太湖水体氮、磷浓度演变趋势(19852015年)*

戴秀丽，钱佩琪，叶　凉，宋　挺

(无锡市环境监测中心站，无锡 214121)



戴秀丽，钱佩琪，叶凉，宋挺

(无锡市环境监测中心站，无锡 214121)

分析了太湖水体氮、磷浓度1985-2015年的演变趋势. 结果表明，近30年来，全太湖水体氮、磷指标总体呈先恶化、后好转的波动变化趋势. 总氮(TN)浓度年均值在1.79～3.63 mg/L之间，30年平均值为2.62±0.03 mg/L，总磷(TP)浓度年均值在0.04～0.15 mg/L之间，30年平均值为0.086±0.001 mg/L，1996年全太湖TN(3.84 mg/L)和TP(0.15 mg/L)浓度年均值均达历史峰值.氮、磷逐月浓度变化情况显示，TN浓度呈明显季节性变化规律，最高值集中出现在3、4月，概率分别为67%和33%，最低值则分布在8、9、10、11月，概率分别为18%、41%、29%和12%，而TP浓度则没有明显的季节性变化规律. 太湖各湖区水体氮、磷浓度变化空间异质性明显，西部水域和北部水域变化幅度大于东部水域、南部水域和湖心区. 太湖水体氮、磷浓度的长期变化趋势显然和流域经济发展及各项环保管理措施的实施密切相关，同时也受到重大水情变化的影响. 此外，在相对封闭的局部湖湾水体可以通过水利调度等综合治理措施短时期内改善氮、磷指标，但大太湖水质的改善任重而道远.

太湖；水体；氮；磷；趋势分析

太湖是我国东部的大型浅水湖泊，水面面积2338 km2，平均水深1.9 m，最大水深约3.4 m，是整个流域水调节和水生态系统的中心，对长江下游地区的经济发展起着举足轻重的作用[1]. 1980s前，水质虽受一定的污染，但水质总体良好，很少有蓝藻暴发现象. 据1981年调查，太湖水域 69% 的面积为Ⅱ类水，30%为Ⅲ类水，只有1%为Ⅳ类水；83%的面积为中营养状态，只有16.9%为富营养状态[2]. 太湖的富营养化始自1980s[3]，特别是1980s后期，太湖北部的梅梁湾开始频繁暴发蓝藻水华并扩大到整个太湖西北部[4]. 2007年5月，位于太湖北部的贡湖湾水厂由于蓝藻水华积聚发生了严重的水危机事件，数百万居民饮用水出现危机[5-6]，直接影响饮用水供水安全[7].

对于湖泊富营养化和蓝藻水华暴发，研究氮、磷等营养盐浓度的变化是许多学者达成的共识之一. 朱广伟[8]研究显示，2002-2006年5年间太湖湖心区夏季水体总氮(TN)的平均浓度明显高于前10年，2009年通过分析发现太湖水体溶解态氮平均占水体总氮的79%，且以硝态氮污染为主[9]. 陈宇炜等[10]分析了太湖1991-1999年长达8年的总磷(TP)、TN浓度变化，结果显示，太湖TN、TP浓度均呈自梅梁湾底至湖心的逐步递减趋势. 大量相关研究表明，太湖湖体氮、磷指标备受关注[11-23]. 但由于受各种因素的制约，前人对于太湖富营养化的研究，往往局限在太湖的局部区域，或较短的时间尺度(比如1990s以来)，对太湖水体中氮、磷浓度的长期演变趋势及空间分布特征研究缺乏足够的数据支撑.

本文基于无锡市环境监测中心站30年(1985-2015年)监测数据，重点分析了太湖水体氮、磷浓度的长期演变趋势，阐述太湖水体环境氮、磷的污染变化状况，特别有助于了解太湖从生态环境明显恶化之前至今的营养状况，为太湖富营养化治理提供科学依据.

1 太湖水体氮、磷浓度监测概况

自1980s开始，太湖水质监测部门对太湖湖体氮、磷指标实施每月例行监测，30 多年间，在充分考虑监测点数据连续性、点位代表性的基础上，太湖湖体氮、磷监测体系经历过多次优化调整，监测点位、监测频率不断递增. 太湖湖体1980s初期监测工作刚起步，监测点位16个左右，监测频次仅一年3次(1、7、11月分别代表太湖枯水期、丰水期和平水期的水质变化)；1990s对监测点位及项目优化调整，形成了较完整的太湖湖体监测体系(监测点位在20个左右、监测频次为一年6次、监测项目约20项)；2000年以后，由于自然社会环境不断变化、污染持续处于高水平、太湖水质不断恶化，因此对环境监测要求不断提高，太湖湖体监测点位数几乎每年递增、监测频次达一年12次、监测项目也不断增加，到2007年，太湖湖体监测点位共有26个(包括国控点位21个、省控点位3个和无锡市控点位2个)，分设在太湖东部水域(3个)、南部水域(3个)、西部水域(3个)、北部水域(12个)、湖心区(5个)5个部分(图1). 监测点位覆盖了全太湖绝大部分水域(其中东太湖由于礁石水草多、水深太浅而无法实施监测，实际可监测湖体面积约2166 km2)，监测频次为一年12次，且在夏季进行加密预急监测.

图1 太湖水体分区及点位分布Fig.1 Monitoring sites in different parts of Lake Taihu

氮、磷指标的监测分析方法均采用国家标准分析方法. TN浓度采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB 11894-1989)(HJ 636-2012)测定. TP浓度采用钼酸铵分光光度法(GB 11893-1989)测定.

样品监测过程按照国家规范实施全程序质量控制，质控措施齐全，数据均通过三级审核[24]. 使用Excel软件对数据进行统计.

2 太湖近30年氮、磷浓度时空变化趋势

近30年来，太湖TN浓度年均值在1.79～3.63 mg/L之间，30 年均值为2.62±0.03 mg/L. TP浓度年均值在0.04～0.15 mg/L之间，30 年均值为0.086±0.001 mg/L. 1980s中后期到1990s中期：TN在Ⅴ类～劣Ⅴ类之间波动，TP由Ⅲ类向Ⅳ类转变，1994年开始全湖氮、磷浓度迅速升高，1996年全太湖TN(3.84 mg/L)和TP(0.15 mg/L)浓度年均值分别达历史最高值；1997-2006年：TN处于劣Ⅴ类、TP在Ⅳ类～Ⅴ类之间波动；2007年至今：氮、磷浓度开始持续下降，但TN仍处于劣Ⅴ类、TP处于Ⅳ类水平(图2).

图2 太湖全湖氮、磷浓度近30 年变化趋势Fig.2 Annual changes of the nitrogen and phosphorus concentrations in Lake Taihu over the past three decades

近30年来，太湖各湖区氮、磷浓度有较大差异(图3).

(1) 北部水域: TN浓度年均值在1.74～5.73 mg/L之间，30 年均值为3.09±0.05 mg/L. TP浓度年均值在0.05～0.20 mg/L之间，30 年均值为0.096±0.002 mg/L. 1980s中期TN指标处在Ⅴ类水平，1980s后期进入劣Ⅴ类水平，此后TN浓度在波动中迅速上升，至1996年达北部水域历史最高值5.73 mg/L，1997-2006年在相对平稳中小幅波动，水质从2007开始逐步改善，至2014年，持续25年的劣Ⅴ类升至Ⅳ类. TP指标从1980s中期的Ⅳ类开始，水质处于持续下降中，在1991年开始进入Ⅴ类，直至1996年TP浓度达历史最高值0.20 mg/L，1997-2006年处于Ⅴ类，2007年开始升至Ⅳ类并持续到2015年(图3).

(2) 西部水域: TN浓度年均值在1.68～6.02 mg/L之间，30 年均值为4.25±0.08 mg/L. TP浓度年均值在0.04～0.18 mg/L之间，30 年均值为0.13±0.003 mg/L. 1980s中期TN指标处在Ⅴ类水平，1980s后期到2007年，TN浓度在小幅波动中上升，至2007年达西部水域历史最高值6.02 mg/L，2008-2015年TN指标维持在劣Ⅴ类水平，但浓度持续下降. TP指标从1980s中期Ⅲ类开始，一直处于持续下降，1992年开始进入Ⅳ类，1994年进入Ⅴ类，直至1998年TP浓度达最高值0.175 mg/L，1998-2015年处于Ⅴ类水平(图3).

(3) 湖心区: TN浓度年均值在1.23～2.58 mg/L之间，30 年均值为1.96±0.03 mg/L. TP浓度年均值在0.03～0.12 mg/L之间，30 年均值为0.068±0.001 mg/L. TN指标在1980s中期处在Ⅴ类水平，1980s后期到2012年，在Ⅴ类和劣Ⅴ类之间小幅波动，湖心区水域TN浓度历史最高值出现在1996年，达2.58 mg/L，2013-2015年稳定在Ⅴ类水平. 1980s-1991年TP指标在Ⅲ类和Ⅳ类之间波动，1992-1996年处于Ⅴ类水平，最高浓度为0.12 mg/L，出现在1994年. 1997-2015年长达19年的时间稳定在Ⅳ类水平(图3).

(4) 南部水域: TN浓度年均值在1.12～2.86 mg/L之间，30 年均值为1.96±0.04 mg/L. TP浓度年均值在0.04～0.15 mg/L之间，30 年均值为0.079±0.002 mg/L. TN指标除1999年处于Ⅳ类水平，其余时间均在Ⅴ类和劣Ⅴ类之间小幅波动，最高浓度为2.86 mg/L，出现在1992年. TP指标在1980s初期为Ⅲ类，1980s后期到1990s中期从Ⅳ类快速下降到Ⅴ类，1994年达该水域历史最高值2.86 mg/L，1995-2015年在Ⅳ类与Ⅴ类之间波动(图3).

(5) 东部水域: TN浓度年均值为0.81～2.90 mg/L，30年均值为1.48±0.03 mg/L. TP浓度年均值在0.01～0.10 mg/L之间，30 年均值为0.053±0.001 mg/L. TN指标在1889、1990、1993年为劣Ⅴ类，1999年为Ⅲ类，其余年份在Ⅳ类～Ⅴ类之间波动. TP指标在1994年为Ⅴ类，其余时间在Ⅲ类和Ⅳ类之间波动(图3).

图3 太湖各湖区氮、磷浓度近30 年年度变化趋势Fig.3 Annual changes of nitrogen and phosphorus concentrations in each part of Lake Taihu over the past three decades

总体上来看，东部水域、南部水域和湖心区水质好于西部水域和北部水域. 太湖具有藻型湖区和草型湖区共存的生态特征[25]，东部水域高等植物较多，氮、磷浓度总体较同期其它湖区偏低. 西部水域受沿岸工业发展及污染排放影响，氮、磷浓度上升趋势和北部水域基本一致，西部水域、北部水域从1991年开始氮、磷浓度剧增，至1990s中后期达到峰值. 西部水域综合治理后效果弱于北部水域，北部水域受无锡工业、季候风及水位影响最大，所以早期浓度高、上升快，综合治理后效果明显，TP浓度2003年开始持续下降，TN浓度也在2007年开始大幅度下降，和西部水域的持续高水平氮、磷浓度对比明显，而西部水域氮、磷浓度2013年才下降. 此外，空间对比来看，湖心区受沿岸影响最小.

从1985-2015年逐月水质变化情况来看，TN浓度有明显的季节性变化规律(图4). TN月均值的最高值集中出现在3、4月，频率分别为67%和33%；最低值则出现在8、9、10、11月，频率分别为18%、41%、29%和12%. TN的这种规律和蓝藻的季节分布密切相关. 太湖藻类密度最低值分布在2、3、4月，频率分别为25%、62.5%和12.5% ；最高值分布在8、9、10月，频率分别为25%、62.5%和12.5%. TP浓度没有明显的季节性变化规律(图4).

图4 近30年来太湖氮、磷浓度和藻类密度的月变化趋势Fig.4 Monthly changes of nitrogen, phosphorus concentrations and algal density in Lake Taihu over the past three decades

3 太湖水体氮、磷浓度近30 年演变趋势

30年来，全太湖水质总体呈先恶化、后好转的波动性变化趋势(图5).

1980s中期：全太湖TP指标平均处于Ⅲ类水平，太湖各水域中除北部水域为Ⅳ类外，其他均为Ⅲ类水平；全太湖TN指标平均处于Ⅴ类水平，各水域中除北部水域处在Ⅴ类～劣Ⅴ类临界点外，其他均为Ⅴ类.

1980s后期-1990s后期：太湖全湖水体TN、TP浓度快速上升，并在1996年分别达历史峰值3.84和0.15 mg/L. 西部水域、北部水域上升速度明显高于其他3个水域，此期间污染程度最大的北部水域五里湖TN和TP浓度峰值分别为8.94和0.22 mg/L.

1999-2000年，太湖水质有所改善，氮、磷浓度有所回落，总体仍劣于Ⅴ类. 各湖区间水体氮、磷浓度差异较大，西部及北部水域湖体水质仍劣于Ⅴ类，其中五里湖最差，TN浓度大于6.00 mg/L，梅梁湖与西部水域TN浓度大于4.00 mg/L；东部、南部及湖心区水域氮、磷处于Ⅳ类～Ⅴ类水平.

图5 太湖近30年氮、磷浓度空间分布Fig.5 Spatial changes of nitrogen and phosphorus concentrations in Lake Taihu over the past three decades

2001-2008年，太湖各湖区TN及TP浓度均有波动性反弹. 西部水域逐渐取代北部水域的梅梁湖、五里湖，成为太湖水质最差的水域，并一直延续至今，其TN浓度年均值于2007年达到监测以来最高值(6.02 mg/L).

2009-2013年：氮、磷浓度有所下降，但TN指标仍处于劣Ⅴ类、TP指标处于Ⅳ类. 此期间各湖区水质差异显著：北部水域、东部水域好转，尤以北部水域五里湖最为显著，由劣Ⅴ类好转为Ⅳ类；西部水域、南部水域、湖心区水质延续2003-2006年的走势，呈变差趋势.

2014-2015年：氮浓度持续下降，TN处于Ⅴ类、TP处于Ⅳ类. 此期间东部水域、西部水域、北部水域氮、磷差异显著：西部水域TN浓度由2011年的5.06 mg/L降为3.33 mg/L，东部水域TN指标由2013年的Ⅴ类降为Ⅳ类，北部尤其是西北部水域TP浓度略有下降.

4 太湖近30年氮、磷浓度变化原因分析

太湖水体氮、磷变化显然和流域经济发展密切相关. 1980s前，太湖水体虽受一定污染，但水质总体良好，很少有蓝藻水华暴发现象. 太湖在1960年处于贫营养阶段，总无机氮浓度为0.05 mg/L[26]，1981年83%的面积为中营养状态，只有16.9%为富营养状态[2]. 1970s末、1980s初，太湖周边乡镇企业迅速发展，星罗棋布，规模小，数量多，工业用水量巨大. 同时，这些小企业缺乏统一、规范的管理，追求利润、 忽视环保，没有污水处理设施，或有而不用，导致产生的污水没有经过处理就排入太湖，污水中含有大量的氮、磷等元素，导致太湖氮、磷浓度从1980s后期开始上升，且速度越来越快. 1997-2002年，氮、磷浓度有所回落，总体仍劣于Ⅴ类. 太湖治理从1990s后期得到了高度重视，1998年底对重点污染工业实施的“零点达标行动”使流域污染物的输入得到一定控制[27]. 但由于“零点达标行动”等措施属应对性措施，缺乏长期的治污战略统筹，2003-2008年太湖并没有进入明显的水质恢复期，反而呈现出一定的恶化趋势，更于2007年5月29日，由太湖局部蓝藻暴发而酿成震惊中外的“无锡供水危机”事件. 该事件给环湖城市敲响了警钟，各级政府高度重视，开启了“铁腕治污，科学治太、依法治太”之路. 太湖水体氮、磷浓度2008年开始下降，2014年TN指标降为Ⅴ类、TP指标处于Ⅳ类，与太湖长达8年的长久治理密切相关.

太湖重大水情变化也影响到太湖氮、磷浓度变化. 从太湖最高水位来看，1999年太湖流域发生特大洪水，太湖最高水位达5.08 m，创历史记录，其次为1991年的4.79 m，再次为1954年的4.65 m，而2009年太湖最高水位4.23 m，为近10年来的最高水位. 1991年洪水后，太浦河、望虞河、杭嘉湖南排、环湖大堤等太湖治理“十大骨干工程”加快建设，并在抗御1995、1996、1998年的3次常遇洪水及1999年流域特大洪水中发挥了重要作用. 结合太湖水文、水质资料分析，太湖1990s初水质波动期正好处在太湖1991年大洪水和1992年大旱交替的年份，1998-2002年太湖水体氮、磷浓度的改善期也与1999年太湖流域特大洪水重合. 而从太湖水质这两个变化的前后年份来看，水质均呈变差趋势，由此可见，重大水情变化对太湖水体氮、磷指标变化起着重要作用.

图6 太湖五里湖氮、磷浓度近30 年的年度变化趋势Fig.6 Annual changes of the nitrogen and phosphorus in Lake Wuli of Lake Taihu over the past three decades

太湖北部水域五里湖是太湖伸入无锡内陆的水域，水体流动慢，换水周期长，自净能力差. 由于身处腹地，也是周围污染源主要的纳污场所. 2002年下半年，五里湖综合整治工程开始，通过闸断与梅梁湖的水体交换，五里湖成为较封闭水体，经过截污、控源、清淤、修复等4年多大力整治，水质改善成效显著. 2008年水体TN和TP浓度分别下降至1.42和0.08 mg/L，2015年TN和TP浓度为1.12和0.05 mg/L. 从五里湖的成功经验看，水体综合治理还是有章可循的，这为太湖整治提供了经验.

5 结论

从30 年来的监测结果看，全太湖水体氮、磷指标总体呈先恶化、后好转的波动变化趋势，1996年全太湖水体TN、TP浓度年均值均达历史峰值. 氮、磷浓度逐月变化情况显示，TN浓度呈明显季节性变化规律，而TP浓度则没有明显季节性变化规律. 主要污染区域位于太湖西部水域和北部水域，氮、磷指标呈现相同的变化趋势，其中氮的变化幅度大于磷. 太湖各湖区水体氮、磷浓度变化空间异质性明显，西部水域和北部水域变化幅度大于东部水域、南部水域和湖心区.

太湖水体氮、磷浓度的长期变化趋势显然和流域经济发展及各项环保管理措施的实施密切相关，同时也受到重大水情变化的影响，这种长期演变的分析可以为太湖的污染治理提供有价值的参考.

致谢：衷心感谢中国科学院南京地理与湖泊研究所薛滨研究员、陶玉强博士在论文撰写和修改过程中给予无私的帮助和指导!

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DAI Xiuli, QIAN Peiqi, YE Liang & SONG Ting

(WuxiEnvironmentalMonitoringCenter,Wuxi214121,P.R.China)

This paper analyzed the evolution trends of nitrogen and phosphorus concentrations of Lake Taihu for a period from 1985 to 2015. The result showed that there occurred water deteriorating at first years by records of the nitrogen and phosphorus indicators, and then the water improved in the whole Lake Taihu during the past three decades. The annual average of total nitrogen(TN) varied between 1.79 and 3.63 mg/L, and the thirty-year-average is 2.62±0.03 mg/L. The annual average of total phosphorus(TP) varied between 0.04 and 0.15 mg/L, and the thirty-year average is 0.086±0.001 mg/L. In 1996, the annual average of TN and TP concentrations in the whole Lake Taihu reached the historical peaks of 3.84 and 0.15 mg/L, respectively. Monthly records showed that, there was significant seasonal variation in the TN concentrations, in which the maximum usually appeared in March and April with the probability of 67% and 33%, respectively. The minimum usually appeared in four months between August and November, with the probability of 18%, 41%, 29% and 12%, respectively. However, the TP did not show significant seasonal variations. There were spatial changes in nitrogen and phosphorus concentrations in different areas of the lake. The water bodies in the western and northern showed greater changes than in areas of the eastern, southern and center. The long term changes in TN and TP of Lake Taihu are closely linked with the drainage economy development and the environment protection actions. As an example of Lake Wuli, a small water body in the northern Lake Taihu, there occurred remarkable decreases in the N and P concentrations in 2015 after many years of treatments such as water interception, water source control, and dredging and ecological restoration. The successful experience for Lake Wuli leads us to believe that it is possible to manage the small water bodies well, although waive for efforts on the improvement of the whole Lake Taihu.

Lake Taihu; water; nitrogen; phosphorus; trend analysis

*2016-05-04收稿；2016-07-05收修改稿. 戴秀丽(1966～)，女，高级工程师; E-mail：daixiuli820@sina.com.