2010—2021年巢湖蓝藻水华暴发的动态变化规律及驱动因素分析

摘要 为了解巢湖蓝藻水华暴发的动态变化规律及其影响因素，基于2010—2021年巢湖水华暴发面积、频次、藻密度及叶绿体a含量，分析了巢湖近10年蓝藻水华暴发的动态变化规律。结果表明，巢湖蓝藻在每年4—9月增殖较快，巢湖蓝藻水华暴发面积在2010—2018年呈上升趋势，2018年达434 km2，为巢湖蓝藻水华暴发的拐点，此后水华面积下降。2017—2021年巢湖藻密度稳中有降，水华面积呈下降趋势，但水华暴发频次未见减少。基于近10年巢湖营养盐浓度、气温、水位、降雨量、日照时数数据与蓝藻水华暴发面积的相关分析表明，氮、磷营养盐是诱发巢湖藻类增殖的主要原因，气温、降雨量、日照时数、水位等气象水文因子为巢湖蓝藻水华暴发的驱动因素。

关键词 巢湖；蓝藻水华；动态变化；驱动因素

中图分类号 X 524文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2023）18-0069-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.18.016

Analysis to Dynamic changes and Driving Factors of Cyanobacteria Blooms in Chaohu Lake from 2012 to 2021

GAO Rui，CHEN Xi-zi，QIAN Yuan et al

（Lake Ecological Environment Research Institute of Anhui Chaohu Management Bureau， Hefei，Anhui 238000）

Abstract To find out the dynamic changes and influencing factors of cyanobacteria blooms in Chaohu Lake，the dynamic changes of cyanobacteria blooms in Chaohu Lake in the past 10 years were analyzed based on the water bloom area，frequency，algal density，and chloroplast conten from 2010 to 2021.The results showed that cyanobacteria blooms in Chaohu Lake proliferate faster from April to September each year，and the area cyanobacteria blooms showed an upward trend from 2010 to 2018，with a total area of 434 km2 in 2018，as a turning point of the outbreak of cyanobacteria blooms inChaohu Lake.Followed，the area of the blooms has decreased.From 2017 to 2021，the density of algae steadily decreased，and the area of algae has shown a downward trend，but the frequency of cyanobacteria blooms outbreaks has not decreased.Based on the correlation analysis between nutrient concentration，temperature，water level，rainfall，sunshine hours data in the past 10 years and the outbreak area of cyanobacteria blooms.The result showned that nitrogen and phosphorus nutrients are the main causes of cyanobacteria blooms in Chaohu Lake，and meteorological and hydrological factors such as temperature，rainfall，sunshine hours，and water level are the driving factors for the outbreak of cyanobacteria blooms in Chaohu Lake.

Key words Chaohu Lake；Cyanobacteria blooms；Dynamic changes;Driving factors

蓝藻是淡水湖泊中较常见的浮游植物种类，在适宜的气象条件和营养盐浓度下，就会暴发性地生长，形成蓝藻水华［1］。蓝藻水华导致水质恶化，继而破坏湖泊生态系统结构，引起水生态系统功能退化，造成严重的生态环境风险或直接的环境污染［2-3］。因此，掌握巢湖蓝藻水华的动态变化特征，对控制水华及建立预警机制、评价蓝藻生态环境风险、研究蓝藻水华暴发的原因非常重要。

巢湖蓝藻水华历史悠久，可以追溯到19世纪末。据生长在巢湖周边群众反映，当地人沿巢湖一带每年捞取数百万担蓝藻作为农田肥料，称之为“巢湖之宝，禾苗之父”［4］。随着湖泊营养盐的累积，巢湖蓝藻水华自20世纪80年代逐渐加剧，至20世纪90年代初期，进入到蓝藻水华历史上的高峰期；自2005年，大规模水华发生的频度由原先集中在6月，发展至目前1—11月均有发生；从暴发范围上，从原先主要集中于西半湖，发展至目前扩延到东半湖龟山一带的全湖性水华暴发［5］。蓝藻水华的发生使得巢湖的生态服务功能和价值减弱，制约了区域社会经济可持续发展，因此有必要开展巢湖蓝藻水华近年来的动态变化特征研究。

蓝藻水华暴发是湖泊受物理、化学、生物等因素综合影响的结果。一方面为内在因素，如较高的湖泊富营养化状态是蓝藻水华发生的根本原因，包括藻类生长需要的营养物质、藻类自身的生理结构［6］。另外一方面为外在因素，如在营养盐充足的情况下，环境因素对蓝藻水华的暴发和扩散起到重要作用［6-8］，如风速、温度、降水等气象条件对蓝藻水华暴发有不容忽视的影响［9-10］。因此，有必要开展巢湖蓝藻水华暴发的驱动力因素研究，可结合风力、降雨、温度等环境条件，来提前预测巢湖蓝藻水华暴发现象，便于采取相关对策。该研究对2010—2022年巢湖蓝藻水华的时空变化特征进行分析，并进一步探究巢湖蓝藻水华暴发与气象因素间的响应关系，为巢湖蓝藻水华的预测预警及控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

为保证长序列数据分析的科学性和代表性，蓝藻水华监测数据采用2010—2021年安徽省巢湖管理局环境保护监测站对巢湖湖区的蓝藻应急监测数据，如藻密度均值、叶绿素a浓度均值、pH、DO、CODMn、氨氮、总磷、总氮；采用生态环境部卫星环境应用中心《巢湖水华遥感监测日报》数据来统计2010—2021年巢湖蓝藻水华暴发频次、累积面积；累积气温、日降雨量及日照时数等气象数据采用巢湖湖区航标气象站自动监测数据；水文数据水位采用巢湖中庙水文站自动监测数据。所有自动监测数据经人工清洗后使用。

1.2 分析方法 采用 Origin 2023软件对试验数据处理分析及作图；使用SPSS软件进行藻类指标与营养盐指标的Person相关性分析；使用Excel进行Chla与TN的相关性作图。

2 结果与分析

2.1 2010—2021年藻类密度、叶绿色a浓度的年际、月度变化特征

图1（a）显示，2010—2021年巢湖藻密度均值在277～1 049万个/L，最大值出现在2015年，最小值出现在2021年。从总体趋势来看，巢湖蓝藻水华程度呈现先上升后下降趋势，峰值出现在2015年；2017—2021年巢湖藻密度稳中有降，水华程度有所好转。

图1（b）统计2010—2021年巢湖蓝藻应急监测期间各月的藻密度及叶绿素a均值可以发现，藻密度和叶绿素均呈先上升后下降的变化过程，其中叶绿素在6月份相对较高，藻密度在8月份相对较高。根据蓝藻生长阶段理论，4月、5月是蓝藻开始复苏生长的季节，4—8月藻类生物量不断累积，至8月份藻类生物量达到极值，9月开始藻类进入消亡期，藻类生物量逐渐降低［5，11］，可知该研究结果是符合蓝藻生长阶段理论的。

2.2 2010—2021年巢湖水华暴发频次、累积面积变化特征

由生态环境部卫星环境应用中心的水华遥感监测数据可知，巢湖蓝藻水华出现的次数与累积面积呈较大幅度波动，其中2011、2021年出现的次数较少，2011、2013年累积面积较小［12］。

自2010年以来，巢湖蓝藻水华发生的最大面积呈逐渐增加趋势。2018年发生近10年来最大面积水华，水华发生面积达到434 km2，其次是2015年，最大水华发生面积为322 km2（图2）。

从2010—2021年的蓝藻水华规模统计结果来看，2018年是蓝藻水华最严重的年份，蓝藻水华暴发次数、最大暴发面积、累积暴发面积、平均暴发面积均出现在该年；2011年是蓝藻水华情况较好的年份，其中水华暴发次数、累积暴发面积均最小，最大暴发面积和平均暴发面积相对较小。总体来看，巢湖水华发生规模呈上升趋势，分阶段来看，2018年是巢湖蓝藻水华暴发的拐点，近年来总体规模呈下降趋势，但暴发频次未见减少［13］。

2.3 巢湖蓝藻水华驱动因素分析

2.3.1 营养盐。

从2010—2021年叶绿素a与各营养盐指标的多年月均变化情况分析可知（图3），氨氮和总氮从5月份开始呈下降趋势，10月份开始呈上升趋势，与叶绿素变化趋势相反，藻类的生长需要吸收水体中的营养盐物质，形成一种生物富集效应［11］，因而除了随气温升高，水体生物脱氮和水体反硝化脱氮能力增强外，藻类的生长同样会影响水体中营养盐的含量，藻类生长导致水体中含氮营养盐浓度降低［12］。与水体中总氮及氨氮含量变化趋势不同，高锰酸盐指数和总磷从5月份开始呈上升趋势，10月份开始呈下降趋势，与叶绿素变化趋势相同［14］。巢湖为浅水湖泊，水体随风浪影响扰动大，理化条件的改变会很容易传导至巢湖底质上覆水［13］。由于上覆水pH升高以及水体中总磷的生物富集，使得水体对底泥中的磷存在一种“泵吸作用”，即底泥中磷的释放，导致水体总磷浓度上升［15］。

表1～3分别采用2008年至2021年6月巢湖东西半湖及全湖的区域均值、各点位单次监测值、水温25 ℃以上的单次监测值，用Person相关性分析方法，来判别藻类生长与各环境因子之间的相互关系。分析表明，水体中pH、DO与叶绿素a和藻密度呈显著正相关，说明藻类生长过程中藻类光合作用有利于水体中溶解氧的恢复，pH也随之上升［14］。叶绿素a与水体中CODMn、藻密度呈显著相关性，说明水体中CODMn主要来源于藻类生长产生的有机质。

进一步筛选数据，选取水温>25 ℃、藻密度>200万个/L时各指标监测值，取对数分析，结果见图4。ln（Chla）与ln（TN）、ln（TP）的正相关性表明了氮、磷营养盐是诱发藻类增殖的主要原因。

2.3.2 气象因素。

对巢湖气象数据进行分析，发现2010—2021年水华发生时对应的气温往往高于13 ℃。将气温超过13 ℃日均气温累加，作为适于巢湖蓝藻水华发生的活动积温，可以看出巢湖年累积气温和高于13 ℃气温的年出现天数均呈显著增长趋势（图5），这与前文分析的蓝藻水华规模总体趋势一致，表明巢湖蓝藻水华发生面积增大可能受全球气候变暖的影响［16］。