間。程海冬季水華優(yōu)勢(shì)種還能形成偽空泡,使藻體自主沉浮,選擇最佳物理、化學(xué)條件。這些競(jìng)爭(zhēng)策略,都有利于其占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

3 水華控制對(duì)策建議

水華的暴發(fā)是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的表征,是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的響應(yīng)。以銅綠微囊藻為主的冬季水華暴發(fā)是程海湖生態(tài)失穩(wěn)、生態(tài)功能退化、水環(huán)境進(jìn)一步惡化、富營(yíng)養(yǎng)化程度加重的結(jié)果。因此,程海水華控制需要一個(gè)長(zhǎng)期的認(rèn)識(shí)和實(shí)施過程。借鑒洱?！绑w制保證、機(jī)制健全、依法治湖、科學(xué)決策、綜合防治、協(xié)調(diào)發(fā)展”的治湖經(jīng)驗(yàn),課題組建議,近期程海水華控制對(duì)策為:在建立和完善流域生態(tài)系統(tǒng)管理的基礎(chǔ)上,全面推進(jìn)削減污染物入湖量,增強(qiáng)湖泊生態(tài)系統(tǒng)功能。

3.1 建立和完善流域生態(tài)系統(tǒng)管理

3.1.1 開展宣傳教育,提高全民的環(huán)境意識(shí)

要堅(jiān)持不懈地宣傳和貫徹執(zhí)行國(guó)家和地方環(huán)境保護(hù)法律法規(guī),增強(qiáng)全民對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化生態(tài)后果,特別是對(duì)螺旋藻養(yǎng)殖業(yè)危害性的認(rèn)識(shí)。要建立相應(yīng)機(jī)制,督促有關(guān)部門制定符合可持續(xù)發(fā)展的人口、資源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境政策,促使各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)干部帶頭確保相關(guān)的政策和措施順利實(shí)施,以帶動(dòng)湖區(qū)人民保護(hù)家園的自覺行動(dòng)。

3.1.2 修改完善地方法規(guī)體系,加強(qiáng)執(zhí)行力度

2006年修改通過的《云南程海保護(hù)條例》是程海管理法制化的依據(jù),但其中并未解決程海保護(hù)與管理?xiàng)l塊分割的現(xiàn)狀。執(zhí)行過程中,監(jiān)督、管理不能與計(jì)劃、實(shí)施實(shí)體分開,不能有效監(jiān)督執(zhí)行成效,有關(guān)富營(yíng)養(yǎng)化的論述也很少,缺乏相應(yīng)的行政法規(guī)和配套政策。目前為止,條例執(zhí)行力度也明顯不足,對(duì)保護(hù)程海起重要作用的“在一級(jí)保護(hù)區(qū)的界線上設(shè)置界樁”、“搬遷一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)的永久性建筑和住戶”、“污水達(dá)標(biāo)排放”、“村鎮(zhèn)截污”等措施還未全面付諸實(shí)踐。建議近期應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)條例執(zhí)行力度,時(shí)機(jī)成熟時(shí)修改完善條例。

3.1.3 建立程海信息系統(tǒng),為科學(xué)管理程海服務(wù)

由于程海的地理位置和地質(zhì)背景,水體中pH、F-、總硬度、礦化度等含量較高。程海水化學(xué)基本類型為重碳酸納組第Ⅰ型水,而云南高原湖泊多為重碳酸鈣組第Ⅱ型水,程海在云南省九大高原湖泊中個(gè)性特征突出。因而,在其他湖泊適應(yīng)的管理方式和治理技術(shù),在程海實(shí)施并不一定能取得預(yù)期成果。有必要通過持續(xù)深入的基礎(chǔ)科學(xué)研究,掌握程海氣候、水文、水質(zhì)以及生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化資料,了解其生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀、發(fā)育階段和發(fā)展變化趨勢(shì),建立集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形庫(kù)、模型庫(kù)、治理技術(shù)庫(kù)和效果評(píng)估等為一體的信息系統(tǒng),適應(yīng)新時(shí)期湖泊科學(xué)管理的需要。

3.2 削減污染物入湖量

3.2.1 點(diǎn)源污染削減

程海湖區(qū)工業(yè)污染源類型相對(duì)單一,都為螺旋藻養(yǎng)殖廢水。目前生產(chǎn)企業(yè)5家,皆分布于湖泊東南部,養(yǎng)殖面積約46hm2。由于螺旋藻養(yǎng)殖過程中使用NaCO3、NaNO3、NH4HCO3、KH2PO4等營(yíng)養(yǎng)鹽類,因此,螺旋藻養(yǎng)殖廢水具有污染成分復(fù)雜、濃度高、廢水排放量大而且不穩(wěn)定等特點(diǎn)[8]。雖然歷經(jīng)多次攻關(guān),但要做到水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放或零排放,確實(shí)存在實(shí)際困難。建議加快推進(jìn)云南永勝縣螺旋藻養(yǎng)殖廠整體搬遷的工作進(jìn)度,從根本上保障程海的永續(xù)利用和螺旋藻產(chǎn)品的質(zhì)量安全。

3.2.2 面源污染削減

程海湖面源污染來源主要有:水土流失、村鎮(zhèn)徑流、農(nóng)田徑流、農(nóng)田廢棄物、畜禽糞便、垃圾等。水土流失治理方面,針對(duì)程海東側(cè)劉家河到團(tuán)山大河的山體中下部劇烈和極強(qiáng)度侵蝕區(qū),東北面的馬鬃山梁子至雞冠山一帶強(qiáng)度侵蝕區(qū),湖周山麓和山體上部中度侵蝕區(qū),應(yīng)因其各自的特點(diǎn)采用適宜的工程治理與生物治理結(jié)合措施,在控制水土流失的基礎(chǔ)上,繼續(xù)想辦法提高流域內(nèi)荒山植被覆蓋率和林地生產(chǎn)率。對(duì)于其他面源污染,建議加緊推進(jìn)已完成的《程海流域水污染實(shí)施方案》工作進(jìn)度,通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)的村落污水收集處理系統(tǒng)、生態(tài)公廁、沼氣池工程、村落垃圾收運(yùn)系統(tǒng)、農(nóng)田固廢治理、太陽能推廣等項(xiàng)目實(shí)施,達(dá)到年削減60%～65%面源污染入湖量的工程目標(biāo),盡可能避免重蹈污染物一旦進(jìn)入湖泊,事后治理事倍功半的被動(dòng)局面。另一方面,太陽能、生物新能源、生物肥料、廢棄物循環(huán)利用以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整等措施都是控制農(nóng)業(yè)面源污染的重要手段,應(yīng)積極向縱深推進(jìn)。

3.3 增強(qiáng)湖泊生態(tài)系統(tǒng)功能

湖泊生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合體系,它是盆地、面山、水體中的沉積物、各種有機(jī)物、無機(jī)物遷移、轉(zhuǎn)化與生物體和生物群落相互作用的綜合反映。程海湖生態(tài)系統(tǒng)的演變特征,既有自然環(huán)境和歷史原因,又深深印下了近現(xiàn)代人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、管理、政策、法規(guī)乃至科學(xué)技術(shù)等烙印。因此,增強(qiáng)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的功能,不僅僅只針對(duì)湖泊水體本身,更重要的是整個(gè)流域區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。課題組認(rèn)為,增強(qiáng)程海湖泊生態(tài)系統(tǒng)功能,按程海自然地理?xiàng)l件,可大體上劃分出盆地、面山、水體三個(gè)區(qū)域,各個(gè)區(qū)域應(yīng)采取不同的生態(tài)對(duì)策。

程海南北盆地區(qū)是人口集中區(qū)域,該區(qū)域應(yīng)著重于統(tǒng)籌協(xié)調(diào)人口、資源、環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系,轉(zhuǎn)變發(fā)展觀念,創(chuàng)新發(fā)展模式,提高發(fā)展質(zhì)量,防止環(huán)境污染;面山區(qū)以生態(tài)建設(shè)為重點(diǎn),退耕還林、植樹造林,封山固土,防治水土流失;水體內(nèi)則以土著魚類種群增殖為核心,建立復(fù)雜的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu),通過全流域穩(wěn)定有序的生態(tài)空間結(jié)構(gòu)修復(fù),實(shí)現(xiàn)湖泊生態(tài)系統(tǒng)整體功能的增強(qiáng),以使得程海繼續(xù)造福于人類。

[1]吳敬祿,蔣雪中.云南程海近500年來湖泊初始生產(chǎn)力的演化[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2002,22(2).

[2]吳敬祿,王蘇民.云南程海富營(yíng)養(yǎng)化過程的碳氮穩(wěn)定同位素示蹤[J].第四紀(jì)研究,2003,23(5).

[3]萬國(guó)江,陳敬安.210Pbex沉積通量突然增大對(duì)湖泊生產(chǎn)力的指示——以程海為例[J].中國(guó)科學(xué)D輯地球科學(xué),2004,34(2).

[4]王若南,錢澄宇.程海的藍(lán)藻[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1987,9(1).

[5]王若南,錢澄宇.程海藻類植物調(diào)查研究[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1988,10(3).

[6]鄭朔方.銅綠微囊藻生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)動(dòng)力學(xué)[J].環(huán)境科學(xué),2005,26(2).

[7]周欽.螺旋藻開發(fā)對(duì)程海水質(zhì)的影響及對(duì)策[J].云南環(huán)境科學(xué),1997,16(2).

Characteristics and Origin and Countermeasures of Water Bloom of Chengha iLake in theW inter

DONG Yun-xian1,J IN Yu2,HU Jin-qian3,GUAN Zhao-guo3,HE Xiong-xiang3
(1.Yunnan Institute of Environmental Science,Kunming Yunnan 650034 China)

The occurrence time and distribution and aggregation and dominant species and standing crop of water bloom of Chenghai lake in the winter is revealed.The accumulation of nutrient materials and special hydrodynamic and suitable water temperature and illumination are the main reasons resulting to bloom of Microcystis aeruginosa.There are three controlling measures put forward to decrease the harm of water bloom involving in streng the ningwa-tershed ecological system management and cutting down the discharging amount of the pollutants into the lake and promoting the ecological system function.

characteristics ofwater bloom;origin;control;winter;Chenghai

X52

A

1673-9655(2010)03-0028-04

2010-03-08