异龙湖近 20年来营养盐与水生生态系统变化

魏 翔，唐光明

（云南省环境科学研究院，云南昆明650034）

异龙湖近 20年来营养盐与水生生态系统变化

魏 翔，唐光明

（云南省环境科学研究院，云南昆明650034）

根据历史资料和观测数据对异龙湖近 20年来的营养盐和水生生态系统变化进行了分析。近20年来异龙湖营养盐含量始终处于较高的水平，营养盐含量波动较大并可明显分为三个时期，导致异龙湖营养盐波动的主要原因是水生生态系统的结构变化。异龙湖的水生生态系统呈现明显的退化趋势，自1950年代以来，藻类的优势种由硅藻转变为蓝藻，浮游动物种类由近 170种减少为 4种，底栖动物由 13种减少为2种，水生植物由种类繁多转变为基本消失殆尽。

营养盐；水生生态系统；变化；分析；异龙湖

1 前言

随着社会经济发展和不适当的开发活动，国内外大量湖泊受到外源性污染和人为胁迫，湖泊水质恶化和生态系统健康下降，极大地改变了湖泊的自然物质循环和能量流动过程，以至于许多湖泊都面临着不同程度的富营养化问题［1］。尤其是对于浅水湖泊，因其特殊的水文和自然特征，在流域外来干扰下更易发生生态退化。过量氮磷营养盐输入和累积是引起湖泊富营养化的最主要诱因，分析长时间序列观测数据，是研究湖泊营养盐和生态系统变化的重要方法［2］，不仅能够推断出湖泊富营养化进程中生态系统结构、功能的变化，同时有利于判断富营养化评价的参照标准，从而确定水体水质和生态管理目标。

异龙湖是云南九大高原湖泊之一，根据 2009年的水质监测，异龙湖的水质类别为劣 V类，平均透明度为0.22 m，营养状态指数为78.13，主要污染指标为高锰酸盐指数、BOD5、TN和TP。追溯异龙湖近30年来的营养盐和生态系统变迁将能够使我们看到其生态环境的转变过程，有利于我们更科学地确定异龙湖的水环境管理目标。

2 湖泊概况与数据

2.1 湖泊概况

异龙湖是云南省九大高原湖泊之一，位于云南省红河哈尼族彝族自治州的石屏县境内，在县城异龙镇东南3km处。异龙湖地理坐标为东经102°28′～102°38′，北纬23°28′～23°42′。现湖泊湖面面积约31km2，流域面积 360.4km2，最大水深 5.7m、平均水深3.9m，属典型的高原浅水湖泊。2010年，异龙湖水质类别为劣 V类，超Ⅴ类水质标准的指标有总氮、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量等4项，平均值分别为 5.95mg／L、27.5 mg／L、140.8 mg／L和14.9 mg／L；水体透明度的平均值仅为0.25m，叶绿素a的平均值为179.5μg／L，综合营养状态指数为79.7，为重度富营养。

2.2 数据源

H.Handen Mazzete于1914—1916年开展过异龙湖水生生态系统的调查，其后黎尚豪于1957年、王忠泽于1992年、云南省环境科学研究院在 1997年分别开展过相关工作，李恒于1980年开展了水生植被调查［3，4，5，6］。相比于滇池等大型湖泊，异龙湖有关水生生态系统的调查研究较为薄弱，但通过梳理以上调查资料，我们可对异龙湖水生生态系统的演变过程作出评估分析。收集了红河州监测站的异龙湖1992—2012年3个常规监测站点的监测数据，水质指标包括：总氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总磷、叶绿素a、高锰酸盐指数、透明度。

3 结果与分析

3.1 湖盆形态演变过程

据记载，1918年湖面高程1418m，容积为3.0× 108m3。1952年初，湖面水位为1416.87m，湖容积为2.14×108m3，湖面积为52.6km2。1952年年底挖深海尾河，放水发电、造田，使水位下降2.55m。1971年3月，湖面水位为1414.32m，湖容积为 1.2×108m3，湖面积4.36km2，同年3月之后，打通了青鱼湾隧洞，洞长700m，洞底高程1407.07m，改珠江水系为红河水系，又一次大规模放水造田，使水位又下降了2.45m。1982年12月，湖面水位1411.87m。

由于剧烈的人为干扰，以上30年是异龙湖湖盆形态发生急剧变化的时期，湖泊水位下降了5m，造田2453.3hm2，形成了异龙湖目前的湖泊及湖滨带格局。

湖盆形态的改变，彻底打破了湖泊生态平衡，可能致使一些洞穴、泉水生活及砾石、沙底产卵的珍贵土著鱼类趋于灭绝，鱼种多样性和物种多样性受到威胁，湖滨带遭到完全破坏。

3.2 湖泊水生生态系统演变过程

3.2.1 浮游植物

1957年，异龙湖藻类植物种类和数量较多的门依次是：硅藻＞蓝藻＞绿藻＞甲藻。在湖泊西部水域中铜绿微囊藻形成水华。藻类植物个体数量为84.13×155cell／L，是当时云南高原湖泊中最多的一个。异龙湖富营养化由来已久。

1992年，观察到藻类植物7门34科173种和变种，数量为 193.2×106cell／L。各门藻类按种类多少排序为绿藻＞裸藻＞硅藻＞蓝藻＞甲藻＞隐藻＞黄藻；按个体数量排序为蓝藻 ＞绿藻 ＞硅藻 ＞裸藻＞隐藻＞甲藻＞黄藻；按生物量排序蓝藻＞裸藻＞绿藻 ＞甲藻 ＞隐藻 ＞硅藻 ＞黄藻。藻类植物的具体状况见表1。

表1 1992年藻类植物种数（种）、数量 （cell／L）

1997年，浮游植物观察到8门55种，全湖平均数量为 21.8×106cell／L。各藻门的种数、平均个体数量、占总量的百分比见表2。各门藻类的个体数量多少顺序为：蓝藻 ＞绿藻 ＞裸藻 ＞硅藻 ＞甲藻＞隐藻＞黄藻＞金藻。空间分布上，湖中区藻类的个体数量比湖西区、湖东区高，湖西区藻类个体数量为全湖平局数量的 146%，湖西区为82.8%，湖东区为71.2%。

表2 1997年藻类植物种数、个体数量

2010年7月，共观察到异龙湖淡水藻类 4门 36种，以蓝藻门、绿藻门、裸藻门、硅藻门的淡水藻类为主。蓝藻门主要种为拟柱胞藻 （Cylindrospermopsis raciborskii）、细小平裂藻 （Merismopedia minima）、水华鱼腥藻 （Anabaena flosaguas）、惠氏微囊藻 （Microcystins wesenbergii）、狭细颤藻 （Oscillatoria angustissima）。绿藻门主要种属为空球藻（Pandorina morum）、四尾栅藻 （Scenedesmus quadricanda）、纤细月芽藻 （Selenastrum gracile）、狭形纤维藻 （Ankistrodesmus angustus）等。裸藻门藻类种属以裸藻 （Euglena spp.）。硅藻门主要种属为直链藻 （Melosira spp.）、脆杆藻 （Fragilaria spp.）、小环藻 （Cyclotella spp.）为主。水体藻类密度极高，为200～450×108cell／L。其中蓝藻门的拟柱胞藻 （Cylindrospermopsis raciborskii）细胞密度为 200 ～450×108cell／L，形成水华，为水华优势种。水体中其它藻类含量不足1‰。

3.2.2 浮游动物

1957年，异龙湖的浮游动物主要为原生动物、轮虫类、枝角类、剑水蚤，个体数量分别为1400cell／L、365cell／L、55 cell／L、96cell／L，共计1916cell／L。

1992年，观察到浮游动物169种，其中原生动物54种，轮虫类77种，枝角类 18种，其它浮游动物11种。

1997年，观察到浮游动物 101种，其中原生动物40种，轮虫类45种，枝角类7种，桡足类4种。

表3 1992年湖泊浮游动物数量 （cell／L）

表4 1997湖泊浮游动物种类、个体数量

2010年7月，共检测到浮游甲壳动物4属4种。其中枝角类 2属 2种，桡足类 2属 2种及桡足幼体和无节幼体。优势种为短尾秀体溞 （Diaphanosoma brachyurum）和舌状叶镖水蚤 （Phyllodiaptomus tunguidus）。异龙湖的浮游甲壳动物密度为21.4～138.2ind.／L，浮游甲壳动物的密度较高，而且优势种十分明显，短尾秀体溞全为雌体，且大多怀卵，而舌状叶镖水蚤具有挂卵囊的雌体及成熟雄体，还有为数很多的桡足幼体和无节幼体。说明这两种优势浮游甲壳动物正处于繁殖的盛期，形成较大的种群，从而压制了其它浮游甲壳动物的生存和繁衍。

3.2.3 大型水生植物

1992年共观察到水生维管束植物17种，生物量为 17.27g／m2，在 11个观测点中仅有 3个点有大型水生植物，占27.3%，主要分布于湖西区。

1997年，观察到大型水生植物 16种，9个样点中4个有大型水生植物，占 44.4%，主要分布在湖西区。水草种类包括：①漂浮植物：满江红、槐叶萍、紫背萍、青草、凤眼莲、睡莲；②沉水植物：马来眼子菜、蓖齿眼子菜、大次藻、水车前、轮叶黑藻；③浮叶植物：菱、杏草；④挺水植物：慈姑、芦苇、喜旱莲子草、莲、香蒲。

2010年7月，仅观测到湖体西部、中部部分区域有大量荷花生长，其它水生植物基本未发现。异龙湖的水生植物群落遭到极大破坏。

3.2.4 底栖动物

1992年，观察到底栖动物2门 4纲13种。其中软体动物门8种，节肢动物门5种。个体数量为337.2cell／m2，生物量为1109.059g／m2。在底栖动物中，静水椎实螺为优势种，数量为 180cell／m2；白旋螺其次，数量为69.7cell／m2，绝大多数是螺壳；阳宗海螺狮 31.8cell／m2，绝大多数为空壳。螺类全湖平均个体数量为 311.6cell／m2。全湖底栖动物从数量上来看，绝大部分是软体动物的螺类。1997年，种类比1992年观察到的偏少，但摇蚊幼虫和水蚯蚓比 1992年的数量有较大增加，其它种类活体比例增加。2010年7月 10个采样点中仅在湖体中东部的3个样点观测到活体底栖动物，其它样点以空壳螺体为主。共观测到底栖动物2种，个体密度为39.7～119cell／m2。异龙湖底栖动物以耐污的摇蚊幼虫和水栖寡毛类分布最广，但仅仅分布在湖体的东北部。而对水质敏感的螺蛳和虾，则没有采到。与1992、1997年相比，异龙湖底栖动物的分布区域、种类、个体密度均大幅度降低，底栖动物群落受湖泊水质恶化的影响，群落结构遭到极大破坏。

3.3 湖泊营养盐含量变化过程

如图1所示，整体而言，自20世纪 90年代以来，异龙湖 TN浓度均值始终高于其水质保护目标（1.0mg／L），即使在水质最好的2004、2005年 TN浓度仍然是水质保护目标的1.8倍。1993年异龙湖TN浓度达到最高峰，之后逐渐下降，1998年后逐渐平稳，2009年突然升高。近20年来TN浓度均值的变化范围为1.72～5.86mg／L，变化幅度较大。

与TN有所不同，异龙湖 TP浓度均值较低，水质最好的时期 （2000—2004年）TP浓度均值低于湖体水质保护目标 （0.05mg／L）。近20年来 TP浓度均值的变化范围为0.03～0.1mg／L。

叶绿素是植物体进行光合作用的基本物质，光合作用的强弱体现了初级生产力的高低，是浮游植物初级生产力的重要指标，Chla是判断湖泊富营养化的重要指标。近20年来，异龙湖 Chla浓度呈现剧烈变化的状态，1998—2008年期间Chla浓度处于20μg／L左右，20世纪初期和2009年Chla浓度高于80μg／L。

从以上各指标浓度均值的变化趋势来看，异龙湖各项水质指标在近20年来呈现剧烈变动的特征，尤其表现在21世纪初期的水质好转和2009年水质的急剧恶化。导致水质年际之间发生大幅度变化的重要因素是异龙湖的生态系统结构。

历史资料显示，1992年至2012年异龙湖水生植物生长情况可大致分为3个阶段。1992年异龙湖水生植物在全湖 11个调查点中仅有 3个点发现了水生植物生长；1998年的调查中全湖9个调查点（调查点位同 1992年）中有4个点发现了水生植物生长；2004年的调查结果表明水生植物在全湖分布极广；2009年异龙湖水生植物消失殆尽。

异龙湖的水质与水生植物密切相关。在水草的恢复期，异龙湖TN、Chla逐年下降，由6mg／L下降至2mg／L，之后TN、Chla基本稳定，至2009年水草消失后发生突变。需要注意的是，1993年异龙湖TN高达5.86mg／L，远高于2009年的3.99mg／L，但1993年的Chla却要低于2009年，这一方面与1993年异龙湖水生植物生长状况优于2009年有关，另一方面是由于2009年湖体TP浓度相对于1993年有明显增加，显然与1993年相比，流域的磷负荷有明显增加，致使湖体的营养盐水平更加满足藻类暴发的条件。

2008年异龙湖沉水植物生长茂盛，覆盖率60%以上，受多种因素影响，2009年异龙湖生态系统发生灾变性转变，沉水植物无明显生长，覆盖率大幅度降低，蓝藻水华暴发。2008—2009年是异龙湖由草型湖泊转向藻型湖泊的重要时期，通过对2008、2009年异龙湖水质年内变化的分析可了解草型、藻型湖泊的水质特征。2008、2009年异龙湖水质的年内变化见图2。

由图2可以看出，异龙湖的生态系统为草型生态系统时 （2008年），异龙湖主要水质指标 TN、 TP、Chla、透明度的变化范围为：1.47～3.08 mg／L、0.03～0.082mg／L、7.92～71.21μg／L、0.39～3.83m，变化幅度在2倍以上，尤其以 Chla的变化幅度最大。水质的变化呈现年初高，之后逐步下降，8月后又逐渐升高的趋势，TP与Chla在11、12月达到年内的最高值。这种趋势与水生植物生长消亡的季节性演替基本一致。值得注意的是，2008年11月异龙湖 Chla高达71.21μg／L，藻类生长异常丰富。即使在水生生态系统完整的2008年，异龙湖TN仍维持在较高水平，据保护目标仍有较大差距；TP在1—9月＜0.05 mg／L，10—12月0.05mg／L，全年最高浓度未达标。

2009年异龙湖的生态系统转变为藻型生态系统，主要水质指标TN、TP、Chla、透明度的变化范围为：2.00～5.66mg／L、0.059～0.151mg／L、40.77～250.511μg／L、0.15～0.87 m。与 2008年相比，各项水质指标发生急剧恶化。水质的变化呈现由年初最低逐步升高的趋势，TN、TP均在年末达到最高值，受温度等条件影响，藻类的生长在年末有所减弱，Chla在年末有所降低。

异龙湖的水生生态系统是维系良好水质的关键先决条件，然而，由于长期以来外源污染物的过量输入，异龙湖的草型生态系统十分脆弱，在草型生态系统年内的季节性演替过程中会出现水质大幅度变化、藻类异常丰富的情况。当这种脆弱的生态平衡被打破后，异龙湖生态系统迅速转变为藻型生态系统，藻类的过量生长导致水质急剧恶化。

4 结论

（1）从时间上来看，自 20世纪90年代以来，异龙湖 TN浓度均值始终高于其水质保护目标（1.0mg／L），即使在水质最好的2004、2005年 TN浓度仍然是水质保护目标的1.8倍。近20年来TN浓度均值的变化范围为1.72～5.86mg／L，变化幅度较大。与 TN有所不同，异龙湖 TP浓度均值较低，水质最好的时期 （2000—2004年）TP浓度均值低于湖体水质保护目标 （0.05mg／L）。近20年来TP浓度均值的变化范围为 0.03～0.1mg／L。异龙湖各项水质指标在近20年来呈现剧烈变动的特征，尤其表现在20世纪初期的水质好转和2009年水质的急剧恶化，导致水质年际之间发生大幅度变化的重要因素是异龙湖的生态系统结构。

（2）自1950年代以来，异龙湖的水生生物发生了结构性变化。藻类的优势种由硅藻转变为蓝藻，浮游动物种类由近170种减少为4种，底栖动物13种减少为2种，水生植物由种类繁多转变为基本消失殆尽。2010年藻类密度极高，达到317.2×108个／L，是云南高原湖泊中最高的，藻类水华状况极度恶劣。

［1］Conley DJ，Paerl HW，Howarth RW，et al.Controlling eutrophication：nitrogen and phosphorus［J］.Science，2009，（323）：1014 －1015.

［2］Bergman E.Changes in nutrient load and lake water chemistry in Lake Ringsjön，southern Sweden，from 1966 to 1996［J］.Hydrobiologia，1999，404（10）：9－18.

［3］师丽萍，孙琴音.浅析水生植物在异龙湖水体净化中的作用［J］.云南环境科学，2005，24（3）：40－42.

［4］李恒.云南高原湖泊水生植被的研究 ［J］.云南植物研究，1980，2（2）：113－141.

［5］王忠泽.云南省异龙湖藻类植物及鱼生产力研究 ［J］.水产学报，1997，21（1）：93－96.

［6］黎尚豪，俞敏娟，李光正，等.云南高原湖泊调查［J］.海洋与湖沼，1963，5（2）：87－114.

Changes of Nutrients and Aquatic Ecosystem of Yilong Lake in Recent Twenty Decades

WEI Xiang，TANG Guang－ming
（Yunnan Institute of Environmental Science，Kunming Yunnan 650034，China）

The twenty－year change of nutrients and aquatic ecosystem of Yilong Lake was analyzed based on the historic monitoring data.The concentrations of nutrients have been high in the last 20 years.The concentrations of nutrients fluctuated three times.The main reason causing the fluctuation was the changes of structure of aquatic ecosystem.The obvious degradation trend of aquatic ecosystem was observed.The dominant species of algae has been changed to blue algae from diatom.The number of zooplankton and zoobenthos has been reduced to 4 species from previous 170 and 2 species from previous 13 respectively.The number of hydrophyte has been almost extinct versus previous many species.

nutrient；aquatic ecosystem；change；analysis；Yilong Lake

X52

A

1673－9655（2014）02－0009－06

2014－02－13