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湖泊藻型富养分化掌握-技术、理论及应用王国祥成小英濮培民(南京师范高校地理科学学院中国科学院南京地理与湖泊讨论所)提要湖泊富养分化防治走过了从掌握养分盐、直接除藻到生物调控、生态工程及生态恢复等困难历程各国为此投入了巨额资金,然而收效甚微,富养分化照旧是全球性重大水环境问题回顾和分析富养分化湖泊治理讨论与实践的胜利阅历与失败教训I无疑将有助于实行更切实可行的技术有效掌握湖泊富养分化综观全球富养分化治理讨论成果,不难看出富养分化是一个典型的生态问题,生态问题只有用生态学方法解决在全湖性富养分化难以快速根治的状况下,如何集中技术优势和有限财力,优先解决对人类生产生活影响较大的局部水域富养分化问题,逐步修复受损的湖泊生态系统、提高水体自净力量、改善水体环境质量并建立湖泊健康生态系统关键词富养分化湖泊治理综述分类号0121/1富养分化已成为一个全球性的重大水环境问题,引起了广泛重视早在20世纪初,湖泊水库富养分化的消失引起了欧美一些我国的关注,讨论和防治随之绽开特殊是最近40年来,随着全球水体富养分化问题的不断加剧,各国为掌握富养分化进行了大量讨论与实践近20年来,我们我国对湖泊富养分化状况、产生缘由进行了一系列讨论与防治的实践但是,富养分化仍未得到有效掌握最近几年,中心和地方在湖泊富养分化治理方面投入了不少资金,滇池耗资40亿元、太湖耗资100亿元、一些小型城市湖泊的治理动辄也是上亿元,但是几乎没有一个见到明显效果富养分化藻型水体的显著特征是浮游植物大量发生,进而造成水质恶化、水体功能下降、水生生物死亡等灾难性后果,它不仅制约了湖泊资源的可采用性,而且直接影响人类的健康生存与社会经济的持续进展‘七五’以来(我们我国在江苏太湖、徽巢湖、昆明滇池、武汉东湖开展了较为系统的湖泊富养分化讨论,并取得了一系列讨论成果过去的几年间,我们我国对一些严峻富养分化的湖泊(如玄武湖、西湖、滇池,实行截污、清淤挖泥、引水冲污等治理措施,从实际效果来看,对这些特别富养分化的湖泊,任何单一的措施,都难以掌握富养分化藻类种群暴发,有时甚至还会导致藻类生物量增加、富养分化呈现加重的趋势回顾和分析国内外富养分化治理讨论与实践的胜利阅历与失败教训I无疑将有助于实行更切实可行的技术有效掌握湖泊富养分化1养分盐掌握掌握水体养分盐浓度是传统的富养分化防治措施,它基于限制因子原理,以试验室藻类生长瓶法测定结果为依据,对于外源性污染实行截污、污水改道、污水除磷,对于内源性污染实行了清淤挖泥、养分盐钝化、底层暴气、稀释冲刷、调整湖水氮磷比、掩盖底部沉积物及絮凝沉降等一系列措施
1.1以截污为代表的外源性养分盐及污染掌握一些水体,特殊是浅水湖泊,磷的负荷削减了75〜95%,但是湖水富养分化状态往往难见缓解Rostherne湖截污后水体的养分盐浓度虽然有明显降低,但是湖水中叶绿素(Chia).的浓度却未能降低.1978年,芬兰Vesijaril湖在削减外源污染(磷负荷削减了93%)湖水中磷由
0.15mg/L降至!J
0.05mg/L之后,蓝藻水华照旧肆虐了十多年荷兰的Loosdrecht湖群自1984年后(磷的输入降到历史最低水平)但其富养分化程度却未见缓解.美国Moses湖自1977年起每年4〜9月引入低养分盐的水冲刷,引水速率为
8.2m3/s每年冲刷183d全湖的平均冲刷率为
0.46%个别湖区达
5.8%此外还实行了截污掩盖底泥等措施,结果显示,自1978年起,除1985年消失‘水华’(Chai)急剧提升外其余年份湖水TP和(Chai)始终在较低水平波动,湖水透亮度由
0.8m提高到
1.0~
1.8m但是与引水前相比,藻类组成却没有变化.这就为在相宜条件下藻类再次暴发埋下了隐患,导致了1985年“水华暴发德国为掌握面积为476km2的康斯坦茨湖磷的输入花费了65亿马克,历时15年时间.才初步显示出水质改善的迹象.日本琵琶湖的综合开发方案Q972~1997)25年间投资15248亿日元(约合人民币1000多亿元),主要用于工业及城乡污水处理等,1986年又制定了琵琶湖水质爱护规划,但是,到1997年琵琶湖的富养分化仍未能得到有效掌握藻类水华仍时有发生南京玄武湖是一个严峻的富养分化小型浅水湖泊,从1990年开头截污,但截污后,湖区水质改善进程非常缓慢,死鱼事故照旧频频发生,富养分化藻类生物量和种类组成亦未见明显化1991~1997湖水Chia年均值仍呈提升趋势.一些我国和地区还实行了’禁用或限用‘含磷洗涤用品的措施,美.加拿大.日本及西欧的一些我国依据各国水体富养分化程度,分别提出了地区性的‘禁用或限用‘含磷洗涤用品的政策、法规,在一些地区已经有效地掌握了地表水中的磷浓度我们我国太湖流域1999年1月1日起全面禁用含磷洗涤剂,禁磷后的第一年1999年与禁磷前1998年相比较,入湖河道的磷浓度有所下降,由
0.149mg/L下降到
0.124mg/L但2000年的监测数据却表明入湖河道的磷浓度又提升至
0.175mg/L与1998相比,太湖湖水中磷浓度和富养分化指数均值1999年分别下降了
16.07%和
3.29%但2000年却分别提升了
18.75%和
6.75%湖心区的总磷浓度2000年较1998年提升45%看来禁磷既不是主导入湖河水磷浓度变化的主要因子,对太湖入湖河道磷浓度的影响并不明显,也不是影响湖体水域磷浓度和富养分化程度的主要因子.有讨论认为;对养分盐浓度较低的湖泊(如TP
0.2mg/L藻类生长与总磷有较好的相关性;而对养分盐浓度较高的湖泊(如TP
0.2mg/L藻类生长与养分盐浓度已不存在正相关.Sas等指出只要水体可溶性活性磷高于O.lmg/L磷浓度的降低就不行能导致藻类生物量降低.尤其应指出的是,限制因子原理局限于‘稳定状态’条件,藻型富养分化浅水湖泊缺乏生活史长’稳定性高的生物种群’以藻类为肯定优势种群的富养分化湖泊生态系统结构不稳定,功能单一,对包括养分盐在内的环境因子波动缓冲力量弱,因而藻型富养分化浅水湖泊往往处于’非稳定状态’,简洁地运用限制因子原理刻意查找限制因子彳主往难以奏效,限制因子原理还应包括最小因子定律和耐受限定律,即每一种生物对每一个环境因子都有一个耐受范围(生态幅),当某一环境因子处于最适区时物种对其他因子的耐受限将会增大.因此,这时因子量值的变化对生物种群的影响往往不很明显.加之因子替代作用和因子补偿作用,对简单的湖泊生态系统中的藻类种群而言仅仅掌握个别养分盐的浓度,往往难以有效掌握其种群数量Tilman等甚至建议,不要说某湖泊是‘磷限制‘或‘氮限制’,而应熟悉到一种养分盐所限制的是个别藻类,而不是湖泊及其全部藻类.业已证明在养分盐负荷超过某一水平常,其他因子而不是养分盐可能成为制约藻类的重要因子.Cooke指出养分盐掌握忽视了湖泊内部养分盐循环及生物之间的相互作用,而且由于内循环及外源污染难以彻底掌握,因此,单纯掌握养分盐对富养分化防治往往难以见效.尽管不少通过掌握氮和磷来防治富养分化的实践并没有取得抱负的胜利结果,但是,这只能说明不能仅仅靠掌握养分盐来防治。