湖北省典型河湖水華探討

黃丹　熊晶　沈帆　張媛　望志方

摘要：通過對(duì)湖北省漢江、香溪河、東湖、梁子湖和洪湖5個(gè)代表性湖泊和河庫(kù)的歷年水華發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)和氣候條件等因素進(jìn)行概括，總結(jié)出湖北省易發(fā)生春季硅藻水華和夏季藍(lán)綠藻水華，硅藻水華多見于流速較緩的河流，藍(lán)綠藻水華多見于水流相對(duì)靜止的富營(yíng)養(yǎng)型湖泊。水文情勢(shì)轉(zhuǎn)變下的河流，使得水體同時(shí)具有湖泊、河流兩者特征性，在春季可發(fā)生硅藻水華，夏季緊接著發(fā)生藍(lán)綠藻水華。判斷易發(fā)生水華的水體、時(shí)間段及水華暴發(fā)特點(diǎn)，可為湖北省地方水華預(yù)警及監(jiān)測(cè)提供科學(xué)參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水華特征；藻密度；富營(yíng)養(yǎng)化

中圖分類號(hào)：X45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）06-1425-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.016

湖北水資源豐富，坐擁“千湖之省”的美譽(yù)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，大量工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)養(yǎng)殖污水以及人們生活污水的直接排放，極大改變了水體環(huán)境特征。受污染的河流、湖泊大都有富營(yíng)養(yǎng)化的趨勢(shì)，使得一些水體連續(xù)性或間斷性的發(fā)生藻類水華。許多富營(yíng)養(yǎng)化湖泊，夏季發(fā)生的藍(lán)藻水華漂浮在水面，堆積在岸邊，并在高溫下分解，產(chǎn)生惡臭，影響景觀。如果水華在水源地取水口附近大量集聚，就有可能引起水源地的水質(zhì)惡化，危及供水安全。總結(jié)歷年湖北省主要水體水華門類及時(shí)空特征等方面內(nèi)容，以期為長(zhǎng)江中下游水體的藻類水華預(yù)警和監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 湖北省典型水體水華發(fā)生情況

1.1 典型河流水華發(fā)生概況

1.1.1 漢江 漢江是長(zhǎng)江最長(zhǎng)的支流，為重要飲用水源地。1992年春漢江下游暴發(fā)以小環(huán)藻為優(yōu)勢(shì)的硅藻水華，藻密度達(dá)1.0×107個(gè)/L以上[1]，1998年出現(xiàn)小環(huán)藻水華時(shí)，藻類峰值高達(dá)3.3×107個(gè)/L；2000年出現(xiàn)硅藻（小環(huán)藻優(yōu)勢(shì)種）水華時(shí)，在漢川石剅與武漢市新溝河段藻密度高達(dá)4.3×107個(gè)/L以上，藻類細(xì)胞總數(shù)從中游到下游逐漸增加[2]。在2005年3月武漢段發(fā)生了輕微的硅藻水華，藻密度>1.0×106個(gè)/L[3]。

2008 — 2010年春季，漢江支流東荊河、興隆河、田關(guān)河、唐河等都發(fā)生過硅藻水華。2010年1月7日，漢江支流唐白河站點(diǎn)浮游植物的密度最高，達(dá)5.1×107個(gè)/L，其中冠盤藻的比例占96.09%；自1月27日開始，漢江干流開始出現(xiàn)冠盤藻水華（1.4×107個(gè)/L），2月23日達(dá)到峰值（2.5×107個(gè)/L）[4]。

1.1.2 香溪河 香溪河是三峽庫(kù)區(qū)（湖北轄區(qū)）壩首重要支流。2003年5～6月香溪河下游河段首次發(fā)生甲藻水華[5]；2004年3月中旬香溪河庫(kù)灣發(fā)生了甲藻和硅藻混合性水華，此時(shí)藻密度達(dá)1.0×107個(gè)/L以上[6]，至同年4月，庫(kù)灣形成單一的硅藻水華，藻密度達(dá)到1.0×108個(gè)/L以上，同年7～8月，香溪河下游及與長(zhǎng)江干流交匯回水段發(fā)生了嚴(yán)重的隱藻水華，藻密度達(dá)1.8×107個(gè)/L以上[3]。

2005年3～4月香溪河中段暴發(fā)了2次硅藻水華，第二次水華更加嚴(yán)重，藻密度達(dá)到1.7×107個(gè)/L，至長(zhǎng)江干流交匯回水段逐漸消失[3]；2005年7月香溪河下游河段首次暴發(fā)藍(lán)藻水華[5]。

根據(jù)已有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，2007年春季香溪河庫(kù)灣暴發(fā)了3次水華，第一次暴發(fā)于2月香溪河中游；第二次即最嚴(yán)重的一次于3月在庫(kù)灣全面暴發(fā)甲藻水華，水體呈紅褐色，涉及到河口庫(kù)灣，支流及干流，延至4月逐漸消退；第三次5月暴發(fā)隱藻、硅藻水華代替甲藻水華[7]。

2008年6～7月香溪河中上游河段及其支流高嵐河發(fā)生了藍(lán)藻水華，藻密度高達(dá)1.0×109個(gè)/L[8]。高嵐河是香溪河中游段支流，在夏季都暴發(fā)了藍(lán)藻水華[9]。該次香溪河干流水華暴發(fā)強(qiáng)度較以往更大。2009年3月香溪河暴發(fā)硅藻水華[5]。

2008年至今，通過省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站對(duì)香溪河水華巡查記錄顯示，該水域每年都會(huì)發(fā)生一次至多次水華。

1.2 典型湖泊水華發(fā)生概況

1.2.1 東湖 武漢東湖是最大的城市內(nèi)湖。20世紀(jì)60年代以前湖北武漢東湖未出現(xiàn)過水華事件，1970 — 1984年每年的春末至冬初，東湖暴發(fā)全湖性藍(lán)藻水華[10，11]，引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。1985至今東湖主體湖區(qū)的大規(guī)模水華消失，僅部分湖區(qū)（主要為水果湖、官橋湖和郭鄭湖）有零星水華出現(xiàn)，主要以藍(lán)藻水華為主，甲藻水華也鮮有報(bào)道[12，13]。

在20世紀(jì)70年代水華發(fā)生之前，水體優(yōu)勢(shì)藻類組成已發(fā)生了重要轉(zhuǎn)變，由適合在13～15 ℃水溫條件下生長(zhǎng)的單細(xì)胞甲藻[14]，轉(zhuǎn)變?yōu)樵?8～35 ℃條件下可形成群體存在的單個(gè)個(gè)體細(xì)胞更小的適合富營(yíng)養(yǎng)水體優(yōu)勢(shì)門類藍(lán)藻和綠藻[12]。

1.2.2 梁子湖和洪湖 梁子湖是湖北省容水量最大的淡水湖之一，是重要的飲用水源地和生態(tài)旅游區(qū)。洪湖為湖北省第一大湖，2008年列入“國(guó)際重要濕地”，也是國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。梁子湖和洪湖是典型的草型湖泊，據(jù)調(diào)查植被覆蓋率分別為54%和80%以上，浮游植物多樣性相對(duì)較高，密度相對(duì)較低，水華現(xiàn)象鮮有報(bào)道[15，16]。1999 — 2001年梁子湖藻密度在1.0×106個(gè)/L水平[17，18]，2007年7月梁子湖藻類密度均值為1.6×107個(gè)/L，出現(xiàn)輕微水華，以藍(lán)藻和硅藻為主[15]。

2 典型水體水華發(fā)生特征

2.1 河流水華發(fā)生特征

自20世紀(jì)90年代以來，漢江干流在冬末春初的枯水期陸續(xù)發(fā)生過多次大規(guī)模水華。水華范圍由鐘祥蔓延至漢口400 km河段。漢江基本上以砂質(zhì)為主，特別是水流比較急的地方。一些庫(kù)灣或水流較緩的區(qū)域，也有淤泥底質(zhì)。根據(jù)歷年資料，該水體在春季易發(fā)生硅藻水華，夏季暫無藍(lán)藻水華出現(xiàn)。

香溪河在庫(kù)區(qū)蓄水后，水華時(shí)有發(fā)生。2004年3、4、7和8月香溪河庫(kù)灣都發(fā)生了不同優(yōu)勢(shì)藻類的水華，即混合性水華。春季到夏季的時(shí)間內(nèi)，水華優(yōu)勢(shì)門類由甲藻和硅藻向單一硅藻最后向隱藻進(jìn)行演替。2005年春季香溪河兩次暴發(fā)硅藻水華，主要發(fā)生在香溪河中游，并慢慢向下游推移，同時(shí)在香溪河與干流相交的庫(kù)灣處開始了夏季藍(lán)藻水華暴發(fā)的記錄。2007年與往年規(guī)律類似，但水華暴發(fā)更為強(qiáng)烈而短暫。

根據(jù)三峽每年的蓄水排水時(shí)間，2～6月三峽處于開閘放水期間水體的流速較全年其他月份快，水位逐漸降低，支流香溪河受干流長(zhǎng)江影響，水流速度加快，該環(huán)境條件下水流夾雜著底質(zhì)中的有機(jī)物質(zhì)，包括大量的硅酸鹽，在初春季節(jié)有利于硅藻生長(zhǎng)，而易于暴發(fā)硅藻水華。相比在天氣炎熱的夏季，處于三峽的持續(xù)開閘放水的后期階段，而使得水位較低，支流香溪河水體類似于靜止型湖泊水體，同時(shí)受上游排出的污染物質(zhì)影響，水體不能得到有效的稀釋和更新，使得富營(yíng)養(yǎng)化加重，在6～8月水溫較高的條件下，使得藍(lán)藻大量繁殖，易形成藍(lán)藻水華[8，19，20]。

河庫(kù)的水華發(fā)生情況可分為以下兩類：①早春乍暖還寒的河流，主要包括水流較緩的河段、城市河道。其河流底質(zhì)為砂質(zhì)稀泥，受污染歷史較長(zhǎng)，水體氮、磷、硅等營(yíng)養(yǎng)鹽充足。此類水體在春季流量較小，流速較慢，氣候轉(zhuǎn)暖，陽(yáng)光充足，氣溫水溫突然升高時(shí)易發(fā)生硅藻、甲藻水華；②在水文情勢(shì)轉(zhuǎn)變下的庫(kù)灣，主要包括河道型水庫(kù)上游回水區(qū)，庫(kù)灣下風(fēng)向靜水區(qū)和水壩下游流速較慢的干支流等水體。其特點(diǎn)為河道水位受下游頂托，水流緩慢或靜止，水體富營(yíng)養(yǎng)，周邊有點(diǎn)源或面源污染物輸入。此類水體在春季可能會(huì)發(fā)生硅藻、甲藻水華，夏季晴熱天氣易發(fā)生藍(lán)藻、綠藻水華。

2.2 湖泊水華發(fā)生特征

東湖部分湖區(qū)水果湖和官橋湖是周邊居民生活污水直接載體，水體環(huán)境較其他湖區(qū)面積更狹窄，受污染程度更高，水體流動(dòng)較緩，一定程度上為水華的暴發(fā)提供了必要的營(yíng)養(yǎng)鹽和水文條件，夏季7、8月易暴發(fā)藍(lán)藻水華。

20多年前南湖是水質(zhì)良好、沉水植物分布廣泛的城郊湖泊[21]，沉水植物的死亡在底質(zhì)中的腐敗淤積，不斷地向水體中釋放內(nèi)源性有機(jī)污染物是造成南湖富營(yíng)養(yǎng)的原因。同時(shí)大量外源性營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入使得湖泊的自凈功能喪失，生物群落單一，最終使得南湖成為超富營(yíng)養(yǎng)型湖泊[22，23]。而2007年7月夏季南湖暴發(fā)硅藻水華，據(jù)報(bào)道，當(dāng)時(shí)的水溫條件并不能使硅藻形成第一優(yōu)勢(shì)種，而更適合藍(lán)藻等富營(yíng)養(yǎng)型藻類的大量繁殖，最終形成硅藻水華的原因可能是水體適合硅藻生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度適宜。

梁子湖和洪湖同屬于草型湖泊，到目前為止沒有發(fā)生水華。水草的大量存在加快了水體懸浮物的沉淀，同時(shí)對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收降低起濃度，對(duì)水質(zhì)改善起到了重要作用。

湖泊的水華發(fā)生情況可歸結(jié)為夏季晴熱天氣的富營(yíng)養(yǎng)湖泊，主要包括淺水藻型湖泊、城市內(nèi)湖水體。其共同特點(diǎn)為湖泊水位較淺（5 m以下），上游來水補(bǔ)給少，水流緩慢或靜水，無水草，淤泥底質(zhì)，水體富營(yíng)養(yǎng)，周邊有點(diǎn)源或面源污染物輸入。此類湖泊在夏季持續(xù)晴熱天氣易發(fā)生藍(lán)藻、綠藻水華。

3 水華的影響因素

水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累是形成水華的主要內(nèi)因，合適的氣候、水文條件是誘發(fā)水華的主要外因。常見的影響因素主要有營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、光強(qiáng)、氣溫、水溫、水文（流速、水位）[3，4，7，9]等。

3.1 水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累是暴發(fā)水華的物質(zhì)基礎(chǔ)

水華的出現(xiàn)與水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累有直接關(guān)系，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度對(duì)藻類的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，最常見的磷、氮、硅等營(yíng)養(yǎng)鹽被認(rèn)為對(duì)藻類生長(zhǎng)速率和代謝活動(dòng)有非常顯著的影響。不同藻類對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽種類、濃度及比例有不同的要求，一般來說，藍(lán)藻和綠藻對(duì)磷、氮的要求高，硅藻對(duì)磷、氮的要求相對(duì)低一些，但要求水體中含有豐富的硅[7，8]。目前，我國(guó)水體的富營(yíng)養(yǎng)化為藻類生長(zhǎng)提供了充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，成為暴發(fā)水華的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2 合適的氣候條件是暴發(fā)水華的必要條件

湖北省水華可分為春季水華和夏季水華，適宜的光照強(qiáng)度通過影響藻類的代謝速率控制葉綠素a含量；水溫促進(jìn)了藻類的生命活性，利于藻類細(xì)胞對(duì)水體中營(yíng)養(yǎng)物的吸收，使藻類細(xì)胞完成自身成長(zhǎng)增殖，導(dǎo)致藻類生物量高峰值的增加[9]。

3.3 水動(dòng)力條件是暴發(fā)水華的重要因素

流速、水位或水滯留時(shí)間等水動(dòng)力條件通過影響水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送、水體透明度變化等因素間接調(diào)控藻類群落結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)，為藻類水華創(chuàng)造了適宜條件[2，7]。

4 小結(jié)與討論

在水文情勢(shì)改變條件下，香溪河水華暴發(fā)的頻次愈發(fā)增高，水質(zhì)惡化現(xiàn)象明顯。綜合以往香溪河水華發(fā)生情況得知以下幾點(diǎn)：自2003年香溪河水華暴發(fā)以來，該水域水華發(fā)生地理區(qū)域范圍有從下游向上游擴(kuò)散的趨勢(shì)，2007年在庫(kù)灣發(fā)生藍(lán)藻水華，2008年在河流的中游大規(guī)模暴發(fā)藍(lán)藻水華；水華優(yōu)勢(shì)門類更趨向于富營(yíng)養(yǎng)型，2004年夏季發(fā)生中富營(yíng)養(yǎng)型的隱藻水華，而在2005年夏季開始暴發(fā)富營(yíng)養(yǎng)型的藍(lán)藻水華。水華的暴發(fā)頻率增高，可在同一年的春季和夏季暴發(fā)不同種類水華或者是混合型藻類水華[24，25]。

漢江作為南水北調(diào)的取水水源地，丹江口壩下水流量的減少直接影響到漢江中下游的水文條件，水流速度的減小和水位的降低使其對(duì)污染物的稀釋能力降低，水體流速趨向緩慢，受污染較為嚴(yán)重的武漢段始終是水華的必發(fā)之地[26]，隨水流流速低但是攪起的硅質(zhì)成分足以為硅藻的大量繁殖提供充足的營(yíng)養(yǎng)，在其他營(yíng)養(yǎng)條件滿足的情況下，硅藻水華的暴發(fā)成為必然。

河流水文情勢(shì)的轉(zhuǎn)變，使得河流處于過渡型，具有湖泊和河流二者特征性，使得夏季發(fā)生藍(lán)、綠藻水華變成可能。香溪河可能同漢江一樣，水質(zhì)逐步惡化、水華頻繁暴發(fā)[27]。

草型湖泊發(fā)生水華的概率較低，而水華優(yōu)勢(shì)種類的小型化是水體進(jìn)一步富營(yíng)養(yǎng)化的標(biāo)志[12，28]。東湖水華藻類有向小型化轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，會(huì)帶來以下幾方面影響：藻類細(xì)胞體積減小，生長(zhǎng)和繁殖時(shí)間減短；同時(shí)較小的個(gè)體可在一定程度上避免濾食性魚類的攝食；在大量形成優(yōu)勢(shì)種群后降低水體透明度，一定程度上抑制其他浮游藻類、大型水生植物等的生長(zhǎng)，從而直接或間接的降低水生生物的多樣性，生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外界的不良條件抵抗力降低，使得整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)變得更加脆弱[29，30]。

根據(jù)湖北省典型水體水華發(fā)生時(shí)間、水體特征等方面信息對(duì)省內(nèi)可能發(fā)生水華的水體進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測(cè)，提高水華防范意識(shí)。并可通過湖泊沉水植物的修復(fù)，對(duì)水華進(jìn)行生態(tài)調(diào)控，同時(shí)疏通河道，通過加大流水量等方式，降低水華發(fā)生概率，減小水華帶來的健康危害和財(cái)產(chǎn)損失。

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