太湖藍(lán)藻持續(xù)爆發(fā)關(guān)鍵因素為三高-藻密度高營(yíng)養(yǎng)程度高水溫高（上）

【作者簡(jiǎn)介】朱喜：男，1968年畢業(yè)于烏魯木齊農(nóng)墾大學(xué)，高工,中國(guó)水利學(xué)會(huì)會(huì)員；在新疆水利行業(yè)工作至1985年調(diào)回?zé)o錫，于無(wú)錫市水資源管理處、犢山工程管理處等9個(gè)單位工作過(guò)，2005年退休前后工作于無(wú)錫市水利局12年。前后從事水資源、水工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理工作50余年，2002起從事河湖水污染、水環(huán)境、水生態(tài)研究，2007年起從事太湖等大中型湖泊消除藍(lán)藻爆發(fā)、富營(yíng)養(yǎng)化技術(shù)及其應(yīng)用理論研究。2007年6月首先提出太湖2007年5.29供水危機(jī)實(shí)質(zhì)是“湖泛”的理論，為政府采納和專(zhuān)家認(rèn)同；提出新溝河“引江濟(jì)太”的設(shè)想；2007-2013年任無(wú)錫市藍(lán)藻辦顧問(wèn)，專(zhuān)門(mén)從事藍(lán)藻治理技術(shù)工作。

共編撰出版5部技術(shù)專(zhuān)著：《河湖污染與藍(lán)藻爆發(fā)治理技術(shù)》（2021），《河湖生態(tài)環(huán)境治理與調(diào)研》（2018），《中國(guó)淡水湖泊藍(lán)藻爆發(fā)治理與預(yù)防》（2014），《太湖藍(lán)藻治理創(chuàng)新與實(shí)踐》（2012），《太湖無(wú)錫地區(qū)水資源保護(hù)和水污染防治》（2009）。

主編４個(gè)規(guī)劃：《無(wú)錫市水資源綜合規(guī)劃》（2007），《無(wú)錫市水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)規(guī)劃》（2006），《無(wú)錫市水資源保護(hù)和水污染防治規(guī)劃》（2005），《無(wú)錫市區(qū)水資源保護(hù)規(guī)劃》（1995）。

發(fā)表有關(guān)水資源、水生態(tài)、水環(huán)境、河湖治理、2007年供水危機(jī)、調(diào)水、防御洪澇、污水處理提標(biāo)、治理太湖巢湖滇池富營(yíng)養(yǎng)化和藍(lán)藻爆發(fā)等百余篇文章，參加全國(guó)百余場(chǎng)學(xué)術(shù)研討交流會(huì)并作報(bào)告。

文章全文

自我國(guó)加入世貿(mào)組織以來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，人民環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)。2017年10月，習(xí)總書(shū)記在十九大報(bào)告中指出：隨著社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)主義進(jìn)入新時(shí)代，社會(huì)矛盾已經(jīng)發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)變；在現(xiàn)階段我國(guó)社會(huì)的主要矛盾是人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。其中環(huán)境保護(hù)問(wèn)題日益凸顯，成為影響人民生活水平的主要障礙。太湖流域是我國(guó)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)區(qū)域之一，環(huán)保壓力一直很大，太湖藍(lán)藻的爆發(fā)與治理是黨中央、各級(jí)政府和全國(guó)人民關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

一、全面治理太湖是我國(guó)的基本國(guó)策

國(guó)家高度重視治理太湖（簡(jiǎn)稱(chēng)治太），投入了大量的資金和人力、物力，目前治太取得階段性良好效果：富營(yíng)養(yǎng)化程度減輕，TN濃度持續(xù)下降37%，消除藍(lán)藻爆發(fā)、藍(lán)藻堆積的不良感覺(jué)，消除大規(guī)模“湖泛”，連續(xù)14年確保供水安全。TN持續(xù)下降是由于有效控制外源及藍(lán)藻年年持續(xù)爆發(fā)致N進(jìn)入大氣的雙重原因所致。

二、治太存在問(wèn)題

1 藍(lán)藻爆發(fā)程度依然嚴(yán)重

藍(lán)藻爆發(fā)是自然存在的藍(lán)藻種源在水體富營(yíng)養(yǎng)化和水溫較高等適合生境的條件下快速生長(zhǎng)繁殖，藍(lán)藻密度（以下稱(chēng)藻密度）升高至一定程度及大面積浮于水面并可視的現(xiàn)象。藍(lán)藻爆發(fā)是以藍(lán)藻為主的藻類(lèi)水華爆發(fā)的簡(jiǎn)稱(chēng)。藍(lán)藻爆發(fā)嚴(yán)重表現(xiàn)在如下：① 藍(lán)藻密度持續(xù)上升種源大幅增加。藻密度是衡量藍(lán)藻爆發(fā)程度的主要指標(biāo)之一，藍(lán)藻爆發(fā)規(guī)模大必然是藻密度高，但藻密度高不一定藍(lán)藻爆發(fā)規(guī)模大，因其中還有天氣因素（下大雨.刮大風(fēng)等因素使藍(lán)藻下沉）和藻類(lèi)結(jié)構(gòu)問(wèn)題（藍(lán)藻中的微囊藻易上浮，非微囊藻的藍(lán)藻相對(duì)不易上?。?。太湖2020年年均藻密度9200萬(wàn)個(gè)/L，為2009年6.3倍。其中湖心水域同期為19.18倍，其藻密度升高帶動(dòng)全太湖升高，貢湖、梅粱湖、竺山湖和西部沿岸水域分別為10.79-3.07 倍。原無(wú)藍(lán)藻爆發(fā)的東太湖、東部沿岸水域也發(fā)生一定程度藍(lán)藻爆發(fā)。② 藍(lán)藻爆發(fā)面積高位波動(dòng)。2007年來(lái)藍(lán)藻持續(xù)爆發(fā)，年最大爆發(fā)面積規(guī)模大小不等，如2007年為1114km2，2017年為歷年最高峰1403km2，2009年低峰為524km2。每年藍(lán)藻爆發(fā)月份不等，從20世紀(jì)90年代初藍(lán)藻剛開(kāi)始爆發(fā)時(shí)5―8個(gè)月，增加至近年如2015年、2017年的11-12個(gè)月。如2017、2016、2013年在12月也發(fā)生爆發(fā)，其中2013.12.10爆發(fā)仍達(dá)到982km2。③ 葉綠素a持續(xù)升高。葉綠素a也是衡量藍(lán)藻爆發(fā)程度的一個(gè)主要指標(biāo)。如2020年年均葉綠素a為37.7mg/m3是2009年19.8mg/m3的1.9倍。

 2 富營(yíng)養(yǎng)化程度仍然嚴(yán)重

①  入湖污染負(fù)荷大幅度超出環(huán)境容量。

② 水質(zhì)未達(dá)標(biāo)。沒(méi)有達(dá)到水功能區(qū)目標(biāo)西部Ⅲ類(lèi)、東部Ⅱ-Ⅲ類(lèi)。

③ 太湖TP時(shí)有升高。2007年以來(lái)TP濃度曲折波動(dòng)，時(shí)有升高，其中2015-2019年較2007年0.074mg/L升高6.8-17.6%。原因是藻密度大幅升高、削減外源力度不夠。

三 、藍(lán)藻持續(xù)爆發(fā)關(guān)鍵因素以藻密度.營(yíng)養(yǎng)程度.水溫的三高為代表

藍(lán)藻長(zhǎng)期爆發(fā)涉及的因素很多。根據(jù)研究分析得出主要因素有三個(gè)：藻密度高、營(yíng)養(yǎng)程度高、太湖水溫高為主的自然因素。

１ 藻密度高

藍(lán)藻爆發(fā)須有相當(dāng)密度的種源種群存在，是藍(lán)藻爆發(fā)的根本性因素、直接根源。藻密度高代表著客觀存在的自然因素和人為因素的總和。太湖每年藍(lán)藻爆發(fā)初期，由于水溫相對(duì)較低，一般非藍(lán)藻的藻類(lèi)或非微囊藻的藍(lán)藻相對(duì)較多，隨著溫度升高，藍(lán)藻特別是微囊藻類(lèi)藍(lán)藻就成為優(yōu)勢(shì)種或絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種。

⑴  藍(lán)藻種源種群越多，爆發(fā)規(guī)模越大。1990～2007年，藍(lán)藻種源種群數(shù)量日漸增多、爆發(fā)規(guī)模日益增大，引發(fā)2007年供水危機(jī)，此后藍(lán)藻爆發(fā)總趨勢(shì)是日趨嚴(yán)重。如2009年藻密度1450萬(wàn)個(gè)/L增加至2020年的9200萬(wàn)個(gè)/L（缺2009年前數(shù)據(jù)），為6.3倍。其中2019年達(dá)到12500萬(wàn)個(gè)/L，為2009年的8.6倍，使藍(lán)藻爆發(fā)面積一直在高位運(yùn)行。

⑵  太湖各水域的藻密度均呈持續(xù)增加趨勢(shì)。2020年與2009年藻密度比值：湖心19.18倍，東部沿岸22.83倍。導(dǎo)致藍(lán)藻爆發(fā)面積近年一直在高位波動(dòng)運(yùn)行，基本不受N P濃度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)的影響。如2007-2020年TN持續(xù)下降，但藍(lán)藻爆發(fā)一直在高位波動(dòng)，主要原因是藻密度已達(dá)到相當(dāng)高的程度，持續(xù)削減后的TN仍能滿(mǎn)足藍(lán)藻爆發(fā)對(duì)TN的營(yíng)養(yǎng)需求。

２ 營(yíng)養(yǎng)程度高

當(dāng)水體中P N 等營(yíng)養(yǎng)鹽含量超過(guò)一定限度就稱(chēng)為富營(yíng)養(yǎng)化。富營(yíng)養(yǎng)化使水域生態(tài)系統(tǒng)失去良性平衡，生物多樣性受損。營(yíng)養(yǎng)程度從低至高分為：貧富營(yíng)、中富營(yíng)、富營(yíng)養(yǎng)。富營(yíng)養(yǎng)又分為：輕度、中度、重度和異常富營(yíng)養(yǎng)。

⑴  營(yíng)養(yǎng)程度持續(xù)高位運(yùn)行是藍(lán)藻持續(xù)爆發(fā)的基本因素

營(yíng)養(yǎng)程度高代表著人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然水體不合理干預(yù)的總和。營(yíng)養(yǎng)程度高是使藻密度升高、產(chǎn)生藍(lán)藻爆發(fā)的基本因素，在富營(yíng)養(yǎng)化一定程度的范圍內(nèi)均可發(fā)生藍(lán)藻爆發(fā)，不受期間P N濃度濃度下降或升高的影響。

⑵  影響富營(yíng)程度的主要是人為因素

使大水體從貧營(yíng)養(yǎng)化轉(zhuǎn)變?yōu)楦粻I(yíng)養(yǎng)化，單純的自然因素需要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間，至少要上千年。而人為因素，在現(xiàn)代的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化和大規(guī)模工業(yè)化進(jìn)程的早中期，甚至只需要10-20年或更短的時(shí)間，如太湖的梅梁湖就是在20世紀(jì)80年代的10年中逐步進(jìn)入富營(yíng)養(yǎng)化的，而全太湖則到90年代就進(jìn)入富營(yíng)養(yǎng)化。

３ 水溫高

太陽(yáng)是地球能源的主要來(lái)源，天氣的陰晴風(fēng)雨各種狀態(tài)決定了每天接受能源的多少和光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱時(shí)間長(zhǎng)短，直接影響到水溫。

⑴  水溫高是藻密度升高、藍(lán)藻爆發(fā)的基本因素

① 水溫高是影響藍(lán)藻爆發(fā)的諸多自然因素的代表（以下統(tǒng)一簡(jiǎn)稱(chēng)水溫高）。根據(jù)世界氣象組織的報(bào)告，二十一世紀(jì)一十年代是有氣象觀測(cè)記錄以來(lái)氣候最熱的十年，而且在未來(lái)的十年內(nèi)氣溫上升的趨勢(shì)沒(méi)有改變的跡象。南北極冰雪融化的速度加快是地球持續(xù)升溫的標(biāo)志。因此，全球氣候變暖必然導(dǎo)致溫度持續(xù)升高。所以水溫高是當(dāng)前世界氣溫升高的必然趨勢(shì)，不以人們的意志為轉(zhuǎn)移。水溫高是影響藍(lán)藻爆發(fā)的諸多自然生境的代表，是自然因素中最主要因子，自然因素還包括光照、風(fēng)、水等因素及包括生物種間競(jìng)爭(zhēng)。

② 每年水溫對(duì)藍(lán)藻生長(zhǎng)的影響。每年春季藍(lán)藻種源種群的多少主要取決于水溫在9～12.5℃時(shí)藍(lán)藻萌發(fā)（復(fù)蘇）的程度。冬季藍(lán)藻種源主要存在于底泥表層，部分存在于水體中。藍(lán)藻每年的第一次爆發(fā)時(shí)間和以后的生長(zhǎng)繁殖速度，與底泥和水體的藍(lán)藻細(xì)胞萌發(fā)的種類(lèi)、密度及復(fù)蘇時(shí)間有關(guān)。若春季水溫升高較快，藍(lán)藻就種源多種群大，如2007年3月的日均水溫較2006年同期高1.51℃，特別是3月上旬的日均水溫達(dá)到12.62℃，較2006年同期升高3.07℃，此水溫已是藍(lán)藻萌發(fā)開(kāi)始加速的溫度，在該年的3月29日藍(lán)藻就首次爆發(fā)，較2007年前2年藍(lán)藻爆發(fā)提前近1個(gè)月時(shí)間。

⑵  水溫與藍(lán)藻爆發(fā)關(guān)系密切

年均日水溫高，爆發(fā)時(shí)間就長(zhǎng)，爆發(fā)面積或累積面積就大。2006、2007年的年均日水溫分別達(dá)到18.65℃、19.29℃，較2008-2010年均高，所以這2年的爆發(fā)面積均較大，其中2007年的累積爆發(fā)面積較后3年增加1-2倍；2006年以前太湖藍(lán)藻每年爆發(fā)時(shí)間長(zhǎng)度一般為5～8個(gè)月，但2007藍(lán)藻爆發(fā)時(shí)間有10個(gè)月，近年如2015、2017年更有達(dá)到12個(gè)月。只要水溫維持在90C左右的適當(dāng)水溫，藍(lán)藻仍可能爆發(fā)。近幾年，由于冬季水溫有所升高，如2017、2018年1月的日均水溫較多年日均水溫6.27℃均為高，促使藍(lán)藻提前萌發(fā)，加快藻密度的升高速度，藍(lán)藻爆發(fā)期延長(zhǎng)，原來(lái)藍(lán)藻不爆發(fā)的冬季12月、1月也發(fā)生藍(lán)藻爆發(fā)，爆發(fā)面積多次超過(guò)300km2。如2013年12月10日爆發(fā)面積達(dá)到982km2，其原因是期間最高氣溫由9℃升至15℃，加之近年太湖藻密度持續(xù)升高，?４000萬(wàn)個(gè)/L；同樣2018年1月17日藍(lán)藻爆發(fā)面積達(dá)到390km2，其原因是期間最高氣溫從4℃升至13-15℃，近幾年年均藻密度?8000萬(wàn)個(gè)/L。

⑶ 其他自然因素

水溫高是是藍(lán)藻爆發(fā)的自然生境因素的代表。還有其他一些自然因素對(duì)藍(lán)藻爆發(fā)的生境或種群起到一定或相當(dāng)?shù)挠绊憽＂?光照。光照時(shí)間長(zhǎng)和強(qiáng)度大，光合作用強(qiáng)烈，使藍(lán)藻生長(zhǎng)繁殖速度加快。② 風(fēng)雨氣壓。風(fēng)力達(dá)到一定水平使水面藍(lán)藻在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)下向太湖沿岸下風(fēng)處水域聚集，晴日微風(fēng)使藍(lán)藻垂直上浮，大風(fēng)浪則使藍(lán)藻隠于水下使水面看不到藍(lán)藻聚集現(xiàn)象。雨天，降低溫度，使藍(lán)藻隠于水下而使水面上看不到藍(lán)藻聚集爆發(fā)現(xiàn)象。氣壓對(duì)藍(lán)藻爆發(fā)有相當(dāng)?shù)挠绊?，但尚未有確切的研究記錄。③ 水流。自然水流驅(qū)動(dòng)藍(lán)藻自上游至中下游在水平方向的流動(dòng)擴(kuò)散，加大湖心和東太湖等水域藻密度，使以往藍(lán)藻不爆發(fā)的東太湖、東部沿岸水域發(fā)生一定規(guī)模的藍(lán)藻爆發(fā)；還有水量、水位、流速和換水次數(shù)等均對(duì)藍(lán)藻爆發(fā)均有一定影響。④ 岸線形狀。自然岸線形狀由于風(fēng)的作用，可接納蓄存相當(dāng)藍(lán)藻數(shù)量。如東南風(fēng)梅梁湖、竺山湖和貢湖的湖灣頂端水域可蓄積大量高密度的藍(lán)藻，形成爆發(fā)的態(tài)勢(shì)。

⑷ 大自然活動(dòng)異常影響溫度

如大規(guī)?；鹕奖l(fā)是可導(dǎo)致氣候異常、影響地球溫度和光照的突發(fā)性因素。如報(bào)道的2022年1月15日的太平洋湯加海底火山爆發(fā)，稱(chēng)可能使地球部分區(qū)域的氣溫下降２℃，或可能在短期內(nèi)降低藻密度和藍(lán)藻爆發(fā)規(guī)模。另外，厄爾尼諾現(xiàn)象(指赤道太平洋東部和中部海面溫度持續(xù)異常偏暖的現(xiàn)象)與拉尼娜現(xiàn)象(與厄爾尼諾相反的現(xiàn)象)可顯著影響地球溫度。

⑸ 種間競(jìng)爭(zhēng)影響藻密度。

 種間競(jìng)爭(zhēng)是自然界中存在的生物之間的競(jìng)爭(zhēng)：① 生境競(jìng)爭(zhēng)，即藍(lán)藻與其他生物適應(yīng)生境的競(jìng)爭(zhēng)；② 生物間的競(jìng)爭(zhēng)，即藍(lán)藻與其他生物生存權(quán)的相互競(jìng)爭(zhēng)、或直接使對(duì)方消失、死亡。其中其他生物包括藍(lán)藻以外的藻類(lèi)、微生物、植物、動(dòng)物。

四、三高因素相互關(guān)聯(lián)

使太湖藍(lán)藻爆發(fā)的三高因素不是單獨(dú)存在，且是錯(cuò)綜復(fù)雜相互關(guān)聯(lián)的。

1 富營(yíng)養(yǎng)化使使藻密度升高　　

人為干預(yù)使大量外源入湖、水體富營(yíng)養(yǎng)化，繼而使藍(lán)藻生長(zhǎng)繁殖速度加快，藻密度升高。如太湖水質(zhì)從20世紀(jì)80年代初的Ⅲ類(lèi)降至80年代末的Ⅴ類(lèi)，90年代劣Ⅴ類(lèi)；營(yíng)養(yǎng)程度從貧-中營(yíng)養(yǎng)升高至中富營(yíng)養(yǎng)、個(gè)別水域?yàn)橹馗粻I(yíng)養(yǎng)；年均藻密度估計(jì)從80年代初的百萬(wàn)個(gè)/L左右至2009年1447萬(wàn)個(gè)/L，再升至2020年9200萬(wàn)個(gè)/L。

2 水溫是自然因素中使藻密度升高的首要條件

水溫是影響藻密度和藍(lán)藻爆發(fā)程度的全部自然因素中的代表，是影響藍(lán)藻爆發(fā)的最主要生境。水溫一年四季不同，藍(lán)藻就發(fā)生休眠、萌發(fā)、爆發(fā)、衰退等過(guò)程。但由于每年溫度、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)等生境的差異，藍(lán)藻復(fù)蘇.生長(zhǎng).爆發(fā).衰退的時(shí)間段有早晚和長(zhǎng)短的差異，及藍(lán)藻下沉水底、次年藍(lán)藻復(fù)蘇比例有差異。

一般情況：① 上年12月下旬-當(dāng)年2月的日均水溫﹤9℃為藍(lán)藻休眠期，大部分藍(lán)藻在水底，部分藍(lán)藻在水體中間。② 3月水溫升至9-11.6℃，藻類(lèi)、藍(lán)藻先后開(kāi)始萌發(fā)（復(fù)蘇）。③ 4月-5月初，水溫達(dá)到17～22℃，藍(lán)藻發(fā)生首次爆發(fā)。④ 5～10月，水溫﹥20℃至34℃，為藍(lán)藻持續(xù)爆發(fā)期。其中﹥25℃時(shí)形成藍(lán)藻的優(yōu)勢(shì)或絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；水溫﹥30℃最易引起大規(guī)模爆發(fā)。⑤ 11月～12月上半月，水溫為14～9℃，為藍(lán)藻爆發(fā)后的延續(xù)、衰退期，一般不發(fā)生較大藍(lán)藻爆發(fā)，但近些年由于水中存在藍(lán)藻種源較多或冬季水溫偏高或耐低溫的藻類(lèi)增加，使藍(lán)藻爆發(fā)期延長(zhǎng)及爆發(fā)面積較大。

3 藻密度持續(xù)高位運(yùn)行明顯影響富營(yíng)養(yǎng)化N P指標(biāo)

2006-2020年太湖藻密度持續(xù)高位運(yùn)行，由2009年1450萬(wàn)個(gè)/L升至2020年9200萬(wàn)個(gè)/L，為6.3倍。其中2019年達(dá)到12500萬(wàn)個(gè)/L，為2009年8.6倍。以致藍(lán)藻爆發(fā)持續(xù)在高位運(yùn)行，年最大爆發(fā)面積一般在500-1400km2。藍(lán)藻持續(xù)的高密度和爆發(fā)使太湖TN濃度持續(xù)下降，在2007年至2020年，河道入湖TN負(fù)荷僅下降3%的情況下，但太湖水質(zhì)TN從2.35mg/L降至1.48mg/L、削減37%；太湖2007、2020年水質(zhì)TP基本持平，其中2007、2019年入湖TP負(fù)荷雖均為0.184萬(wàn)t，但期間由于藻密度升高10倍，達(dá)到12500萬(wàn)個(gè)/L，結(jié)果TP從0.074mg/L升至0.087mg/L、升高17.6%。

小結(jié)：藻密度、富營(yíng)養(yǎng)化、水溫三者密切相關(guān)。富營(yíng)養(yǎng)化是人為干預(yù)因素的結(jié)果和代表，使藻密度升高，但富營(yíng)養(yǎng)化程度升高至一定范圍時(shí)，營(yíng)養(yǎng)程度的升降不能影響藻密度的升降；水溫是自然因素的代表，明顯影響著藻密度的升降；藻密度持續(xù)升高至一定范圍后，可明顯影響富營(yíng)養(yǎng)化的P N指標(biāo)，使TN持續(xù)下降、阻滯TP下降速度或可使TP升高。