太湖TN、TP、藍(lán)藻生物量變化趨勢

殷 鵬， 張建華， 華 萍， 李 霞， 孔繁璠， 耿 浩

(1.江蘇省水資源服務(wù)中心， 江蘇 南京 210029； 2.江蘇省水利廳， 江蘇 南京 210029；3.江蘇省水利科學(xué)研究院， 江蘇 南京 210017； 4.江蘇省水文水資源勘測局， 江蘇 南京 210029；5.邳州市水利工程管理總站， 江蘇 邳州 221300)

太湖是我國第三大淡水湖，地處長三角核心區(qū)域，位于長江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略沿線，是“一帶一路”重要交匯點(diǎn)，是長三角地區(qū)重要飲用水水源地，對保障流域與區(qū)域防洪安全、供水安全、生態(tài)安全具有不可或缺的支撐作用。經(jīng)各方長期共同努力，太湖治理初見成效，流域水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善。但必須認(rèn)識到，制約太湖水質(zhì)根本好轉(zhuǎn)的因素十分復(fù)雜，2007年以來，雖然太湖主要入湖河流水質(zhì)總體改善，但是太湖湖體卻出現(xiàn)磷升、氮降、藍(lán)藻生物量升高的特殊變化趨勢。本文通過分析太湖TN、TP、藍(lán)藻生物量等生態(tài)環(huán)境要素的相互關(guān)系，探明太湖藍(lán)藻、TP異常升高的主要原因，并提出治理建議，為下階段太湖流域水環(huán)境綜合治理提供借鑒。

1 數(shù)據(jù)分析

1.1 太湖湖體TP、TN、藍(lán)藻生物量變化趨勢

數(shù)據(jù)來源主要為太湖流域管理局歷年太湖健康狀況報(bào)告基礎(chǔ)資料。太湖流域管理局在太湖共布設(shè)33個(gè)采樣點(diǎn)，采用加權(quán)平均的方法計(jì)算平均值，分析得出2007年以來太湖TN、TP、藍(lán)藻生物量變化趨勢存在明顯的差異性。

太湖TN平均質(zhì)量濃度呈持續(xù)下降趨勢。由2007年2.76 mg/L下降至2020年1.45 mg/L，下降幅度達(dá)到47.5%。

太湖TP平均質(zhì)量濃度呈現(xiàn)先下降后反彈，并維持高位波動狀態(tài)。2007—2011年，太湖TP平均質(zhì)量濃度呈下降趨勢，由2007年0.089 mg/L下降至2011年0.066 mg/L，降幅達(dá)到25.8%；但是之后開始反彈，2016年達(dá)到第一個(gè)峰值0.089 mg/L，TP質(zhì)量濃度回升至2007年水平；2017—2019年成高位波動狀態(tài)，其中2019年再次達(dá)到0.089 mg/L；2020年太湖TP質(zhì)量濃度有所下降，降至0.073 mg/L。

圖1 太湖TP、TN年際變化

太湖藍(lán)藻生物量呈現(xiàn)先下降、后上升趨勢。2007年表征太湖藍(lán)藻生物量的葉綠素a質(zhì)量濃度為0.0295 mg/L，2012年已下降至0.0203 mg/L，下降31.1%。之后開始升高，2015年回升至0.0296 mg/L，與2007年水平相當(dāng)，2016年起出現(xiàn)明顯反彈，2017年達(dá)到0.0493 mg/L，比2007年高67.1%。

圖2 太湖葉綠素a質(zhì)量濃度年際變化

1.2 入湖河流TP質(zhì)量濃度及入湖通量

太湖22條主要入湖河流占入湖水量的80%～90%，入湖污染負(fù)荷占70%～80%。2007年以來，22條主要入湖河流水質(zhì)明顯改善。2007年，22條主要入湖河流中有12條為劣Ⅴ類水質(zhì)，隨著入湖水質(zhì)的不斷改善，自2015年起，已全面消除列Ⅴ類。2019年水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類的有11個(gè)，占50%，Ⅳ類有10個(gè)，占45.5%，Ⅴ類一個(gè)，占4.5%。

受流域降水量增加、區(qū)域下墊面變化等因素影響，2007年以來，太湖入湖入湖水量總體呈增加趨勢，由2007年89億m3，增加至2019年126億m3，增加了41.6%。

圖3 太湖入湖水量年際變化

根據(jù)太湖環(huán)湖入湖河流入湖污染負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，太湖入湖TP負(fù)荷總體穩(wěn)定，2007年為0.19萬t，2010年為最高值0.28萬t，2019年為0.18萬t，略低于2007年水平。疊加入湖水量增加影響，太湖入湖河流TP平均質(zhì)量濃度呈持續(xù)下降趨勢，由2007年0.21 mg/L，下降至2019年0.14 mg/L，下降了33.3%。

圖4 太湖入湖河流TP負(fù)荷及平均質(zhì)量濃度年際變化

太湖入湖TN負(fù)荷在波動中略有下降，2007年入湖TN負(fù)荷為4.26萬t，2019年為3.64萬t，較2007年下降14.5%，2010年為2007年以來TN入湖負(fù)荷最高值，為5.65萬t，比2007年高32.6%。太湖入湖河流TP平均質(zhì)量濃度下降幅度較TP更為明顯，2007年入湖河流TN平均質(zhì)量濃度為4.79 mg/L，2019年下降至2.89 mg/L，下降了39.7%。

圖5 太湖入湖河流TN負(fù)荷及平均質(zhì)量濃度年際變化

1.3 太湖地區(qū)氣溫變化

根據(jù)江蘇省氣象臺監(jiān)測，2007年以來，太湖地區(qū)氣溫呈先下降后上升趨勢。其中，2007—2011年為下降階段，太湖地區(qū)一季度平均溫度、全年平均溫度分別從8.3℃、17.5℃降低至4.9℃、16.3℃，分別降低了3.4℃、1.2℃。2011年之后，太湖地區(qū)溫度呈持續(xù)增加趨勢，2020年一季度平均溫度、全年平均溫度分別回升至9.0℃、17.5℃，其中一季度平均溫度比2007年同期升高0.7℃。

圖6 太湖地區(qū)氣溫年際變化

1.4 相關(guān)性分析

對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表1。

表1 太湖主要環(huán)境因子相關(guān)性分析

2 討論

2.1 湖體TN質(zhì)量濃度影響因素

從第一章節(jié)數(shù)據(jù)可以看出，太湖湖體TN質(zhì)量濃度、入湖TN通量、入湖TN平均質(zhì)量濃度年際變化趨勢分別為持續(xù)下降(下降47.5%)、波動中略有下降(下降14.5%)、持續(xù)下降(下降39.7%)，說明太湖湖體TN質(zhì)量濃度與入湖TN通量、入湖TN平均質(zhì)量濃度均呈正相關(guān)關(guān)系，其中與入湖TN平均質(zhì)量濃度相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.84。此外，太湖湖體TN質(zhì)量濃度與太湖葉綠素a平均質(zhì)量濃度相關(guān)系數(shù)為-0.49，說明太湖藍(lán)藻生物量增加，有利于太湖TN的下降。秦伯強(qiáng)等[1]研究表明，太湖藍(lán)藻生物量的增加可以影響太湖氮元素的循環(huán)，可以促進(jìn)附著在藍(lán)藻團(tuán)上的微生物進(jìn)行硝化、反硝化作用，使氮元素轉(zhuǎn)化為氮?dú)怆x開湖體，從而降低湖體的TN質(zhì)量濃度。

2.2 湖體TP質(zhì)量濃度影響因素

太湖入湖TP居高不下，2007年以來，持續(xù)維持在0.17萬t以上，遠(yuǎn)超太湖TP環(huán)境容量(514 t)，這是太湖藻型生境難以改變的根本原因，但卻不是太湖TP異常升高的直接原因。太湖TP質(zhì)量濃度下降的時(shí)段(2007—2010年)，太湖入湖河流TP通量卻是上升階段；太湖TP質(zhì)量濃度上升的時(shí)段(2011—2013年)，卻又是入湖河流TP通量下降階段；入湖河流TP平均質(zhì)量濃度下降(2019年較2007年下降了33.3%)，并沒有帶來太湖湖體TP質(zhì)量濃度的改善。太湖TP平均質(zhì)量濃度與入湖TP通量、入湖TP平均質(zhì)量濃度的相關(guān)系數(shù)分別為-0.20、-0.23，說明入湖TP通量、入湖TP平均質(zhì)量濃度變化均不是近幾年太湖TP異常升高的直接原因， 王華等[2-3]研究表明，藍(lán)藻生物量的增加會促進(jìn)有機(jī)態(tài)磷向可以被藍(lán)藻吸收的無機(jī)態(tài)磷轉(zhuǎn)化，并進(jìn)一步促進(jìn)藍(lán)藻生長；大量藍(lán)藻聚集、死亡后又會沉降到底泥的表面，引起底泥表層缺氧，造成pH升高，增加底泥磷的釋放。此次研究發(fā)現(xiàn)，太湖TP平均質(zhì)量濃度與太湖葉綠素a平均質(zhì)量濃度相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.75，呈高度的正相關(guān)關(guān)系，說明太湖藍(lán)藻生物量增加，加劇內(nèi)源TP釋放是太湖TP升高的直接原因。

2.3 湖體藍(lán)藻生物量的影響因素

陳小華等[4]相關(guān)研究表明，只有當(dāng)TP控制在0.02 mg/L以下，或者TN控制在0.2 mg/L以上，才能抑制藍(lán)藻生長，太湖目前氮磷質(zhì)量濃度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到上述閾值。2007年以來，太湖入湖河流TN、TP平均質(zhì)量濃度，TN入湖通量，湖體中TN質(zhì)量濃度都成下降趨勢；湖體TP質(zhì)量濃度雖有反彈，但是也沒有超過2007年水平，入湖TP通量在波動中有所下降。以上指標(biāo)的變化趨勢均與太湖藍(lán)藻生物量的變化趨勢不相符，太湖葉綠素a平均質(zhì)量濃度與入湖TP通量、入湖TN通量、入湖TP平均質(zhì)量濃度、入湖TN平均質(zhì)量濃度相關(guān)系數(shù)分別為-0.21、-0.38、-0.54、-0.66，說明入湖TP、TN質(zhì)量濃度及通量的變化，不是近幾年太湖藍(lán)藻生物量異常升高的直接原因。

說明氣象條件的變化可能是近幾年太湖藍(lán)藻生物量異常升高的直接原因。葉綠素a平均質(zhì)量濃度與太湖地區(qū)年均溫度的相關(guān)性達(dá)到0.73 ，呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。2007年以來，2007年、2013年、2016至2020年太湖地區(qū)年均氣溫達(dá)到17℃以上，這其中2007年是藍(lán)藻水華高發(fā)造成無錫太湖水危機(jī)的年份，2013年是太湖藍(lán)藻開始反彈的起點(diǎn)年份，2016—2020年是太湖藍(lán)藻居高不下的年份，再次說明高溫是藍(lán)藻生物量增加的重要原因。而2016—2020年太湖地區(qū)年均氣溫與2007年水平相當(dāng)，但是2016—2020年太湖葉綠素a質(zhì)量濃度均值達(dá)到0.0426 mg/L，比2007年(0.0295 mg/L)高44.4%，說明還有其他氣象因素，促進(jìn)了太湖藍(lán)藻生物量的增加。

3 結(jié)論與建議

2007年以來，太湖TN質(zhì)量濃度呈持續(xù)下降趨勢，TP質(zhì)量濃度呈現(xiàn)先下降后反彈，并維持高位波動狀態(tài)。

太湖入湖TP負(fù)荷總體穩(wěn)定，太湖入湖河流TP平均質(zhì)量濃度呈持續(xù)下降趨勢，2019年降至0.14 mg/L，較2007年下降了33.3%。太湖入湖TN負(fù)荷在波動中略有下降，入湖河流TP平均質(zhì)量濃度呈下降趨勢，2019年下降至2.89 mg/L，較2007年下降了39.7%。

入湖TN通量、入湖TN平均質(zhì)量濃度的降低，以及太湖藍(lán)藻生物量的增加等因素的共同作用，造成太湖TN質(zhì)量濃度持續(xù)下降。

入湖TP通量、入湖TP平均質(zhì)量濃度變化均不是近幾年太湖TP異常升高的原因；藍(lán)藻生物量的增加促進(jìn)了底泥中磷的釋放 ，是太湖TP升高的直接原因。

外源氮磷入湖負(fù)荷長期超湖體納污能力是太湖藻型生境難以改變的根本原因，但不是近幾年太湖藍(lán)藻異常升高的直接原因。溫度等自然條件的變化，是近幾年藍(lán)藻生物量異常升高的主要原因。

新一輪太湖治理要堅(jiān)持外源治理與內(nèi)源治理并重，更大力度推進(jìn)太湖生態(tài)清淤工程，削減太湖內(nèi)源污染，結(jié)合清淤工程，恢復(fù)太湖湖濱生態(tài)，提升湖體自凈能力。

要進(jìn)一步加強(qiáng)對太湖流域日照、風(fēng)速、降雨、湖流等自然條件的監(jiān)測，研究其與藍(lán)藻生長的內(nèi)在關(guān)系，為新一輪太湖治理提供技術(shù)支撐。