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摘要
对星云湖多年表层湖水中藻类的第一手监测资料及大型仿生式除藻船蓝藻控制效果研究资料做了系统的分析研究，旨在揭示星云湖藻类发展趋势，分析藻类资源量，研究藻浆资源化利用。结果表明，星云湖藻类生物量多年呈增长趋势；湖区藻类主要分布于西北湖湾，藻浆量共48 150 m3，鲜重7 704 t，除藻船年平均打捞量共1 684 m3，鲜重269.44 t；星云湖流域藻浆资源化利用具有一定可行性，主要表现为藻浆营养成分明显，无显著生态安全风险，湖区农业生产方式有利于消化利用藻浆，藻浆在星云湖区具有很好的资源化利用前景。
关键词星云湖；藻量；资源化利用
中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2015）24-184-03
浮游藻类是湖泊生态系统生产力的基础[1-2]。星云湖近年持续暴发蓝藻，藻类大量死亡后，藻体在腐败、被分解的过程中，消耗水中大量的溶解氧，并会上升至水面而形成一层绿色的黏质物，使水体严重恶臭并发酵释放污染物，从而影响湖泊水质，水体富营养化进程加快，透明度下降，湖泊生态系失衡，多种生态服务功能散失。1989年以来玉溪市环境监测站对星云湖浮游藻类进行了连续监测，积累了比较系统的监测资料。2011年由南京地理与湖泊研究所设计的大型仿生式除藻船在星云湖下水运用，并开展了相关除藻控藻效益研究。笔者在对以上资料进行系统分析研究基础上，揭示星云湖表层水体中浮游藻类数量的发展趋势，调查分析湖区藻类分布状况及资源量、大型仿生式除藻船藻类清除量，分析研究星云湖流域藻浆资源化利用可行性，为更深入研究和进行生态管理，开展星云湖藻类处置及污染控制提供基础资料。
1 研究背景与方法
1.1研究区域介绍
星云湖位于云南省玉溪市江川县境内，地理坐标为102°45′～102°48′ E，24°17′～24°23′ N，属珠江流域南盘江水系的源头湖泊。湖面呈茄形，南北长9.087 km，东西宽4.727 km，湖周长38.8 km，最大水深10.81 m，平均水深6.01 m，当水位为1 722.5 m高程时，湖面积为34.329 km2，湖泊蓄水量为2.098 1亿m3[3]。现行运行水位1 721.5～1 722.5 m，历年最高水位1 723.11 m，最低水位1 720.56 m，最大变幅2.55 m，年内变化0.73～1.68 m，补给系数109，湖水主要靠地表径流和湖面降水补给。
2000年前星云湖水质较好，处于Ⅲ类水质状况。2000年后，全湖水质迅速下降为Ⅳ、Ⅴ类，2003～2013年基本已处于V类与劣Ⅴ类，TN、TP、CODMn、BOD5、TLIc及综合污染指数总体呈上升趋势，2012年星云湖TLIc突破70，为70.16，水体达到重度富营养状态。
1.2分析方法
研究采用了1991～2013年连续监测资料[4]，并引用了大型仿生式除藻船研究课题监测资料。藻类数量的年度统计资料采用3个采样点上3次采样分析的算术平均值。
2 结果与分析
2.1星云湖藻类生物量发展趋势
经历年调查资料分析，星云湖2000年开始暴发蓝藻，主要出现在星云湖湖湾，湖面还没有大面积出现，以后每年4～11月周期性暴发。2002年5月星云湖蓝藻大面积暴发，全湖水面出现水华，特别是湖面下风向湖湾大量藻体堆积。2002年后至今浮游植物生物量发展趋势较快，最大值为2006年1 228.89万个/L，湖面水华暴发频率增大。星云湖浮游植物生物量的组成主要为蓝藻门，蓝藻暴发期间蓝藻门类的生物量占藻类总生物量的80%～90%以上，而优势种铜绿微囊藻又占蓝藻生物量的80%～90%以上，星云湖浮游植物生物量总体呈上升趋势。星云湖浮游植物总量与水体叶绿素a浓度呈显著相关关系[5]，湖水叶绿素a浓度随藻类数量增加而升高，水体迅速富营养化，透明度（SD）多年呈下降趋势（图1）。
2.2星云湖藻资源量调查分析
2.2.1
湖区藻类分布及资源量。星云湖地处北回归线低纬度、高海拔地带，属亚热带西南季风气候，湖区常年主导风向为南风，风频11%，其次是西南风，年平均风速1.8 m/s，静风率36%。受常年主导风向、湖区局地风及湖岸带形状影响，湖面漂浮藻类主要集中分布于北半湖区，即渔村河河咀与螺蛳铺河河咀连线以北湖区，且呈向西北湖湾区聚集之态（图2）。
西北部湖湾湖面面积3.25 km2，漂浮藻类平均厚度约5 mm，共16 250 m3；北半湖西北湖区湖面面积9.28 km2，漂浮藻类平均厚度约2 mm，共18 560 m3；北半湖东南湖区湖面面积4.64 km2，漂浮藻类平均厚度约1 mm，共4 640 m3；除西北部湖湾外，其余湖岸线至湖面100 m区域，岸线29 km，面积2.9 km2，漂浮藻类平均厚度约3 mm，共8 700 m3。湖面漂浮藻浆共计48 150 m3，折合藻鲜重（无自由水状态）为7 704 t，干重404.46 t。
2.2.2
大型仿生式除藻船蓝藻清除资源量。分别对大型仿生式水面蓝藻清除设备进出水及藻浆进行采样分析，结果表明，除藻船进、出水口水体平均藻体含量（鲜重，无自由水状态）分别为26.04、9.29 g/L，即平均除藻率为16.75 g/L；藻浆自然风干试验得出其含水率为99.16%，藻浆样品经沉淀、藻水自然分离后，上层藻体所占体积比约为40%，上层藻体约含60%自由水，藻体鲜重（无自由水状态）平均约为160 g/L。大型仿生式除藻船2011年在星云湖下水运行，主要在蓝藻暴发的夏秋季节进行作业，年平均清除量为1 684 m3，折合藻量（鲜重，无自由水状态）为269.44 t，干重14.15 t。
2.3星云湖藻浆资源化利用可行性分析 2.3.1
藻浆营养成分丰富。经藻浆自然风干后藻体营养物质含量分析，各营养物含量有机质67.88%、全N 5.494%、全P 0.690%、全K 0.805%。相比较常规湿地植物及农作物秸秆，藻体营养物质含量较高，其中全N含量高出近5倍，全P
含量高出近2倍，可见藻浆营养成分明显（表1）。试验分析
平均每升藻浆中含有干藻体8.409 g，按除藻船年平均清除1 684 m3藻浆计算，每年清除湖泊内源污染负荷有机质9.62 t、TN 0.77 t、TP 0.101 t。藻浆发酵过程发生硝化与反硝化作用，发酵完全后，发酵液水体变为中性，浮游藻类全部死亡，N、P及有机污染物浓度较高，其中NH3N 599.66 mg/L、TN 694.38 mg/L、TP 51.95 mg/L、BOD5 2 573.5 mg/L、CODCr 5 725.0 mg/L，可集中利用率大，生物降解及化学降解的有机物随着时间的推移被逐步分解并释放能量，而N、P等指标浓度值则变化不大。藻浆发酵产生的这些营养物浓度值远远超出了湖水浓度值，不打捞利用，将对湖水形成较大污染（表2）。经藻浆发酵后过滤藻渣样分析，各营养物含量有机碳37.1%、全N 0.471%、全P 0.639%、全K 0.591%。可见藻浆发酵后，藻体中以有机物、氮为主的营养物大部分已被转化分解至发酵液中。
2.3.2
藻浆资源化利用无显著生态安全风险。经藻浆自然风干重金属成分分析，对照《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）表1Ⅱ类土壤环境质量二级标准限值，主要评价指标汞、镉、铅、铜、锌、镍、砷均达标；参照《中国土壤元素背景值》研究报告，除硒（人体所需微量元素）外，其各种元素均低于云南省及全国土壤元素算术平均值（表3）。总体来看，藻浆资源化利用无明显重金属污染方面的生态安全风险。
2.3.3
湖区农业生产方式有利于消化利用藻浆。星云湖藻浆打捞供应量充足，作为有机肥利用可缓解藻浆后续存放处置问题。星云湖沿湖主要为水田，土地集约化利用程度高，农业配套设施沤肥池建设逐渐普及，农民对藻浆的使用有一定的认识，认为藻浆有一定的肥效，可利用沤肥池进行储存，混与农作物秸秆及畜禽粪便进行发酵后用于农作物浇灌或用作农田基肥，施用方便，肥效较好。
2.3.4
藻浆在星云湖区具有很好的资源化利用前景。相关研究表明，藻浆发酵后沼液中含有丰富尿素、过磷酸钙及氯化钾，含有丰富的游离态氨基酸，是发展有机农业的优质肥料。目前星云湖人工圈养及散养水葫芦共有182.7 hm2，每年打捞2/3，可打捞水葫芦鲜重4.1万t；星云湖退田还湖建设湖滨带预计每年收割湿地植物残体鲜重1.93万t；星云湖大平地山地每年种植的农作物秸秆鲜重0.35万t；星云湖通过“大型仿生式除藻船”每年6～10月打捞蓝藻0.18万t。通过进一步开展资源化利用研究，将以上资源按不同比例组合发酵每年可生成有机肥近2万t，形成星云湖区废弃物资源化循环利用模式，对改善星云湖生态环境，促进湖盆区产业结构调整，发展生态农业及观光农业具有很好的促进作用。
3 结论
星云湖2000年开始暴发蓝藻，以后每年4～11月周期性暴发，对星云湖水生态系统产生显著影响。星云湖藻类生物量多年呈增长趋势，湖水叶绿素a浓度随藻类数量增加而升高，水体迅速富营养化，透明度多年呈下降趋势。湖区藻类主要分布于西北湖湾，藻浆量共48 150 m3，鲜重7 704 t，干重404.46 t；除藻船年平均打捞藻量共1 684 m3，鲜重269.44 t，干重14.15 t；藻浆藻体鲜重约为160 g/L；藻浆含水率约为99.16%。星云湖流域藻浆资源化利用具有一定可行性，主要体现为藻浆营养成分明显，营养物含量有机质67.88%、全N 5.494%、全P 0.690%、全K 0.805%，发酵液N、P及有机污染物浓度较高，其中NH3-N 599.66 mg/L、TN 694.38 mg/L、TP 51.95 mg/L、BOD5 2 573.5 mg/L、CODCr 5 725.0 mg/L，可集中利用率大；藻浆无显著重金属污染风险；星云湖湖区农业生产方式有利于消化利用藻浆；藻浆在星云湖区具有很好的资源化利用前景。
安徽农业科学2015年
参考文献
[1]
李荫玺，陆娅，刘红，等.抚仙湖浮游植物发展趋势分析[J].湖泊科学，2007，19（2）：223-226.
[2] 杨绍聪，吕艳玲，沐婵，等.漂浮植物对入星云湖河水的净化效应分析[J].西南农业学报，2014（6）：2580-2585.
[3] 海军南海工程设计院勘测队.2002年星云湖地形勘测结果[R].2002.
[4] 玉溪市环境保护局.玉溪市环境质量报告书（1991-2010年度）[R].1991-2010.
[5] 秦洁，吴献花，吴斌，等.星云湖浮游植物和水环境特征研究及相关性分析[J].环境科学与技术，2012，35（6）：46-50.
对星云湖多年表层湖水中藻类的第一手监测资料及大型仿生式除藻船蓝藻控制效果研究资料做了系统的分析研究，旨在揭示星云湖藻类发展趋势，分析藻类资源量，研究藻浆资源化利用。结果表明，星云湖藻类生物量多年呈增长趋势；湖区藻类主要分布于西北湖湾，藻浆量共48 150 m3，鲜重7 704 t，除藻船年平均打捞量共1 684 m3，鲜重269.44 t；星云湖流域藻浆资源化利用具有一定可行性，主要表现为藻浆营养成分明显，无显著生态安全风险，湖区农业生产方式有利于消化利用藻浆，藻浆在星云湖区具有很好的资源化利用前景。
关键词星云湖；藻量；资源化利用
中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2015）24-184-03
浮游藻类是湖泊生态系统生产力的基础[1-2]。星云湖近年持续暴发蓝藻，藻类大量死亡后，藻体在腐败、被分解的过程中，消耗水中大量的溶解氧，并会上升至水面而形成一层绿色的黏质物，使水体严重恶臭并发酵释放污染物，从而影响湖泊水质，水体富营养化进程加快，透明度下降，湖泊生态系失衡，多种生态服务功能散失。1989年以来玉溪市环境监测站对星云湖浮游藻类进行了连续监测，积累了比较系统的监测资料。2011年由南京地理与湖泊研究所设计的大型仿生式除藻船在星云湖下水运用，并开展了相关除藻控藻效益研究。笔者在对以上资料进行系统分析研究基础上，揭示星云湖表层水体中浮游藻类数量的发展趋势，调查分析湖区藻类分布状况及资源量、大型仿生式除藻船藻类清除量，分析研究星云湖流域藻浆资源化利用可行性，为更深入研究和进行生态管理，开展星云湖藻类处置及污染控制提供基础资料。
1 研究背景与方法
1.1研究区域介绍
星云湖位于云南省玉溪市江川县境内，地理坐标为102°45′～102°48′ E，24°17′～24°23′ N，属珠江流域南盘江水系的源头湖泊。湖面呈茄形，南北长9.087 km，东西宽4.727 km，湖周长38.8 km，最大水深10.81 m，平均水深6.01 m，当水位为1 722.5 m高程时，湖面积为34.329 km2，湖泊蓄水量为2.098 1亿m3[3]。现行运行水位1 721.5～1 722.5 m，历年最高水位1 723.11 m，最低水位1 720.56 m，最大变幅2.55 m，年内变化0.73～1.68 m，补给系数109，湖水主要靠地表径流和湖面降水补给。
2000年前星云湖水质较好，处于Ⅲ类水质状况。2000年后，全湖水质迅速下降为Ⅳ、Ⅴ类，2003～2013年基本已处于V类与劣Ⅴ类，TN、TP、CODMn、BOD5、TLIc及综合污染指数总体呈上升趋势，2012年星云湖TLIc突破70，为70.16，水体达到重度富营养状态。
1.2分析方法
研究采用了1991～2013年连续监测资料[4]，并引用了大型仿生式除藻船研究课题监测资料。藻类数量的年度统计资料采用3个采样点上3次采样分析的算术平均值。
2 结果与分析
2.1星云湖藻类生物量发展趋势
经历年调查资料分析，星云湖2000年开始暴发蓝藻，主要出现在星云湖湖湾，湖面还没有大面积出现，以后每年4～11月周期性暴发。2002年5月星云湖蓝藻大面积暴发，全湖水面出现水华，特别是湖面下风向湖湾大量藻体堆积。2002年后至今浮游植物生物量发展趋势较快，最大值为2006年1 228.89万个/L，湖面水华暴发频率增大。星云湖浮游植物生物量的组成主要为蓝藻门，蓝藻暴发期间蓝藻门类的生物量占藻类总生物量的80%～90%以上，而优势种铜绿微囊藻又占蓝藻生物量的80%～90%以上，星云湖浮游植物生物量总体呈上升趋势。星云湖浮游植物总量与水体叶绿素a浓度呈显著相关关系[5]，湖水叶绿素a浓度随藻类数量增加而升高，水体迅速富营养化，透明度（SD）多年呈下降趋势（图1）。
2.2星云湖藻资源量调查分析
2.2.1
湖区藻类分布及资源量。星云湖地处北回归线低纬度、高海拔地带，属亚热带西南季风气候，湖区常年主导风向为南风，风频11%，其次是西南风，年平均风速1.8 m/s，静风率36%。受常年主导风向、湖区局地风及湖岸带形状影响，湖面漂浮藻类主要集中分布于北半湖区，即渔村河河咀与螺蛳铺河河咀连线以北湖区，且呈向西北湖湾区聚集之态（图2）。
西北部湖湾湖面面积3.25 km2，漂浮藻类平均厚度约5 mm，共16 250 m3；北半湖西北湖区湖面面积9.28 km2，漂浮藻类平均厚度约2 mm，共18 560 m3；北半湖东南湖区湖面面积4.64 km2，漂浮藻类平均厚度约1 mm，共4 640 m3；除西北部湖湾外，其余湖岸线至湖面100 m区域，岸线29 km，面积2.9 km2，漂浮藻类平均厚度约3 mm，共8 700 m3。湖面漂浮藻浆共计48 150 m3，折合藻鲜重（无自由水状态）为7 704 t，干重404.46 t。
2.2.2
大型仿生式除藻船蓝藻清除资源量。分别对大型仿生式水面蓝藻清除设备进出水及藻浆进行采样分析，结果表明，除藻船进、出水口水体平均藻体含量（鲜重，无自由水状态）分别为26.04、9.29 g/L，即平均除藻率为16.75 g/L；藻浆自然风干试验得出其含水率为99.16%，藻浆样品经沉淀、藻水自然分离后，上层藻体所占体积比约为40%，上层藻体约含60%自由水，藻体鲜重（无自由水状态）平均约为160 g/L。大型仿生式除藻船2011年在星云湖下水运行，主要在蓝藻暴发的夏秋季节进行作业，年平均清除量为1 684 m3，折合藻量（鲜重，无自由水状态）为269.44 t，干重14.15 t。
2.3星云湖藻浆资源化利用可行性分析 2.3.1
藻浆营养成分丰富。经藻浆自然风干后藻体营养物质含量分析，各营养物含量有机质67.88%、全N 5.494%、全P 0.690%、全K 0.805%。相比较常规湿地植物及农作物秸秆，藻体营养物质含量较高，其中全N含量高出近5倍，全P
含量高出近2倍，可见藻浆营养成分明显（表1）。试验分析
平均每升藻浆中含有干藻体8.409 g，按除藻船年平均清除1 684 m3藻浆计算，每年清除湖泊内源污染负荷有机质9.62 t、TN 0.77 t、TP 0.101 t。藻浆发酵过程发生硝化与反硝化作用，发酵完全后，发酵液水体变为中性，浮游藻类全部死亡，N、P及有机污染物浓度较高，其中NH3N 599.66 mg/L、TN 694.38 mg/L、TP 51.95 mg/L、BOD5 2 573.5 mg/L、CODCr 5 725.0 mg/L，可集中利用率大，生物降解及化学降解的有机物随着时间的推移被逐步分解并释放能量，而N、P等指标浓度值则变化不大。藻浆发酵产生的这些营养物浓度值远远超出了湖水浓度值，不打捞利用，将对湖水形成较大污染（表2）。经藻浆发酵后过滤藻渣样分析，各营养物含量有机碳37.1%、全N 0.471%、全P 0.639%、全K 0.591%。可见藻浆发酵后，藻体中以有机物、氮为主的营养物大部分已被转化分解至发酵液中。
2.3.2
藻浆资源化利用无显著生态安全风险。经藻浆自然风干重金属成分分析，对照《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）表1Ⅱ类土壤环境质量二级标准限值，主要评价指标汞、镉、铅、铜、锌、镍、砷均达标；参照《中国土壤元素背景值》研究报告，除硒（人体所需微量元素）外，其各种元素均低于云南省及全国土壤元素算术平均值（表3）。总体来看，藻浆资源化利用无明显重金属污染方面的生态安全风险。
2.3.3
湖区农业生产方式有利于消化利用藻浆。星云湖藻浆打捞供应量充足，作为有机肥利用可缓解藻浆后续存放处置问题。星云湖沿湖主要为水田，土地集约化利用程度高，农业配套设施沤肥池建设逐渐普及，农民对藻浆的使用有一定的认识，认为藻浆有一定的肥效，可利用沤肥池进行储存，混与农作物秸秆及畜禽粪便进行发酵后用于农作物浇灌或用作农田基肥，施用方便，肥效较好。
2.3.4
藻浆在星云湖区具有很好的资源化利用前景。相关研究表明，藻浆发酵后沼液中含有丰富尿素、过磷酸钙及氯化钾，含有丰富的游离态氨基酸，是发展有机农业的优质肥料。目前星云湖人工圈养及散养水葫芦共有182.7 hm2，每年打捞2/3，可打捞水葫芦鲜重4.1万t；星云湖退田还湖建设湖滨带预计每年收割湿地植物残体鲜重1.93万t；星云湖大平地山地每年种植的农作物秸秆鲜重0.35万t；星云湖通过“大型仿生式除藻船”每年6～10月打捞蓝藻0.18万t。通过进一步开展资源化利用研究，将以上资源按不同比例组合发酵每年可生成有机肥近2万t，形成星云湖区废弃物资源化循环利用模式，对改善星云湖生态环境，促进湖盆区产业结构调整，发展生态农业及观光农业具有很好的促进作用。
3 结论
星云湖2000年开始暴发蓝藻，以后每年4～11月周期性暴发，对星云湖水生态系统产生显著影响。星云湖藻类生物量多年呈增长趋势，湖水叶绿素a浓度随藻类数量增加而升高，水体迅速富营养化，透明度多年呈下降趋势。湖区藻类主要分布于西北湖湾，藻浆量共48 150 m3，鲜重7 704 t，干重404.46 t；除藻船年平均打捞藻量共1 684 m3，鲜重269.44 t，干重14.15 t；藻浆藻体鲜重约为160 g/L；藻浆含水率约为99.16%。星云湖流域藻浆资源化利用具有一定可行性，主要体现为藻浆营养成分明显，营养物含量有机质67.88%、全N 5.494%、全P 0.690%、全K 0.805%，发酵液N、P及有机污染物浓度较高，其中NH3-N 599.66 mg/L、TN 694.38 mg/L、TP 51.95 mg/L、BOD5 2 573.5 mg/L、CODCr 5 725.0 mg/L，可集中利用率大；藻浆无显著重金属污染风险；星云湖湖区农业生产方式有利于消化利用藻浆；藻浆在星云湖区具有很好的资源化利用前景。
安徽农业科学2015年
参考文献
[1]
李荫玺，陆娅，刘红，等.抚仙湖浮游植物发展趋势分析[J].湖泊科学，2007，19（2）：223-226.
[2] 杨绍聪，吕艳玲，沐婵，等.漂浮植物对入星云湖河水的净化效应分析[J].西南农业学报，2014（6）：2580-2585.
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[5] 秦洁，吴献花，吴斌，等.星云湖浮游植物和水环境特征研究及相关性分析[J].环境科学与技术，2012，35（6）：46-50.