091150026地科系季丽彬---从蓝藻探究太湖水污染及治理__

从蓝藻探究太湖水污染及治理季丽彬（09级地球科学与工程学院）关键词：太湖；蓝藻；水污染；富营养化；湖泊治理；生态恢复摘要：2007年5月份发生在无锡太湖蓝藻水华引起的自来水危机事件进一步凸现我国湖泊富营养化的严峻局面和蓝藻水华频发的现状。从分析太湖富营养化发生、发展,蓝藻水华爆发的原因和机制入手,提出湖泊富营养化治理和蓝藻水华控制的途径和措施。一、引言2007年6月，江苏无锡成为全国乃至全世界注目的焦点，太湖无锡水域暴发大面积蓝藻，自来水龙头里流出的水有一股浓郁的臭味，导致无锡市民的日常饮用水和基本生活成为难题，一时间，桶装纯净水奇货可居。对无锡的百姓生活造成很大的影响。打开百度搜索引擎，键入“太湖蓝藻”几个字，大约会出现652，000篇与此相关的报道。2007年6月11日，国务院太湖水污染防治座谈会在江苏无锡召开。中共中央政治局常委、国务院总理温家宝作出重要批示：太湖水污染治理工作开展多年，但未能从根本解决问题，太湖水污染事件给我们敲响了警钟，必须引起高度重视，要认真调查分析水污染的原因，在已有工作的基础上，加大综合治理的力度，研究出具体的治理方案和措施。温总理的指示再一次让我们看到了太湖流域水污染治理的迫切性。二、太湖富营养化发生的原因我国面积1km2以上的湖泊有2759个,总面积达91019km2,其中只有约1/3的湖泊是淡水湖泊,并且绝大部分是富营养化浅水湖泊,主要分布在长江中下游地区和东部沿海地区,太湖就是这众多浅水富营养化湖泊的典型代表。太湖富营养化从20世纪80年代开始,每隔10年湖泊富营养化上升一个等级,而水质则下降一个等级,目前全湖处于富营养到重富营养状态,而湖泊水质则属于劣五类。应该说太湖富营养化的发展和治理已经历经多年,特别是“十五”以来,国家投入大量人力物力治理太湖富营养化,试图恢复湖泊原有山清水秀的环境,但收效甚微。太湖富营养化之所以如此严重而且治理起来异常艰难,既有自然方面的因素,也有人为方面的原因。1太湖的地理位置与太湖富营养化的关系20世纪60年代中国科学院地理研究所对太湖的综合调查显示:在太湖沿岸带,东太湖、胥口湾、贡湖湾、梅梁湾、竺山湾和五里湖均分布着大面积的水生植物。正是由于水生植物的大量存在,一方面有效地削减了排入湖中的外源营养盐负荷,同时又大量地遏制底泥中营养盐的释放。水生植物吸收水体和沉积物中的营养元素,死亡后沉积于湖底,将水体中的营养物质转移到沉积物中,使得水体中营养盐不足以发生富营养化和蓝藻水华。特别是解放后在许多湖泊实施的围垦,使得许多湖滨滩涂湿地得到破坏。根据统计,太湖自解放以来,共围垦面积528km2,这些被围垦的水域绝大部分位于湖滨浅水地区,水生植物茂盛;而围垦后,无论是种植水稻还是渔业养殖,都由原来的拦截污染物的净化区变为输出污染物的污染源,其负面影响如何可想而知。2、太湖浅水湖泊的特征与湖泊富营养化的关系太湖是一个典型的大型浅水湖泊,平均水深约为2m,最大水深不超过3m,加之其位于季风气候区并受台风的影响,风速较大且全年盛行。中国科学院太湖湖泊生态系统研究站2001年全年风速风向观测资料显示,全年风速在2～6m/s的天数为298天,占全年的82%,风速超过6m/s的天数有22天,占全年的6%。受风浪和湖流作用使得水—沉积物界面经常处于不稳定状态,沉积物容易扰动而发生再悬浮,大量营养物质随之释放进入水体。3、太湖流域人类活动与湖泊富营养化的关系20世纪60年代初,太湖流域社会经济发展处于历史困难时期,入湖污染物很少。自改革开放以来,太湖流域经济的高速发展和人口的急剧增加带来大量的工业、农业、生活污水源源不断地排入太湖。1980年太湖流域GDP为1081亿元(以2000年可比价计算),2000年为9717亿元,增长了近8倍,年均增长率达11.6%。。伴随农业的快速发展,农业面源和围网养殖污染排放也逐年增加。目前太湖流域每公顷农田施化肥577.5kg,施农药34.5kg,远高于全国平均的411kg和11.25kg。东太湖围网养殖面积由1984年的266hm2,增加到1997年的3200hm2,到2003年养殖面积已达到10647.02hm2,占东太湖总水面的比例高达79.25%。据估算,每生产1t鱼要向湖内释放氮141.25kg、磷14.14kg,每生产1t螃蟹要向湖内释放氮517.81kg、磷71.57kg。根据中国科学院南京地理与湖泊研究所的长期调查研究,目前太湖湖水中的营养盐浓度已经由改革开放初期的总氮1～2mg/L增加到5～6mg/L,总磷0.03～0.05mg/L增加到现在的0.1～0.2mg/L(梅梁湾水域)。三、太湖蓝藻水华发生机制导致此次无锡饮用水危机事件的元凶是蓝藻水华。蓝藻水华的爆发是一个水体富营养化的主要特征。能够形成蓝藻水华的藻类包括微囊藻(Micro2cystis)、鱼腥藻(Anabaena)、颤藻(Oscillatoria)和束丝藻(Aphanizomenon)等,有时直链硅藻(Melosira)也伴随蓝藻大量滋生,在太湖主要是微囊藻水华。实际上,蓝藻水华爆发是一个相当复杂的过程,涉及的因子很多,主要包括物理、化学、生物三方面因子。蓝藻之所以能够爆发性生长形成水华一方面与蓝藻本身的生理特征有关,另一方面则与系统内物理、化学、生物环境有关。蓝藻具有以下几个生理特性,能够适应富营养化浅水湖泊系统内的物理、化学、生物环境,从而在种群演替中成为优势种。大量的实验表明浮游动物捕食能够诱导藻类群体的形成;这说明蓝藻水华的产生是蓝藻为了应付外界不良环境的胁迫而表现出来的一种自我保护机制。因此,蓝藻水华的形成过程是由蓝藻本身的生理特点以及温度、光照、营养盐、其它生物等诸多环境因素共同作用的结果。在营养盐负荷高,氮磷比低,光照和水动力环境合适,食物网中没有形成枝角类优势这些条件同时满足的情况下就会出现蓝藻水华。四、湖泊富营养化治理与蓝藻水华控制湖泊富营养化治理一般应该遵循的路线是控源截污、生态修复和流域管理。控源包括流域上的各种外源负荷以及沉积物释放所产生的内源负荷,这对浅水湖泊富营养化控制非常必要。这是因为,已有研究发现,当湖泊营养盐浓度不断升高的情况下,会导致附着在水生植物(特别是沉水植物)上的生物和浮游植物大量生长,严重遏制沉水植物的光合作用。因此,要恢复沉水植物,首先必须降低营养负荷,这就意味着必须适当控制输入湖泊的外源负荷。在控源的基础上,进行以水生植物恢复为核心的生态修复工作,湖滨带的生态修复可以有效拦截来自陆地的污染物质,而湖泊内部各种类型水生植物的恢复可以有效地降低沉积物悬浮和内源污染释放。在上述控源和生态修复的基础上,流域上应该进行产业结构和土地利用方式的调整,逐步引导经济结构向环境友好的方向发展。这里主要谈谈控源截污和生态修复技术。1、减少入湖外源性营养负荷的技术大量外源性营养盐进入湖泊是导致湖水富营养化的最根本的原因之一。因此,控制外源污染物排放是湖泊水环境治理的首要步骤。但是,目前对于工业污染和城市生活污染等点源排放治理力度较大,对于面大量广的分散非点源污染控制尚无经济有效的办法。而前置库技术和湿地技术是这方面比较有效的方法。2、湖泊内源营养负荷控制技术对于太湖这类浅水的富营养化湖泊,内源营养盐释放的控制是湖内治理的关键。控制湖泊内源污染,应当根据水深、pH值、水体的规模及复氧能力、内源营养盐释放特点以及水文条件,并结合水体的功能,选择经济有效的控制内源释放的措施。3、蓝藻水华控制目前,国内外在湖泊蓝藻治理的方法上,大体可归结为物理法、化学法和生物法。这些方法各有优点,同时也均具有一些局限性。因此,单独采用任何一种单一的技术手段来治理一个极其复杂的水生态系统,都是非常困难的,往往也得不到理想的效果。事实上,国内外至今也尚未有一套完整成熟的治理方法可供借鉴。因此,就太湖而言,根据湖泊具体特点和微囊藻水华的生理生态特性,依据“综合除藻、生态抑藻”相结合的原则,采取如下物理工程、生物化学、生态工程相结合的手段,控制、去除水源地区域水体中的蓝藻。4、湖泊生态恢复湖泊生态修复的目的,一方面是为了控制底泥内源污染,这在浅水湖泊中特别需要,另一方面是控制蓝藻水华。事实证明,在有沉水植物存在的草型湖泊生态系统中,底泥营养盐的释放可以有效得到控制,水质可以有效得到改善。原因是水生植物可以遏制沉积物的动力悬浮过程,同时可以吸收水体与沉积物中的营养盐,降低营养盐负荷,遏制蓝藻水华发生。那么,如何才能实现湖泊从藻型到草型的转变?理论上,草型和藻型都是湖泊生态系统在一定条件下的稳定状态,这就是所谓的湖泊多稳态理论。当外部环境发生变化时,将对湖泊生态系统产生胁迫,而湖泊生态系统具有一定的抗拒外部环境变化的自我恢复能力(resilience,或者是返弹能力),但是,当外部环境胁迫增加到一定程度将导致系统破坏,生态系统转化到与新的环境条件相适应的系统状态。五、结论无锡市此次饮用水危机事件,源自蓝藻水华在取水口附件堆积,进一步污染水源地原水水质所致。太湖蓝藻水华的爆发,是太湖富营养化的重要指标,是太湖富营养化发展严重的一个表征。太湖的富营养化之所以如此严重,与流域上快速发展经济及其污水排放增加有关。人类的经济活动不光导致工业污染物排放增加;同时,农业生产中大量使用化学肥料代替有机肥料,得大量的肥料流失,造成面源污染。而随着人们生活水平的提高,城市化进程的加快,生活用水量在逐年上升。最终都流入湖泊中。此外,围垦湖滨湿地、围网养殖、河道和湖岸的水泥忖砌都会改变其生态功能而加重其富营养化的进程。除了人类活动的影响,太湖富营养化还与其地理位置有关。由于该湖泊位处长江下游三角洲,周围土壤肥沃,湖泊营养本底较高,使得其环境容量小,湖泊非常容易富营养化。除此之外,太湖是一个浅水湖泊,风浪的频繁扰动导致沉积物中营养盐的不断释放,加重了湖泊营养负荷,使得太湖富营养化的治理难度加大。湖泊富营养化治理,应该先控源截污,包括流域上的工业、农业和生活污染,以及湖里沉积物的内源污染;其次是生态恢复,即控制蓝藻水华,实施以水生植物恢复为核心的生态修复;最后是调整流域土地利用类型,改变经济结构,发展环境友好的产业,实施清洁生产。无论是污染源控制,还是生态恢复,有许多技术可供选择,但是,需要指出的是,任何技术和方法都有一定的局限性,因此,需要先诊断、后治理。只有这样,才能真正实现湖泊生态环境的根本好转。