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天災or人禍?太湖水危機,你真的了解嗎

天災or人禍?太湖水危機,你真的了解嗎

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李玲玲(科學院南京地理與湖泊研究所)

編者按

對於關注水污染的童鞋來說,十年前江蘇太湖爆發的嚴重水危機事件想必還記憶猶新吧?那次的藍藻水華事件造成無錫全城自來水污染,生活用水和飲用水嚴重短缺,超市、商店裡的桶裝水被搶購一空。

其實,太湖的藍藻爆發並不是一次「突發的自然災害」,大院er特別請到中科院南京地理與湖泊研究所的老師,為大家解讀藍藻爆發背後的科學。

大家好,我是太湖。本湖一向低調,但有時候運氣來了擋也擋不住,誰曾想,低調如我,竟也曾當過「網紅」,被各大媒體爭相報道,這是咋回事呢?

2007年5月29日,一向作為無錫水源地的我突然發現自己發黑髮臭(圖1),不能飲用。一場水危機就這麼爆發了,無錫市民只能到超市搶購純凈水。我也因此出了名。

圖1 太湖藍藻爆發(圖片來源於網路)

唉,這名出得著實不光彩,我多麼希望自己像過去那樣清澈。那我為啥會變成這樣了呢?事情還要從頭說起……

雖然我已經聲名遠播,但要說到我的前世今生,知道的小夥伴應該不多。那我就先來個自我介紹吧。

圖2 太湖美圖(圖片來源於網路)

我叫太湖,古時還有很多別名,如震澤、具區、五湖和笠澤等,這些名字在古籍中都是有圖有真相的。那我怎麼又叫太湖了呢?

商代末期,姬昌(未來的周文王)的大伯泰伯(亦作「太伯」)因為想讓賢者(他的弟弟,周文王的父親)繼承王位,便從中原避位到江南,在今無錫梅里一帶建造了小城「太伯邑」。而我恰好與「太伯邑」相鄰,於是名字順理成章地就被改成了太湖。

大家看,雖說我的名字不起眼,但它已經有三千多年歷史了呢。

我住在長江三角洲的南緣,有2427.8平方千米那麼大,是的第三大淡水湖。雖然面積不小,但我個子不高,平均深度只有1.89米,屬於大型淺水湖泊

其實我年齡已經很大了,大到很多事都記不清了。所幸,我有一個頭腦靈光的科學家冬粉團,他們發明了一種叫沉積學的東西來分析我的出生。當然人多了必然引起爭執,何況我的冬粉還是一幫「認真」的人。

關於我的出生,主要有「瀉湖成因說」、「構造成湖說」、「三江壅塞說」、「風暴流渦動成因說」以及「隕石說」等說法。這其中,關於「我到底是不是瀉湖演變而來」的問題吵的最凶。

反對者認為我是由河流堰塞形成,而非全新世海侵形成的海灣、瀉湖演變而來。然而,除去爭執不談,在很多方面他們還是達成了共識。

沿岸水系格局的確立是形成我現在相貌的基礎,即所謂「三江即入,震澤底定」

由於地貌格局的演變,原來流往杭州灣,匯入東海的苕溪河改變了流向,從我的西南邊向我湧來。這一下我可受不了了,湖水太多漲的我難受,迫於無奈我只能「水往低處流」,哪裡有口我就往哪鑽。

眼看著我的到來導致民不聊生,我也苦不堪言,幸好這時出現了一個英雄大禹,他疏通了婁江,吳淞江和東江三江(圖3),讓我一瀉千里,好不暢快!

圖3 太湖古地理(洪雪晴, 1991)

這件事大概發生在距今3700年前,也有說是距今2000-2500年左右。總之,我和我周圍的人民過上了幸福的生活。後來由於人類水利工程的建設,我不能從婁江和東江排水了,吳淞江水量也越來越小。於是我的面積不斷擴大,長成了現在的樣子。

說起我的長相,其實蠻Q的,我的西面和南面岸線比較平滑,呈弧狀,北面和東面有許多湖灣。俯瞰有點像一隻頭朝西南方向的花枝,這個特點恐怕全世界獨一無二了吧。有冬粉認為,我的西南岸線呈弧形是湖流侵蝕的緣故(圖4),同時我的沉積物的類型也受到這些流的影響。

圖4 太湖湖流分佈與沉積類型(孫順才和伍貽範,1987)

本來我可以就這樣一年年平靜地生活下去,直到衰老和死亡。但到了20世紀,我的周圍發生了變化:

之前可愛的江南水鄉蘇州、無錫摒棄了漂亮的徽派建築,蓋起了醜陋的大高樓。很多人不再騎腳踏車,開上了四輪小汽車,那速度真快,聽說能一路開到北京呢,不過它的「屁股」產生的尾氣我聞著實在受不了。我周圍的人口也發生了爆炸性的增長,好多農田上面都蓋了房子。工廠也跟著湊熱鬧,有的都開到我家門口了,嚴重侵犯了我的領地。

這還不算,他們住進來后,還把垃圾、髒水往我肚子里填。我使出渾身解數要潔身自好,但隨著他們變本加厲,我實在承受不住了。近幾十年來,我的水體中的氮、磷等營養物質急速增加,1981年總無機氮濃度比1960年增加了18倍,1998年總磷較1988 年上升了2.7倍。

隨著營養物質的增多,我的身體在悄悄發生著變化,冬粉們給它起了個名字叫「富營養化」。受富營養化的影響,1960年以來,共有23 種水生維管植物從我的湖水裡消失,取而代之的是藍藻的爆發。

藍藻也叫藍綠藻,因其細胞大多呈藍綠色而得名。它屬於原核生物,沒有葉綠體,但是有能進行光合作用的類囊體。藍藻是地球上最早的光合自養生物,出現在距今35~33億年前,據說它對地球表面從無氧的大氣環境變為有氧環境起了巨大的作用,這個還真得感謝它。不過現在的我內心可對它一絲感激也沒有。

藍藻喜歡高溫、強光照偏鹼性和營養物質高的環境,在這樣的環境下它會快速繁殖,每年的6-9月,我的北部和西部湖區就成了它們洗澡的樂園(圖5)。藍藻死亡后,它的屍體隨著降解會消耗水體中的溶解氧,導致魚蝦、水草等水生生物因缺氧而死亡,它們殘體的腐爛又進一步消耗溶解氧,並釋放出營養物質。

還有個厲害之處是,部分藍藻還能進行生物固氮,即把分子氮還原成可供植物利用的氮素化合物。這些固氮藍藻死亡後會釋放出大量的氨態氮,加重我的富營養化。所有這一切形成了一個惡性循環。

藍藻大量繁殖在水面上會形成一層藍綠色而有惡臭味的浮沫,稱為「水華」。發生藍藻水華的水體不但聞著臭,喝著還有毒,因為藍藻細胞的破裂會釋放藻毒素,接觸可導致皮膚過敏,引用可引起肝中毒,甚至危及生命。

圖5 太湖藍藻的分佈範圍(引自太湖湖泊生態系統研究站網站)

最近,科學家冬粉團在我的西北部還發現了一種更嚴重的現象,他們稱之為「黑水團」,也叫「湖泛」

「黑水團」是大面積暗黑色水團,黑水團區溶氧可降為零,氨氮和硫化物濃度超級高,那氣味的酸爽,簡直不能用語言來形容,連藍藻也不能在其中生存。

他們認為,無錫水危機事件正是這些黑水團在作怪。那麼黑水團又是怎麼形成的呢?這就涉及到另一個問題了。

因為幾十年藍藻爆發的影響,我的底泥也不幹凈了,大量未碳化的有機質的沉降導致底泥有機質含量非常高,再加上金屬元素的增加,它們在底泥的厭氧環境中反應產生揮化性硫化物、二甲基三硫等硫醚類物質。揮發性硫化物與底泥中的重金屬化合而形成致黑物質,在吸附凝聚過程中受湖泊風浪及水動力條件影響,懸浮而成「黑水團」。

黑水團正是在藍藻大量死亡、高有機質底泥和溫度高風力小的天氣條件三者均滿足后形成的。2007年就恰好是這樣一個災年。

感謝小夥伴們聽完我這些絮叨。從上面的介紹大家可以看出,無錫水危機事件絕不是一場「突發的自然災害」,它的發生其實早有預兆從人口的增加,工廠、高樓的建設,污染排放,漁業養殖,水生植物、魚類死亡到藍藻爆發,再到發生黑水團,這一切甚至在二三十年前就已命中注定。

可憐我成了無辜的犧牲品。那些十年前在超市搶購純凈水的人們,如今可能已不記得當時的情形,但這一切對於我卻成了家常便飯。

藍藻爆發年年都有,黑水團也時有發生(圖6)。好在我知道人類已經採取措施要讓我變好,對此我心存感激。只是希望十年後大家勿忘歷史,引以為戒!

圖6 2010年8月20日太湖西部沿岸區湖泛黑水團的空間分佈信息提取結果(李旭文等,2012)

致謝:

感謝中科院南京地理與湖泊研究所的閆人華博士及河南省新鄉市平原外國語學校的李娟娟老師對本文寫作提出的寶貴建議及對文章初稿進行的認真修改。

參考文獻:

1. 洪雪晴. 太湖的形成和演變過程, 海洋地質和第四紀地質, 1991, 11(4);

2. 景存義. 太湖的形成和演變, 地理科學, 1989, 9(4);

3. 孫順才和伍貽範. 太湖形成演變與現代沉積作用, 科學, 1987;

4. 秦伯強和羅瀲蔥. 太湖生態環境演化及其原因分析, 第四紀研究, 2004, 24(5);

5. 張運林和秦伯強. 太湖水體富營養化的演變及研究進展, 上海環境科學, 2001, 20(6);

6. Yang, M., J. Yu, Z. Li, Z. Guo, M. Burch, and T.-F. Lin. 2008. Taihu Lake not to blame for Wuxi's woes. science 319.

7. 盛東, 徐兆安和高怡. 太湖湖區「黑水團」成因及危害分析, 水資源保護, 2010, 26(3);

8. 李旭文, 牛志春, 姜晟, 金焰. 太湖湖泛現象的衛星遙感監測, 環境監測管理與技術, 2012, 24(2);

9. 趙凱, 周彥鋒, 蔣兆林, 胡娟, 張秀山, 周潔, 王國祥. 1960年以來太湖水生植被演變, 湖泊科學, 2017, 29(2);

10. 任健, 商兆堂, 蔣名淑, 秦銘榮, 蔣薇. 2007年太湖藍藻暴發的氣象條件分析, 安徽農業科學, 2008,36 (27)

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