第五节 湖泊生态环境问题的相互关系

一、富营养化与蓝藻暴发

在人为干预下，湖泊富营养化一般在较短时间内形成。大中型湖泊从贫营养→中营养→富营养甚至重富营养，以致发生蓝藻大暴发的非自然过程，一般仅需要10～20年时间。富营养化湖泊中相当部分发生蓝藻暴发现象，若没有得到有效治理，蓝藻暴发程度日渐加重和规模日渐加大。

（一）富营养化可能形成蓝藻暴发

湖泊富营养化从一个贫营养到富营养的天然演化进程十分缓慢，甚至要成千上万年，而在人为条件下则是一个较快过程。由于人类持续不合理的社会经济活动，如本该用于农业的N P等营养成分，恰从陆地流向水体；本该可以合理利用、循环利用和资源化利用的各类含N P的废弃物或废污水，恰直接或间接排入水体，造成水体富营养化。这种人为的富营养化可在一二十年或更短时间内形成，并且可能形成蓝藻暴发，“三湖”均是如此。

其中太湖流域社会经济发达，大量N P入水，富营养化是从20世纪70年代末至90年代初的十多年时间形成。太湖富营养面积的百分比：1987—1988年为25.5%，1991年为69.9%，1992年为84.2%，1993年为66%，1994年为78.5%，1995年为78.6%，到21世纪初富营养化面积覆盖全太湖。太湖的富营养化使蓝藻生长繁殖加速，藻类中蓝藻所占比重逐步增大，当N P值达到一定的临界值且其他生境符合要求时就蓝藻暴发，甚至大规模暴发。尽管人为富营养化可逆转，但需很长的治理时间，花费大量人力、物力、财力。2007年下半年起，太湖流域加大了治理力度，使富营养化程度有所下降，有了一个良好开端。巢湖和滇池富营养化的过程基本与太湖类似。

（二）蓝藻暴发进一步加重富营养化

蓝藻暴发、大量死亡后沉入水底，经厌氧分解，N P又重新释放进水中，再供给蓝藻利用，周而复始，形成N P在水体内的循环。

由于部分蓝藻具有吸收空气中N的功能，蓝藻死亡后增加了水体中N，所以水体和底泥中的有机质和N是总量增加的过程；蓝藻的水华暴发诱导了底泥中 P（而不是N）的大量释放，虽然这不增加水体和底泥中P的总量，但可增加局部水域的P浓度，所以总体上蓝藻暴发死亡的过程进一步加重水体富营养化，满足蓝藻自身快速生长繁殖的需要，又促进蓝藻更大规模暴发。若不采取有效措施则蓝藻暴发将日益严重。

（三）富营养化或可导致蓝藻暴发的几类情况

（1）N P增加、富营养化加重→蓝藻持续增殖→蓝藻暴发→年年暴发（暴发频次很高）。如“三湖”没有得到有效治理前的情况。

（2）N P增加、富营养化加重→蓝藻持续增殖→蓝藻暴发→年年暴发→暴发越来越严重→富营养化日益加重导超富营养化→蓝藻暴发减轻甚至不暴发。如以前的滇池草海由于超富营养化蓝藻不暴发或暴发很轻。

（3）N P增加、富营养化加重→蓝藻持续增殖→蓝藻暴发→年年暴发→暴发越来越严重→人为削减蓝藻数量、减轻富营养化和改善湖泊总体生境→蓝藻暴发减轻直至不暴发。如“三湖”目前已经得到有效治理后达到蓝藻暴发减轻的情况，但要达到消除蓝藻暴发则需要相当长的时间。

（4）N P增加、富营养化加重→蓝藻持续增殖→蓝藻暴发→年际间断暴发，数年或数十年蓝藻暴发一次或数次（暴发频次低或很低）。如西湖、玄武湖、洱海、东湖有效治理前的情况。

（5）N P增加、富营养化加重→蓝藻持续增殖→蓝藻暴发→年际间断暴发，数年或数十年蓝藻暴发一次或数次（暴发频次低或很低）→人为削减蓝藻数量、减轻富营养化和改善湖泊总体生境→蓝藻基本不暴发。如西湖、玄武湖、洱海得到有效治理后达到基本消除蓝藻年际间断暴发的情况。

（6）N P增加、富营养化有所加重→蓝藻在一定程度内持续增殖→藻密度稳定在一定水平或有可能下降→达不到蓝藻暴发密度→蓝藻一直不暴发。如鄱阳湖、洞庭湖等，虽富营养化有所加重，但藻密度未达一定程度，故蓝藻不暴发（表2-9）。

（四）治理蓝藻暴发更难于治理富营养化

“三湖”治理富营养化和蓝藻暴发均取得了一定的阶段性成绩，其中治理富营养化的效果更为显著，“三湖”的TN TP均有不同程度的持续下降，但治理蓝藻暴发的效果相对较差一点，甚至有反复。如太湖综合性采取了五类工程技术措施和相应的保障措施，2011年较2006年富营养化程度基本呈持续降低的趋势，TN、TP分别由3.20mg/L、0.103mg/L降低为2.04mg/L、0.066mg/L，分别降低了36.3%、35.9%；蓝藻暴发面积在2008年、2009年也是连续明显下降，由2007年的979km² 下降为2009年的450km²，减少了54%，但2010年、2011年又有反复，2011年的蓝藻暴发面积又基本回到2007年水平。其他湖泊如云南洱海、武汉东湖等也有蓝藻暴发反复的现象。虽然治理富营养化和蓝藻暴发的难度均很大，但治理蓝藻暴发更难于治理富营养化，必须在努力治理富营养化的同时优先考虑治理蓝藻暴发。

二、“水华”与蓝藻暴发

（一）“水华”

“水华”是在一定营养状况和较高温度时，蓝藻（藻类）较快或很快增殖后浮于水面或在风作用下聚集于下风处一定范围的一种自然生态现象。“水华”在20世纪五六十年代或可能更早在太湖、巢湖等湖泊就存在。以往太湖称“湖靛”，福建称“铜锈水”。“水华”打捞后可作为肥料。如北京颐和园昆明湖，水面积225hm²，水深1.5～1.9m，水量补充主要是上游河道较好来水，湖边浅水区大部分长有良好植物，游鱼可数，透明度较高，蓝藻密度较低，但2011年8月东北沿岸水域下风处尚有少量“水华”。

广义的“水华”在富营养或非富营养状况均能发生；可能以蓝藻为主，也可能以其他藻类为主；藻密度可能很大，每升几十亿个细胞，也可能不大；发生“水华”的面积可能数百平方千米，也可能不大。

（二）蓝藻暴发

蓝藻暴发是在富营养化情况下发生的具有一定或很大规模的“水华”，即是“水华”暴发。“三湖”在20世纪90年代起蓝藻暴发，且几乎年年发生大暴发，暴发程度越来越重。所以蓝藻暴发即是“水华”暴发。

（三）两者比较

狭义的“水华”。应该是非富营养状况和富营养初期发生的“水华”。如20世纪50—70年代太湖非富营养状况产生的“水华”，通常在蓝藻（藻类）较快或很快增殖后浮于水面时，肉眼一般不能明显看见蓝藻聚集形成的“水华”，而其在风力作用下聚集于下风处时人眼才能明显看见的“水华”（表2-10）。

广义的“水华”。一般人们所说的“水华”实际上是广义的“水华”，既包括蓝藻暴发，又包括狭义的“水华”，这是目前为人们广泛接受的称呼。所以，蓝藻暴发可谓“水华”暴发（即严重的“水华”）或“水华”。

学术界对“水华”和蓝藻暴发尚无十分明确的定义和界限且目前两者也无绝对的区别，如国务院《太湖水环境综合治理总体方案》认为太湖蓝藻暴发为Chl a≥40μg/L，也有专家认为Chl a≥10μg/L时可发生蓝藻暴发或“水华”暴发。

每个湖泊情况不同发生蓝藻暴发时的Chl a值也不同。水体中Chl a较高也不一定发生蓝藻暴发或“水华”暴发，因为各类蓝藻或藻类细胞的大小，及构成多细胞群体的细胞数量、群体大小和形状、上浮能力等不一定相同。如西湖2007年7月Chl a的最大值达到140μg/L时也没有发生蓝藻暴发。

蓝藻暴发必然是“水华”，而“水华”不一定是蓝藻暴发。蓝藻暴发危害巨大，须积极治理直至消除；但若要消除全部“水华”则没有必要和一般也不可能。

本文中的用词。蓝藻暴发是指以蓝藻为主的藻类的暴发；“水华”暴发或藻类暴发是指可能以蓝藻或非蓝藻为主的藻类的暴发；非蓝藻暴发是指以非蓝藻为主的藻类或完全是非蓝藻藻类的暴发；“水华”一般仅指藻类聚集程度较轻或很轻、藻类聚集范围不大或很小的一种“水华”现象。

三、蓝藻暴发对湖泊生态系统平衡的影响

（一）水生态系统的健康分类

水生态系统健康分类一般可分为：很健康、健康、基本健康、不健康和非常不健康五类。健康的生态系统也称之为良好的生态系统或良性循环的生态系统。水生态系统健康的评估因子包括水动力、水体营养程度、生物多样性，其中也应包括蓝藻暴发情况。

生态系统就蓝藻暴发而言：很健康生态系统不会发生蓝藻暴发；健康生态系统一般不会发生蓝藻暴发；基本健康生态系统一般可能发生或甚至发生较严重蓝藻暴发或“水华”暴发；不健康和非常不健康生态系统一般可能发生非常严重蓝藻暴发或由于水质过差而蓝藻不暴发。

目前蓝藻暴发是使“三湖”的部分水域由健康生态系统变化为基本健康生态系统的主要原因，蓝藻暴发和生态系统退化具有互为因果的关系。湖泊中蓝藻暴发，特别是多年连续严重暴发，使湖泊或其一定范围的水域失去了原有生态系统的平衡，形成以蓝藻为主要物种的不健康的生态系统的新的平衡。

当然由于其他原因也可能形成不健康的和非常不健康的生态系统，如水体受到严重污染、N P或其他污染物大量入湖，大幅度改变原来健康水生态系统的水文水动力条件和生物种间竞争情况等，使健康的生态系统失去平衡，成为不健康的生态系统。如以前滇池草海有一个阶段（TN超过10mg/L），即是由于污染物大量入湖而成为不健康生态系统，蓝藻并不暴发。

2008年由环保部会同地方政府、国家发展和改革委员会及水利部组成的领导小组对全国9大湖泊水库进行评估，其中五大淡水湖泊的生态健康状况为：洞庭湖最优、鄱阳湖和洪泽湖次之、巢湖和太湖最差。滇池也应属于最差。

（二）湖泊生态系统平衡是相对的

湖泊生态系统的平衡是相对的，而不平衡则是绝对的，生态系统随着时间和生境的变化而变化，只是变化速度的快慢或能否为人们通过各种手段察觉而已。

湖泊生态系统中的气候、水文水动力、营养程度等生境和生物种间竞争等类情况是永远处于变化之中的，一般情况下仅是量变，当量变积累至一定程度时，就产生质变，蓝藻暴发就是质变的主要表现之一。湖泊生态系统的变化在自然界是比较缓慢的，与富营养化的变化一样要成百上千年，而在人为干预下则仅需要较短时间。

（三）生境和蓝藻暴发相互影响

在人为干预下，由于水文水动力、营养程度等生境在较短时间的改变，而使水体中原存在的一定密度的蓝藻生产力大增，各类生物又缺乏与蓝藻之间强有力的种间竞争，当蓝藻的密度和生物量达到一定程度时即形成蓝藻暴发。

蓝藻连续多年严重暴发，使生物多样性减少，包括其他藻类、沉水植物及浮叶植物、鱼类和浮游动物的大量减少，多样性减少包括生物种类减少和群落、种群的减弱两个方面，若蓝藻连续多年严重暴发而没有得到有效治理，则水质也会变得更差。

（四）湖泊富营养化后形成蓝藻暴发的时间

湖泊在形成富营养化后的一段时间内可能形成蓝藻暴发，此段时间的长短根据湖泊原来的种源密度、水文水动力、营养程度等生境决定。一般有3类情况：①原来的蓝藻种源密度较大，湖泊原来良好的生境变坏速度很快或较快，以及生物的种间竞争不激烈，则蓝藻的生长繁殖速度很快或较快，达到蓝藻暴发的密度值，如“三湖”在富营养化后的5～10a即可形成蓝藻暴发；②原来的蓝藻种源密度较小，湖泊原来良好的生境变坏速度较慢，以及生物的种间竞争较激烈，则湖泊在富营养化后的较长时间才能形成蓝藻暴发；③原来的蓝藻种源密度很小，湖泊原来良好的生境变坏速度非常慢或甚至生境不变坏，以及生物的种间竞争非常激烈，则蓝藻的生产力非常小或不能增殖，则在富营养化后的非常长的时间，湖泊才能形成蓝藻暴发或甚至永远不会发生蓝藻暴发。

上述最后一种情况给人类造成了一个可能，即加强人为干预力度，使水文水动力、营养程度和生物种间竞争等生境永远不利于蓝藻生产力的增加，使水体永远达不到蓝藻暴发所需要的密度、生物量，使湖泊在富营养化以后永远不发生蓝藻暴发，这也就是我们预防湖泊蓝藻暴发的思路。

（五）保护健康生态系统的平衡和打破不健康生态系统的平衡

应该正确认识湖泊生态系统的平衡性和蓝藻暴发对湖泊生态系统平衡的影响，不要害怕生态系统的不平衡，不要认为不平衡的生态系统均是不好的。要善于评估生态系统的类别，根据生态系统的类别对其进行保护、修复或重建。①对于非常健康的、健康的、基本健康的生态系统或没有发生蓝藻暴发的生态系统的平衡以保护为主，局部进行修复，使其能够保持健康的平衡，防治蓝藻暴发；②对于基本健康的或基本没有发生蓝藻暴发的生态系统的平衡为保护和修复并重，以人工修复促进自然修复，使其逐步转为健康的平衡，治理或防止蓝藻暴发；③对于基本健康的、不健康的和非常不健康的或蓝藻严重暴发的生态系统的平衡，则必须打破其不健康的平衡，进行全面修复或重建，改造其生境和加强生物的种间竞争，使不利于蓝藻生产力的增加，而使其逐步向健康方面发展，最终转变为健康的良性循环的生态系统平衡，逐步减轻直至完全消除蓝藻暴发。这就是治理直至消除湖泊蓝藻暴发的基本思路。

四、蓝藻暴发与植物衰退

蓝藻暴发与植物衰退一般可分3类情况：共生平衡、植物抑制或消除蓝藻、蓝藻暴发抑制或消灭植物。

（1）共生平衡。一个湖泊在富营养后蓝藻暴发的初期，蓝藻暴发规模不大，可与水生植物特别是与芦苇等挺水植物在一定水深时可共存，而且相互促进。《太湖》论述：太湖藻类与水生植物间关系，一般认为由于水生植物与藻类之间争夺营养盐，从而引起藻类因养分不足而数量下降。但20世纪80年代太湖营养盐有剩余、水生植物多的湖区藻类反而增多。上述情况是由于水生植物（主要指挺水植物）对藻类不起限制作用。相反，由于植物丛生而减弱了风浪和水流，增加透明度，改善光照条件，有利于藻类生长。

（2）植物抑制或消除蓝藻。当湖泊各类水生植物生长茂盛，覆盖率达到一定程度，为健康的水生态系统时，植物可以有效抑制蓝藻生长，或在一定的时间长度上（以年计）推迟蓝藻暴发；大量生长的水葫芦等漂浮植物在蓝藻暴发不十分严重的情况下可较好地抑制蓝藻生长暴发，但有一部分蓝藻仍能与水葫芦共生。紫根水葫芦具有直接消除蓝藻的能力，就是在蓝藻暴发严重的水域放入紫根水葫芦，可在20～50d内完全消除暴发的蓝藻。以生长芦苇等挺水植物为主的大面积湖滩地在经过无水（或水极浅）的冬天可以消除绝大部分聚集在其间的蓝藻。

（3）蓝藻暴发抑制或消灭植物。当湖泊蓝藻暴发规模大、程度严重时，其生物种群优势已完全超过水生植物，大部分情况已不能与水生植物共存，而能严重抑制或甚至消灭植物。其中沉水植物因为蓝藻暴发时的覆盖遮阳作用而严重妨害其生长，甚至导致其全部死亡。已蓝藻严重暴发水域也可抑制普通水葫芦生长，但一般能与生长良好的芦苇共存。

五、水工程与水生态及蓝藻

水利为人类谋利益，变水患为水利。水利工程（即水工程）包括水库、大坝、堤岸、水闸、泵站、涵洞、河道、沟渠等，一般均具有有利于水资源配置、防洪排涝、水环境改善、水生态保护，及有利于保护人民生命财产安全和供水安全等方面的良好作用。这也正是遍布全国的水工程正在长期和持续发挥变水患为水利作用的最好证明。

水工程对于水生态的作用是主要和积极的。水工程特别是系列工程组成的工程体系对全国大中型湖泊的防洪排涝减灾、水资源配置管理起到了至关重要的作用。如“三湖”下游的水控制工程包括水闸和堤坝等系列工程：其中太湖下游大堤在数百年前就开始建设，20世纪80年代初开始建设环太湖大堤，最终至2000年才全部建成环太湖大堤及相关控制水闸；巢湖在1962年、1968年分别在下游建设了可控制水位的巢湖闸、裕溪闸和相关环湖大堤；滇池在下游建设了控制水位的湖口水闸和相关环湖大堤。另外洪泽湖、西湖、东湖和玄武湖均建设了控制水闸和相关堤岸。这些水工程以往在调节水位、控制洪涝、保证生命财产安全，确保有足够水量供应生活、生产和生态需要，以及满足航行需要等方面起到了良好的积极作用。

水工程也有其负面作用。如改变原来良好的水动力条件：减少换水次数、减慢流速、减少水量等；提高水位，减少植物覆盖率；带走蓝藻的功能减弱；水体净化能力减弱；围垦减少植被和减弱芦苇滩地消除蓝藻的能力；建造水工大坝在发挥挡水蓄水巨大作用的同时，也影响了鱼类的迁移或洄游；长江两岸建设的数百座控制水闸在一定程度或相当程度上造成了江湖水流的阻隔，引起生境和物种一定的变化等。

建设圩区的利弊。如太湖地区20世纪50—90年代共建较大圩区500多个，全区圩区总面积达12037km²（其中耕地面积6416km²），占流域面积的1/3，由此使湖荡和河道水面积减少700多km²（其中使总面积164km²的168个湖荡消失或基本消失），圩区建设保护了圩内乡镇企业和低洼田地、保证了居民居住安全，增加了土地500多km²，也同时减弱了太湖河网区的蓄洪能力和净化水体能力。如洞庭湖为发展生产建设了大量圩区，由于圩区减小了蓄洪能力而1998年的大水中使大量圩区垮坝，后来又拆除了部分圩区（也称平垸）。圩区工程有利有弊，但利大于弊，力求进一步兴利减弊，应该建设适量的圩区，既保护生命财产的安全和发展生产，又须留足蓄洪能力。

太湖水工程的利弊。太湖下游建闸和建环湖大堤使太湖调蓄水量大幅度增加，目前太湖平均蓄水量达到47.5亿m³较1954年37亿m³增加了28%，满足了防洪、供水和生态的需求，产生了巨大的社会经济效益，但也由于升高了水位而减少了植物覆盖率和减弱了芦苇滩地消除蓝藻的能力，减小了水位变幅、减慢了流速有利于蓝藻生长繁殖，所以此方面应力求进一步兴利减弊。

人类对水工程正负二方面作用的认识是逐步提高的。由于人类在某一阶段对自然认识的局限性，及由于人类对自然界和水工程认识是逐渐深入的，所以在建造大量水工程发挥良好作用的同时，也往往造成了其对水环境、水生态方面的局限性和产生了一定的负面作用。随着时间的推延，人们逐渐认识到这一点，对以往的水工程的负面效应采取了补救措施，而使新建的水工程尽量减少负面作用或不产生负面作用。

如“三湖”，建闸筑坝等系列水工程对“三湖”流域社会经济的发展起到了至关重要的良好作用。但当时设计水工程时由于对自然认识的局限性，而以后由于对自然认识的逐渐深入，发现其对“三湖”存在一定的负面效应，如在一定程度上改变了水文水动力条件，减少了大量湖滩地或水面，也使湖泊流速减小、换水次数减少、自净能力减弱，结果在一定程度上不利于水环境、水生态，以及由于此造成的生境有利于蓝藻的生长繁殖，在一定程度上加速了湖泊蓝藻暴发现象的形成。所以，以后采取了许多补救措施，如生态调水、生态清淤、生态修复，以增加由于建水工程而被减少了的湖泊换水次数，增加湿地面积和生态修复区，减少外源入湖堆积于湖底的淤泥，减少由于水动力条件变化、水污染等因素导致的蓝藻数量增加。又如太湖实行了生态调水、生态修复和恢复湿地等措施，以弥补此前的不足，并且已经取得了良好的阶段性效果。同时应认真考虑“三湖”的围湖大堤的适度整治或部分拆除等。滇池在不影响防止洪涝的前提下拆除部分环湖大堤、恢复湖滨水域湿地，这给全国湖泊治理工作开了个好头。

今后设计水工程的思路。设计者应使自己的主观意愿和自然客观完美结合，在注意发挥人类所希望的水工程最佳作用的同时，也要尽量减少或避免其所产生的不良效应，以实现人与江河湖泊的和谐统一，把水工程的优势发挥至最大，负面效应缩小至最小。如今后建设鄱阳湖出湖入江的控制性枢纽工程时，在考虑发挥其最大的功能效益时，应尽量避免其负面作用特别应考虑如何避免发生轻度蓝藻暴发或尽量减轻蓝藻暴发的可能，及考虑若发生轻度蓝藻暴发时如何应对。对于已经建成水工程存在的一些负面效应也要逐步减少至最小程度甚至消除。