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朱喜:太湖蓝藻持续爆发关键因素为三高-藻密度高营养程度高水温高(下)

* 作者: admin * 发表时间: 2022-02-15 2:01:17 * 浏览: 0

太湖蓝藻持续爆发关键因素为三高-藻密度高营养程度高水温高(下)

五、富营养化湖泊不一定发生蓝藻爆发

全国大部分湖泊已富营养化,但有些发生蓝藻爆发,有些则不发生蓝藻爆发。

1 相当部分富营养化湖泊不一定发生蓝藻爆发

富营养化是湖泊蓝藻爆发的必要条件,但非唯一条件。全国绝大部分大中型湖泊已富营养化,但仅有“三湖”(太湖巢湖滇池)年年持续蓝藻爆发,而有相当多湖泊未发生蓝藻爆发或未年年持续爆发。如大型的鄱阳湖、洞庭湖均达到富营养化,水质曾达到劣Ⅴ类,但基本未发生蓝藻爆发,仅发生数次蓝藻聚集或轻度小规模爆发。其原因是由于存在一定的自然和人为因素使藻密度没有达到蓝藻年年持续规模爆发的程度,其原因可能很多,但明显的原因:这二个湖泊的年换水次数超过10次,汛期的水较深。另外,洪泽湖同样呈现富营养化,以往曾发生数次蓝藻爆发,但目前不发生蓝藻爆发。

 

2 藻密度高是蓝藻爆发的根本原因

大部分研究人员均不把藻密度高归入蓝藻持续爆发的原因之中,可能认为藻密度高和蓝藻爆发是一样的,均是富营养化和水温高所引起,故不把其列入。当然藻密度高是与富营养化和水温高密切相关。但若缺少藻密度高这个因素就不能解释为什么相当多富营养化湖泊不发生蓝藻爆发的原因,也难以解释为何冬季和初春在温度较低的情况下太湖也能蓝藻爆发的原因。

以往太湖蓝藻最大爆发面积一般发生在年气温最高的6-10月中,2006年后由于太湖藻密度持续升高、高位运行,只要水温和天气等生境适合蓝藻生长繁殖,蓝藻可在5-11月中任何一个月发生年最大规模的爆发。2006-2020年的15年发生年最大蓝藻爆发面积中,在5月的3次(其中2017.5.1.为有记录以来蓝藻爆发最大面积1403km2)、7月2次、8月4次、9月3次、11月3次。其中2015、2013年11月的爆发面积均超过1000km2,而在2013年12月爆发面积曾达到852km2,2018年1月曾达到390km2。说明藻密度高是关键因素,一般认为温度不高的冬春季节不会蓝藻爆发,但由于藻密度高致11月-1月仍发生蓝藻爆发。

 

3 水温高为自然因素的代表及蓝藻爆发的必要条件

至于水温高以外其他的自然因素有可能改变局部蓝藻生长繁殖爆发的生境条件,但在大中型湖泊中不可能起决定性作用。

 

六、若忽视藻密度高的因素就无法得出消除蓝藻爆发的正确思路

1 得不出太湖能消除蓝藻爆发的结论

蓝藻爆发若只承认有营养程度高和水温高二个因素,而缺少或不承认有藻密度高的这个因素,以致于目前大部分研究“三湖”蓝藻爆发的专家学者经过分析得出的结论就是不能消除大中型浅水型“三湖”的蓝藻爆发。这在国内多次学术论坛上发言或诸多权威刊物发表的很多权威专家的文章中均持此观点。

 

若仅有富营养化和水温的二个因素就会得出无法消除太湖蓝藻爆发观点。因为:

① 关于水温为代表的自然因素,人类总体难以改变太湖、“三湖”的气象水文条件。

② 根据人类对高营养程度进行干预能达到最佳效果的分析,由于太湖流域人口持续增加、社会经济持续发展,入湖污染负荷增加,使太湖水质从当初Ⅱ类恶化为劣Ⅴ类、从贫-中营养发展到全湖中度富营养及局部重富营养,经过30余年的努力,至今改善为太湖平均Ⅳ类水、局部Ⅴ-劣Ⅴ类水,营养程度改善为中富、局部轻富。据此治理水污染和富营养化的现状、措施和速度,难以达到生态环境部TP 0.029mg/L、TN 0.59mg/L的要求,更无法达到国内外专家一般认为仅依靠消除富营养化需要达到TP 0.01-0.02mg/L、TN 0.1-0.2mg/L才能消除蓝藻爆发的标准。

③ 其原因是现在人口和社会经济状况已致入湖污染负荷大幅度超出太湖环境容量,无论采取何种控源截污措施,均已无法达到或难以达到上述2个关于消除蓝藻爆发的TP TN浓度目标的要求。

④ 根据上述分析,仅以富营养化和水温二个因素来讨论蓝藻爆发问题,其得出的结论就是无法消除蓝藻爆发或客气一点说就是难以消除蓝藻爆发。至此,根据这些权威专家的意见,高层的决策者也就不敢提出消除“三湖”蓝藻爆发的目标,所以消除“三湖”蓝藻爆发的问题就拖而不决。

 

2 不能全面总结出能消除蓝藻爆发的措施

若否定高藻密度是蓝藻爆发主要原因,而在制定消除蓝藻爆发的规划、方案时,就会导致采取不正确或不全面的消除蓝藻爆发的措施。如不把削减蓝藻数量的技术列入主要除藻措施之中,仅认为主要措施是治理外源污染和一般意义上的内源底泥污染及治理水面蓝藻,即治理方案中仅主要包括系列治理富营养化及行政保障措施,而不包括全面彻底消除蓝藻污染的措施。

 

3 蓝藻爆发的三高因素缺一不可

根据上述分析,蓝藻爆发的三高因素:藻密度高、营养程度高和水温高是缺一不可的,特别是若缺少藻密度高的因素就无法消除“三湖”蓝藻爆发。而其中营养程度高和水温高两个因素是大家共知的。

 

4 只有治理富营养化与削减蓝藻数量相结合才能消除蓝藻爆发

如蠡湖.东湖.玄武湖.西湖等小湖泊在未消除富营养化或水质没有提升至Ⅲ类水时就已经基本消除蓝藻爆发。这些湖泊现在一般是Ⅳ-Ⅴ类水,其中东湖在基本消除蓝藻爆发时水质仅为劣Ⅴ类,原因是这些湖泊均采取了适合于其实际情况的治理富营养化与削减蓝藻数量相结合的措施,其主要采取利用鲤鳙鱼滤食蓝藻的措施。据此一类的经验太湖也应该根据自身的特点采取相应的措施实行分水域消除蓝藻爆发。

 

七、影响蓝藻持续爆发的人为因素

造成蓝藻爆发的藻密度.营养程度.水温的三高原因的形成包括自然因素和人为因素二大类。其中藻密度高是自然因素和人为因素的总和,是蓝藻爆发的根本因素;营养程度高是人为干预因素的总和,主要包括外源和内源,还有调水、湿地等,是蓝藻爆发的基本因素;水温高是自然因素的代表,是蓝藻爆发的必要因素。

 

1 外源污染是富营养化的基础之一

外源是水污染和富营养化的根子,是太湖富营养化和蓝藻爆发的基本因素。目前治理P N污染速度赶不上污染发展速度。

2007年-2020年环太湖城市GDP增加2.4倍,人口增加30%。环湖河道入湖P负荷,13年中有10年大于2007年的0.184万吨,其中2011、2016年达到0.25万吨,增加36%。虽然太湖TN浓度 自2007年以来持续下降,但距太湖水功能区的西部Ⅲ类和东部Ⅱ-Ⅲ类的要求尚有相当距离。

 

2 蓝藻已成为主要内源是富营养化的基础之二

多年来外源污染根子已延伸到湖中,年年持续发生蓝藻爆发的太湖蓝藻已成为太湖污染的内部根子、主要内源,导致TP降低迟缓或甚至升高。

太湖10多年来清淤4000万m3,其减少的P N和有机质的效果被蓝藻持续爆发所抵消。太湖各水域藻密度增加3-22倍,蓝藻每年近百次的生死循环使水体和底泥中的P N和有机质增多、污染加重,N可进入大气,P留在水体和底泥,生化反应增加底泥的P释放量,升高P浓度,相当程度上削弱控源减P的作用。说明蓝藻已成为主要内源。

 

3 入湖污染负荷与太湖水质P N的相关度不同

 P N浓度与入湖负荷以往一般是正相关。2006年以前,蓝藻爆发与P N浓度一般是正相关,太湖 P N浓度总体呈持续升高趋势,蓝藻爆发程度呈日益严重趋势。

2007-2020年期间河道入湖负荷TN仅减少3.1%,但太湖TN浓度持续下降37%,太湖TN浓度下降的速度为河道入湖负荷TN减少速度的11.9倍。

2007年后,入湖 P N负荷波动较大,但太湖TN浓度持续下降,TP浓度基本持平或有升有降。如2011-2013年入湖TP负荷从每年0.25万t持续下降至0.181万t,但太湖TP浓度由0.066mg/L持续升高至0.078mg/L,其原因是藻密度大幅增加,至TP浓度升高。

 

4 湿地减少降低太湖自净能力和抑制蓝藻能力。

由于水污染增加、人为围垦湖滩地、最低水位提高等原因使大片芦苇地和沉水植物消失,植物湿地减少250多平方公里,植被覆盖率减少一半以上,使太湖水体自净能力减小、抑制蓝藻生长繁殖能力减弱。

 

5 以往未注意到全面深入削减藻密度

以往主要注重控制外源、清除百余平方公里淤泥、打捞水面蓝藻、治理富营养化。现出现了新问题,需全面深入治理蓝藻、降低藻密度消除蓝藻爆发。

2007-2020年,政府加大治理太湖力度,富营养化程度有所减轻,但总体上藻密度大幅增加,这是多年治理太湖中遇到的新问题,需要及时认真解决。

 

6 结论

⑴ 太湖已回不去了,回不到贫营养状态。

由于人口持续增加和社会经济持续发展,加大治污力度仅能在一定程度上改善P N浓度,或可改善水质至Ⅲ类,但难以达到生态环境部提出的TP 0.029mg/L、TN 0.59mg/L的基准,更不能达到国内外专家一般认为的仅依靠治理富营养化消除蓝藻爆发需要达到TP 0.01-0.02mg/L、TN 0.1-0.2mg/L的标准。

⑵ 太湖水污染根子已从陆上同时延伸到水中

数十年来污染源的陆上根子已延伸到太湖,太湖蓝藻持续爆发已成为水污染的湖内根子,且成为主要内源。所以只有水陆并举,挖根去源,控制水陆2个污染源,才能最终消除蓝藻爆发。

⑶ 近阶段藻密度对水质TP影响程度超过以往

2006年前,入湖TP负荷、太湖TP 浓度、蓝藻爆发三者均是正相关。但近年前二者不一定是正相关。如2012年入湖TP较2011年减少9.9%(0.199→0.181万t),TP浓度恰升高7.6%(0.066mg/L→0.071mg/L),原因是藻密度升高95%(1277→2488万个细胞/L)。近年藻密度对太湖水质TP的影响程度超过以往,有时候甚至超过入湖TP负荷的影响,所以高藻密度可减慢太湖TP浓度降低速度或在某些情况下甚至可升高TP浓度。

⑷ 人类不可能大范围高强度改变自然。

人类仅能采用调水、深井高压降温、遮阳、人工降雨等措施在局部或小幅改变自然环境。

⑸ 只有消除富营养化与削减蓝藻数量结合才能消除蓝藻爆发

在大中型浅水湖泊中仅依靠减轻或消除富营养化无法消除蓝藻爆发。

 

八、治理太湖消除蓝藻爆发的思路

太湖蓝藻年年持续爆发的关键原因是三高,其中水温高这个自然因素的代表是人类是无法改变的。人类只能通过消除富营养化和降低藻密度这二个因素来消除蓝藻爆发。

1 必须有信心有决心,建立消除蓝藻爆发的目标

治理太湖,消除蓝藻爆发的关键是要有信心有决心,要建立消除蓝藻爆发的目标。若没有此目标,各级湖长就缺乏消除蓝藻爆发方面的主动性、责任心。

 

2 消除蓝藻爆发必须治理富营养化与削减蓝藻数量相结合

富营养化,经艰巨努力太湖可由现在的Ⅳ-劣Ⅴ全面改善为中营养(相当于太湖水质Ⅲ类,其东部可达到Ⅱ-Ⅲ类),可减轻蓝藻爆发程度,但消除蓝藻爆发需改善至贫营养(相当于水质Ⅰ-Ⅱ类),在社会经济发达和人口稠密区域的太湖水质无法达到Ⅰ-Ⅱ类。所以,只有在控制外源、削减内源、消除富营养化的基础上,同时采取深度削减蓝藻的措施,此二者密切结合才能全面分水域消除蓝藻爆发。

 

3 消除富营养化提升水质是消除蓝藻爆发的基本要求

消除富营养化提升水质至一定范围,可有效减慢蓝藻生长繁殖速度、降低藻密度,有利于消除蓝藻爆发,同时提升太湖水质达到水功能区的目标要求,西部Ⅲ类、东部Ⅱ-Ⅲ类。

 

4 消除蓝藻爆发关键之一是削减蓝藻种源降低藻密度

综上所述,人类难以大范围高强度改变水温和光照等自然条件,仅依靠治理富营养化又无法消除蓝藻爆发,故当前只有在削减P N、改善富营养化基础上削减蓝藻种源、降低藻密度至相当的程度如太湖年均藻密度控制在100-300万个/L以下,才能使蓝藻不爆发。

 

5 要实施全面深入除藻的策略

要改变以往仅在蓝藻爆发期打捞水面蓝藻的习惯为全面深入消除水面水体和水底蓝藻的策略。

 

6 采取水土蓝藻三合一共治的创新除藻技术

目前我国已创新出能大面积有效治理太湖蓝藻的多种技术,主要是以金刚石碳纳米电子技术为代表的水土蓝藻共治技术(可同时治理蓝藻、水体和底泥污染),及有其他多种技术组合集成的水土蓝藻三合一治理技术,使消除蓝藻爆发有了可靠技术支撑(具体见 朱喜 “水土蓝藻三合一治理是消除蓝藻爆发优选技术” 水利天下(原水利参阅) 2022-01-19)。

 

7 生态修复.恢复湿地是在消除蓝藻爆发后使蓝藻不再爆发的必要措施之一

生态修复.恢复湿地可在消除蓝藻爆发以前增加水体自我净化能力和抑制蓝藻生长繁殖,有助于改善水质和在一定程度上减慢藻密度增加的速度;在消除蓝藻爆发以后,生态系统的良性循环、大规模的植物湿地和生物的多样性是使蓝藻不再爆发的必要措施之一。

 

8 发挥我国能够集中力量办大事的体制优势

以蓝藻爆发问题为导向,建立消除蓝藻爆发目标,发挥我国能够集中力量办大事的社会主义体制优势、财力优势、人才优势和技术优势,必能在2035年至建国百年的2049年之前分水域消除太湖蓝藻爆发。用中国人的智慧使消除蓝藻爆发这个世界性难题得以彻底解决,建设美丽的生态健康的太湖。



作者著于2022.2.7