太湖TN、TP、蓝藻生物量变化趋势

2021-12-04张建华孔繁璠

江苏水利 2021年11期

殷鹏，张建华，华萍，李霞，孔繁璠，耿浩

(1.江苏省水资源服务中心，江苏南京 210029； 2.江苏省水利厅，江苏南京 210029；3.江苏省水利科学研究院，江苏南京 210017； 4.江苏省水文水资源勘测局，江苏南京 210029；5.邳州市水利工程管理总站，江苏邳州 221300)

太湖是我国第三大淡水湖，地处长三角核心区域，位于长江经济带战略沿线，是“一带一路”重要交汇点，是长三角地区重要饮用水水源地，对保障流域与区域防洪安全、供水安全、生态安全具有不可或缺的支撑作用。经各方长期共同努力，太湖治理初见成效，流域水环境质量持续改善。但必须认识到，制约太湖水质根本好转的因素十分复杂，2007年以来，虽然太湖主要入湖河流水质总体改善，但是太湖湖体却出现磷升、氮降、蓝藻生物量升高的特殊变化趋势。本文通过分析太湖TN、TP、蓝藻生物量等生态环境要素的相互关系，探明太湖蓝藻、TP异常升高的主要原因，并提出治理建议，为下阶段太湖流域水环境综合治理提供借鉴。

1 数据分析

1.1 太湖湖体TP、TN、蓝藻生物量变化趋势

数据来源主要为太湖流域管理局历年太湖健康状况报告基础资料。太湖流域管理局在太湖共布设33个采样点，采用加权平均的方法计算平均值，分析得出2007年以来太湖TN、TP、蓝藻生物量变化趋势存在明显的差异性。

太湖TN平均质量浓度呈持续下降趋势。由2007年2.76 mg/L下降至2020年1.45 mg/L，下降幅度达到47.5%。

太湖TP平均质量浓度呈现先下降后反弹，并维持高位波动状态。2007—2011年，太湖TP平均质量浓度呈下降趋势，由2007年0.089 mg/L下降至2011年0.066 mg/L，降幅达到25.8%；但是之后开始反弹，2016年达到第一个峰值0.089 mg/L，TP质量浓度回升至2007年水平；2017—2019年成高位波动状态，其中2019年再次达到0.089 mg/L；2020年太湖TP质量浓度有所下降，降至0.073 mg/L。

图1 太湖TP、TN年际变化

太湖蓝藻生物量呈现先下降、后上升趋势。2007年表征太湖蓝藻生物量的叶绿素a质量浓度为0.0295 mg/L，2012年已下降至0.0203 mg/L，下降31.1%。之后开始升高，2015年回升至0.0296 mg/L，与2007年水平相当，2016年起出现明显反弹，2017年达到0.0493 mg/L，比2007年高67.1%。

图2 太湖叶绿素a质量浓度年际变化

1.2 入湖河流TP质量浓度及入湖通量

太湖22条主要入湖河流占入湖水量的80%～90%，入湖污染负荷占70%～80%。2007年以来，22条主要入湖河流水质明显改善。2007年，22条主要入湖河流中有12条为劣Ⅴ类水质，随着入湖水质的不断改善，自2015年起，已全面消除列Ⅴ类。2019年水质达到或优于Ⅲ类的有11个，占50%，Ⅳ类有10个，占45.5%，Ⅴ类一个，占4.5%。

受流域降水量增加、区域下垫面变化等因素影响，2007年以来，太湖入湖入湖水量总体呈增加趋势，由2007年89亿m3，增加至2019年126亿m3，增加了41.6%。

图3 太湖入湖水量年际变化

根据太湖环湖入湖河流入湖污染负荷统计，太湖入湖TP负荷总体稳定，2007年为0.19万t，2010年为最高值0.28万t，2019年为0.18万t，略低于2007年水平。叠加入湖水量增加影响，太湖入湖河流TP平均质量浓度呈持续下降趋势，由2007年0.21 mg/L，下降至2019年0.14 mg/L，下降了33.3%。

图4 太湖入湖河流TP负荷及平均质量浓度年际变化

太湖入湖TN负荷在波动中略有下降，2007年入湖TN负荷为4.26万t，2019年为3.64万t，较2007年下降14.5%，2010年为2007年以来TN入湖负荷最高值，为5.65万t，比2007年高32.6%。太湖入湖河流TP平均质量浓度下降幅度较TP更为明显，2007年入湖河流TN平均质量浓度为4.79 mg/L，2019年下降至2.89 mg/L，下降了39.7%。

图5 太湖入湖河流TN负荷及平均质量浓度年际变化

1.3 太湖地区气温变化

根据江苏省气象台监测，2007年以来，太湖地区气温呈先下降后上升趋势。其中，2007—2011年为下降阶段，太湖地区一季度平均温度、全年平均温度分别从8.3℃、17.5℃降低至4.9℃、16.3℃，分别降低了3.4℃、1.2℃。2011年之后，太湖地区温度呈持续增加趋势，2020年一季度平均温度、全年平均温度分别回升至9.0℃、17.5℃，其中一季度平均温度比2007年同期升高0.7℃。

图6 太湖地区气温年际变化

1.4 相关性分析

对上述数据进行相关性分析，结果见表1。

表1 太湖主要环境因子相关性分析

2 讨论

2.1 湖体TN质量浓度影响因素

从第一章节数据可以看出，太湖湖体TN质量浓度、入湖TN通量、入湖TN平均质量浓度年际变化趋势分别为持续下降(下降47.5%)、波动中略有下降(下降14.5%)、持续下降(下降39.7%)，说明太湖湖体TN质量浓度与入湖TN通量、入湖TN平均质量浓度均呈正相关关系，其中与入湖TN平均质量浓度相关系数达到0.84。此外，太湖湖体TN质量浓度与太湖叶绿素a平均质量浓度相关系数为-0.49，说明太湖蓝藻生物量增加，有利于太湖TN的下降。秦伯强等[1]研究表明，太湖蓝藻生物量的增加可以影响太湖氮元素的循环，可以促进附着在蓝藻团上的微生物进行硝化、反硝化作用，使氮元素转化为氮气离开湖体，从而降低湖体的TN质量浓度。

2.2 湖体TP质量浓度影响因素

太湖入湖TP居高不下，2007年以来，持续维持在0.17万t以上，远超太湖TP环境容量(514 t)，这是太湖藻型生境难以改变的根本原因，但却不是太湖TP异常升高的直接原因。太湖TP质量浓度下降的时段(2007—2010年)，太湖入湖河流TP通量却是上升阶段；太湖TP质量浓度上升的时段(2011—2013年)，却又是入湖河流TP通量下降阶段；入湖河流TP平均质量浓度下降(2019年较2007年下降了33.3%)，并没有带来太湖湖体TP质量浓度的改善。太湖TP平均质量浓度与入湖TP通量、入湖TP平均质量浓度的相关系数分别为-0.20、-0.23，说明入湖TP通量、入湖TP平均质量浓度变化均不是近几年太湖TP异常升高的直接原因，王华等[2-3]研究表明，蓝藻生物量的增加会促进有机态磷向可以被蓝藻吸收的无机态磷转化，并进一步促进蓝藻生长；大量蓝藻聚集、死亡后又会沉降到底泥的表面，引起底泥表层缺氧，造成pH升高，增加底泥磷的释放。此次研究发现，太湖TP平均质量浓度与太湖叶绿素a平均质量浓度相关系数达到0.75，呈高度的正相关关系，说明太湖蓝藻生物量增加，加剧内源TP释放是太湖TP升高的直接原因。

2.3 湖体蓝藻生物量的影响因素

陈小华等[4]相关研究表明，只有当TP控制在0.02 mg/L以下，或者TN控制在0.2 mg/L以上，才能抑制蓝藻生长，太湖目前氮磷质量浓度，远远没有达到上述阈值。2007年以来，太湖入湖河流TN、TP平均质量浓度，TN入湖通量，湖体中TN质量浓度都成下降趋势；湖体TP质量浓度虽有反弹，但是也没有超过2007年水平，入湖TP通量在波动中有所下降。以上指标的变化趋势均与太湖蓝藻生物量的变化趋势不相符，太湖叶绿素a平均质量浓度与入湖TP通量、入湖TN通量、入湖TP平均质量浓度、入湖TN平均质量浓度相关系数分别为-0.21、-0.38、-0.54、-0.66，说明入湖TP、TN质量浓度及通量的变化，不是近几年太湖蓝藻生物量异常升高的直接原因。

说明气象条件的变化可能是近几年太湖蓝藻生物量异常升高的直接原因。叶绿素a平均质量浓度与太湖地区年均温度的相关性达到0.73 ，呈明显的正相关关系。2007年以来，2007年、2013年、2016至2020年太湖地区年均气温达到17℃以上，这其中2007年是蓝藻水华高发造成无锡太湖水危机的年份，2013年是太湖蓝藻开始反弹的起点年份，2016—2020年是太湖蓝藻居高不下的年份，再次说明高温是蓝藻生物量增加的重要原因。而2016—2020年太湖地区年均气温与2007年水平相当，但是2016—2020年太湖叶绿素a质量浓度均值达到0.0426 mg/L，比2007年(0.0295 mg/L)高44.4%，说明还有其他气象因素，促进了太湖蓝藻生物量的增加。