太湖藍(lán)藻預(yù)警采樣點(diǎn)位布設(shè)與采樣層次的研究

徐恒省，李繼影，王亞超，孫 艷，劉孟宇，景 明(蘇州市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 蘇州 215004)

·監(jiān)測技術(shù)·

太湖藍(lán)藻預(yù)警采樣點(diǎn)位布設(shè)與采樣層次的研究

徐恒省，李繼影，王亞超，孫 艷，劉孟宇，景 明(蘇州市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 蘇州 215004)

藍(lán)藻水華的聚集和分布與氣象條件有著密切的關(guān)系。根據(jù)近幾年藍(lán)藻預(yù)警監(jiān)測及科研的實(shí)踐，分析了風(fēng)向?qū)λ{(lán)藻遷移的影響，以及不同深度的藻密度變化情況。以此為依據(jù)，對太湖藍(lán)藻監(jiān)測時采樣點(diǎn)位布設(shè)與采樣層次選擇的方案進(jìn)行了比較研究，并提出了優(yōu)化方案，為環(huán)太湖地區(qū)的相關(guān)部門更好地開展藍(lán)藻預(yù)警監(jiān)測工作提供了科學(xué)依據(jù)。

太湖;預(yù)警監(jiān)測;風(fēng)向;采樣點(diǎn)位;采樣層次

湖泊富營養(yǎng)化和藍(lán)藻水華暴發(fā)是當(dāng)前中國淡水湖泊面臨的最重要的環(huán)境問題之一，也是全世界湖泊富營養(yǎng)化控制的重點(diǎn)，且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類活動影響的擴(kuò)大而日趨嚴(yán)重［1］。太湖是長江中下游地區(qū)最典型的淺水型湖泊，平均水深1.9 m左右，周邊人口稠密，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)。自20世紀(jì)60年代，太湖不斷暴發(fā)藍(lán)藻水華，近年來暴發(fā)頻率仍在逐年增高，尤其是2007年5月28日“無錫太湖水危機(jī)”發(fā)生以后，太湖更是成了全球關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，太湖流域的各級相關(guān)部門均已開展了藍(lán)藻水華預(yù)警監(jiān)測科研工作。根據(jù)已有研究表明，氣象條件對藍(lán)藻水華的形成和遷移聚集有著重要的影響［2］。筆者結(jié)合2011年5月至9月太湖相關(guān)的氣象條件以及長期的實(shí)際監(jiān)測科研數(shù)據(jù)，對藍(lán)藻監(jiān)測工作中的點(diǎn)位布設(shè)以及采樣層次的選擇進(jìn)行研究，以期對今后的太湖藍(lán)藻水華預(yù)警監(jiān)測工作提供參考。

1 湖面風(fēng)向情況對采樣點(diǎn)位布設(shè)的影響

太湖有大面積的開敞水域，湖區(qū)的局地大氣環(huán)境影響比較明顯，湖面的實(shí)時風(fēng)向在各湖區(qū)略有不同［3］。本文選擇了長期受到關(guān)注的太湖西南部湖區(qū)的小梅口至澤山，以及東北部湖區(qū)的水源地周圍區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)，對藍(lán)藻隨湖面風(fēng)向變化而產(chǎn)生的遷移方向進(jìn)行探討。

1.1 湖面風(fēng)向?qū)ξ髂虾^(qū)局地藍(lán)藻遷移的影響

小梅口至澤山區(qū)域位于太湖的西南部湖區(qū)，小梅口在澤山的西南方向，2011年，在藍(lán)藻水華暴發(fā)可能性較高的5月至9月間，對此區(qū)域進(jìn)行了連續(xù)的人工現(xiàn)場調(diào)查，并記錄了相關(guān)的藻密度數(shù)據(jù)(圖1)。

圖1 小梅口與澤山2011年藻類密度比較

通過對比分析所記錄的藻密度數(shù)據(jù)與每日的風(fēng)向資料發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)的西風(fēng)或南風(fēng)影響下，湖面藻類顆粒由上風(fēng)向的小梅口向下風(fēng)向的澤山遷移，造成下風(fēng)向的澤山藻類密度升高，而在持續(xù)東風(fēng)或東北風(fēng)影響下，下風(fēng)向小梅口的藻類密度明顯高于上風(fēng)向的澤山(圖2)。

圖2 不同風(fēng)向下兩個采樣點(diǎn)藻密度對比

同時，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，還研究了風(fēng)向臨時改變時，持續(xù)風(fēng)向及短時間風(fēng)向?qū)λ{(lán)藻遷移的影響。以2011年7月28日為例，之前5 d湖區(qū)內(nèi)持續(xù)東南風(fēng)，小梅口的藻密度一直高于澤山，而在7月28日當(dāng)天轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，但藻類密度數(shù)據(jù)顯示藍(lán)藻的遷移方向還是主要受持續(xù)風(fēng)向的影響(圖3)。

圖3 2011年7月28日小梅口與澤山藻密度對比

考慮到研究區(qū)域可能受到周圍湖區(qū)藍(lán)藻遷移的影響，為了使結(jié)果明晰、便于研究，對研究區(qū)周圍相鄰的幾個點(diǎn)位也進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)查，并結(jié)合當(dāng)時的氣象衛(wèi)星太湖藍(lán)藻遙感圖像，發(fā)現(xiàn)當(dāng)東南風(fēng)為主時，研究區(qū)上風(fēng)向的藻類顆粒會向研究區(qū)附近遷移，這也進(jìn)一步印證了湖面風(fēng)向?qū)λ{(lán)藻遷移的影響。

藍(lán)藻的遷移聚集是受多種因素共同作用的一個復(fù)雜過程，從上面的研究發(fā)現(xiàn)，太湖局地湖面下風(fēng)向的藻類密度往往高于上風(fēng)向的藻類密度，這說明，湖面風(fēng)向?qū)λ{(lán)藻的遷移和聚集表現(xiàn)出重要作用。因此，在藍(lán)藻水華監(jiān)測中，風(fēng)向是科學(xué)布設(shè)采樣點(diǎn)位時所必須考慮的一個重要因素。

1.2 湖面風(fēng)向?qū)λ吹厮{(lán)藻遷移的影響

水源地是藍(lán)藻預(yù)警監(jiān)測防控的重點(diǎn)，太湖是重要的水源地，其水質(zhì)的好壞直接關(guān)系到湖泊周邊幾千萬人口的飲水質(zhì)量和安全。對于水源地的藍(lán)藻水華的常規(guī)監(jiān)測，一般是在水源地的取水口附近布設(shè)采樣點(diǎn)位［4］。在水源地可能受到藍(lán)藻侵襲的時期，對上漫山島，大、小貢山以西、金墅港等一線湖區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查。結(jié)果顯示，2010年8月上旬，大、小貢山以西湖區(qū)藻類密度維持在2 000萬個細(xì)胞/L以上的水平，部分湖區(qū)極值達(dá)到4 000多萬個細(xì)胞/L。結(jié)合當(dāng)時持續(xù)西北風(fēng)影響的氣象條件，可以發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻水華遷移侵襲到鄰近的下風(fēng)向水源地。此次調(diào)查顯示，在藍(lán)藻暴發(fā)時，風(fēng)向?qū)λ{(lán)藻遷移的影響較常態(tài)下更為顯著，點(diǎn)位的布設(shè)更需考慮風(fēng)向因素。

1.3 風(fēng)向?qū)Ρ韺釉孱愵w粒遷移的影響

研究組分析了水華暴發(fā)時不同點(diǎn)位的表層藻類密度，進(jìn)一步探討風(fēng)向?qū)Ρ韺釉孱惷芏鹊挠绊?。在藍(lán)藻暴發(fā)時，對某取水口頭部至其西側(cè)湖區(qū)5 km一線的5個點(diǎn)位進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)距離取水口頭部越近，表層藻類密度值越高(圖4)。結(jié)合當(dāng)時的氣象條件(持續(xù)的西風(fēng))，調(diào)查結(jié)果反映了風(fēng)向作用下，藍(lán)藻水華向下風(fēng)向的取水口頭部遷移的現(xiàn)象。因此，與亞表層一樣，表層(0～0.2 m)監(jiān)測數(shù)據(jù)也體現(xiàn)了風(fēng)向作用，依據(jù)風(fēng)向布設(shè)采樣點(diǎn)位的方案適用于表層采樣。

圖4 取水口頭部至5 km一線水華暴發(fā)時表層藻類密度

綜上所述，在藍(lán)藻水華暴發(fā)前，固定的采樣點(diǎn)位應(yīng)布設(shè)在水源地取水口附近。在藍(lán)藻水華暴發(fā)時，采樣點(diǎn)位的布設(shè)應(yīng)首先考慮風(fēng)向作用，在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)氣象條件在下風(fēng)向布設(shè)隨機(jī)點(diǎn)位，以求及時準(zhǔn)確地掌握太湖藍(lán)藻的發(fā)生及遷移情況。

2 太湖藍(lán)藻水華監(jiān)測時采樣層次的選擇

根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版增補(bǔ)版)》中浮游生物采樣方法中關(guān)于采樣深度的相關(guān)規(guī)定:浮游生物在水體中垂直分布有所不同，應(yīng)根據(jù)各水體具體情況采取不同的取樣層次，水深2 m以內(nèi)的，僅在0.5 m左右深處采集亞表層水樣即可，若透明度很小，可在下層加取一樣，并與表層混合制成混合樣［5］。太湖是平均水深在1.9 m左右的淺水型湖泊，水體透明度通常較高，根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，在湖面下0.5 m深處采集水樣即可，但在長期的實(shí)際監(jiān)測工作中發(fā)現(xiàn)，常態(tài)下，取水口頭部藻類密度在不同水深處的差異較小，僅采集亞表層水樣就能說明情況，而在藍(lán)藻暴發(fā)時，表層藻類密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于亞表層，藍(lán)藻水華暴發(fā)程度更多體現(xiàn)在表層(圖5)。

圖5 取水口頭部不同層次藻類密度比較

2.1 常規(guī)監(jiān)測時采樣層次選擇

太湖上的浮標(biāo)站多配有懸浮的YSI多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀，可以實(shí)現(xiàn)對同一點(diǎn)位不同水深藻類密度的實(shí)時連續(xù)監(jiān)測。在未暴發(fā)水華的湖區(qū)，研究組選取了其中一個點(diǎn)位1個月的數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合分析，結(jié)果顯示1.0 m水深與0.5 m水深的藻類密度基本呈正相關(guān)，1.0 m水深的藻類密度總體上略低于0.5 m水深，其變化趨勢與0.5 m水深的相似(圖6)。數(shù)據(jù)反映同一點(diǎn)位的水體中藻類密度在不同深度有所變化，隨水中藻類顆粒上浮，淺層的藻類密度將略高于深層，但是，淺層與深層藻類密度的差值基本穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。所以，根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版增補(bǔ)版)》中相關(guān)采樣標(biāo)準(zhǔn)，選取亞表層(0.5 m水深)的數(shù)據(jù)，就能夠掌握水體中的藻類密度變化趨勢。

圖6 2010年9月梅梁湖口0.5 m與1.0 m剖面藻類密度變化趨勢比較

2.2水華暴發(fā)時采樣層次選擇

藍(lán)藻水華暴發(fā)時，由于藍(lán)藻在水體中具有晝夜垂直遷移的特性，水體不同層次中的藻類分布不同，大量藍(lán)藻在湖面表層聚集，因此研究組對同一點(diǎn)位在該時期內(nèi)的表層藻類密度變化也進(jìn)行了連續(xù)的監(jiān)測，并與亞表層數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較(圖7)。在調(diào)查的10 d內(nèi)，表層藻類密度與亞表層藻類密度變化趨勢基本一致，呈正相關(guān)，但也有少數(shù)情況下，變化趨勢不一致，這是由于藻類的垂直遷移影響了藻類在不同層次的分布。因此，在藍(lán)藻水華暴發(fā)時，表層不能替代亞表層，應(yīng)結(jié)合表層與亞表層監(jiān)測數(shù)據(jù)，全面反映水華暴發(fā)程度。

圖7 廟涇閘10 d內(nèi)的表層與亞表層藻類密度變化趨勢比較

綜上所述，在常態(tài)下，可以通過亞表層監(jiān)測數(shù)據(jù)掌握水體中藻類的生長、發(fā)展?fàn)顟B(tài);而在藍(lán)藻暴發(fā)時，應(yīng)結(jié)合亞表層與表層監(jiān)測數(shù)據(jù)，全面、準(zhǔn)確地反映藍(lán)藻暴發(fā)程度。根據(jù)此結(jié)論，制定了太湖藍(lán)藻監(jiān)測的采樣層次方案:在常態(tài)監(jiān)測中，采集亞表層(0.5 m水深)的水樣;在藍(lán)藻水華暴發(fā)時，采集亞表層水樣，并加采表層(0～0.2 m水深)水樣。

3 結(jié)論

經(jīng)過此次調(diào)查研究，結(jié)果顯示在湖泊藍(lán)藻防控時，要充分考慮藍(lán)藻生長和暴發(fā)時段，科學(xué)設(shè)計防控預(yù)案，合理調(diào)配人力等資源，達(dá)到事半功倍的效果。研究組通過分析提出了太湖藍(lán)藻預(yù)警監(jiān)測的采樣點(diǎn)位布設(shè)和采樣層次的初步方案:在藍(lán)藻水華暴發(fā)前，固定的采樣點(diǎn)位應(yīng)布設(shè)在水源地取水口附近;在藍(lán)藻水華暴發(fā)時，采樣點(diǎn)位的布設(shè)應(yīng)首先考慮風(fēng)向作用，在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)氣象條件在下風(fēng)向布設(shè)隨機(jī)點(diǎn)位，以求及時準(zhǔn)確地掌握太湖藍(lán)藻的發(fā)生及遷移情況。

［1］ 秦伯強(qiáng).長江中下游淺水湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制與控制途徑初探［J］. 湖泊科學(xué)，2002，14(3):193- 202.

［2］ 王成林，張寧紅，張詠，等.基于氣象條件的太湖湖泛預(yù)警研究［J］. 環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2010，2(5):1- 4.

［3］ 王成林，黃娟，錢新.高溫微風(fēng)條件下太湖流域風(fēng)場時空特診分析［J］. 湖泊科學(xué)，2011，23(1):122- 128.

［4］ 徐恒省，洪維民，王亞超，等.太湖飲用水源地藍(lán)藻水華預(yù)警監(jiān)測體系的構(gòu)建［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2008，20(1):1- 3.

［5］ 國家環(huán)境保護(hù)總局水和廢水監(jiān)測分析方法編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版增補(bǔ)版)［M］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002:701.

Research on Setting up Sampling Spot and Sampling Layer in Early Warning Monitor to Cyanobacteria in Taihu Lake

XU Heng-sheng ，LI Ji-ying，WANG Ya-chao，SUN Yan，LIU Meng-yu，JING Ming
(Suzhou Environmental Monitoring Central Station，Suzhou，Jiangsu 215004，China)

According to the relationship between the distribution of cyanobacteria bloom and weather conditions，combined with the research and the practice of early warning monitor to cyanobacteria bloom，the effects of wind direction on cyanobacteria bloom migrating，and the variation of the cyanobacteria′s density in different layers were analyzed.Based on the analysis，an optimization scheme of sampling spot set up and sampling layer chose for early warning monitor to cyanobacteria bloom in Taihu Lake was given，and this scheme could provide scientific proof for the relevant departments around Taihu Lake to carry out early warning monitor to cyanobacteria bloom.

Taihu Lake;early warning monitor;wind direction;sampling spot;sampling layer

X830.1

A

1674- 6732(2012)-04- 0016- 04

10.3969/j.issn.1674- 6732.2012.04.004

2011- 12- 15

江蘇省太湖治理科研課題(TH2010101)。

徐恒省(1972—)，男，高級工程師，本科，從事生態(tài)、生物監(jiān)測工作。