太湖蓝藻预警采样点位布设与采样层次的研究

徐恒省，李继影，王亚超，孙 艳，刘孟宇，景 明(苏州市环境监测中心站，江苏 苏州 215004)

·监测技术·

太湖蓝藻预警采样点位布设与采样层次的研究

徐恒省，李继影，王亚超，孙 艳，刘孟宇，景 明(苏州市环境监测中心站，江苏 苏州 215004)

蓝藻水华的聚集和分布与气象条件有着密切的关系。根据近几年蓝藻预警监测及科研的实践，分析了风向对蓝藻迁移的影响，以及不同深度的藻密度变化情况。以此为依据，对太湖蓝藻监测时采样点位布设与采样层次选择的方案进行了比较研究，并提出了优化方案，为环太湖地区的相关部门更好地开展蓝藻预警监测工作提供了科学依据。

太湖;预警监测;风向;采样点位;采样层次

湖泊富营养化和蓝藻水华暴发是当前中国淡水湖泊面临的最重要的环境问题之一，也是全世界湖泊富营养化控制的重点，且随着经济的发展和人类活动影响的扩大而日趋严重［1］。太湖是长江中下游地区最典型的浅水型湖泊，平均水深1.9 m左右，周边人口稠密，经济发达。自20世纪60年代，太湖不断暴发蓝藻水华，近年来暴发频率仍在逐年增高，尤其是2007年5月28日“无锡太湖水危机”发生以后，太湖更是成了全球关注的焦点。目前，太湖流域的各级相关部门均已开展了蓝藻水华预警监测科研工作。根据已有研究表明，气象条件对蓝藻水华的形成和迁移聚集有着重要的影响［2］。笔者结合2011年5月至9月太湖相关的气象条件以及长期的实际监测科研数据，对蓝藻监测工作中的点位布设以及采样层次的选择进行研究，以期对今后的太湖蓝藻水华预警监测工作提供参考。

1 湖面风向情况对采样点位布设的影响

太湖有大面积的开敞水域，湖区的局地大气环境影响比较明显，湖面的实时风向在各湖区略有不同［3］。本文选择了长期受到关注的太湖西南部湖区的小梅口至泽山，以及东北部湖区的水源地周围区域为研究区，对蓝藻随湖面风向变化而产生的迁移方向进行探讨。

1.1 湖面风向对西南湖区局地蓝藻迁移的影响

小梅口至泽山区域位于太湖的西南部湖区，小梅口在泽山的西南方向，2011年，在蓝藻水华暴发可能性较高的5月至9月间，对此区域进行了连续的人工现场调查，并记录了相关的藻密度数据(图1)。

图1 小梅口与泽山2011年藻类密度比较

通过对比分析所记录的藻密度数据与每日的风向资料发现，在持续的西风或南风影响下，湖面藻类颗粒由上风向的小梅口向下风向的泽山迁移，造成下风向的泽山藻类密度升高，而在持续东风或东北风影响下，下风向小梅口的藻类密度明显高于上风向的泽山(图2)。

图2 不同风向下两个采样点藻密度对比

同时，结合相关数据，还研究了风向临时改变时，持续风向及短时间风向对蓝藻迁移的影响。以2011年7月28日为例，之前5 d湖区内持续东南风，小梅口的藻密度一直高于泽山，而在7月28日当天转为偏南风，但藻类密度数据显示蓝藻的迁移方向还是主要受持续风向的影响(图3)。

图3 2011年7月28日小梅口与泽山藻密度对比

考虑到研究区域可能受到周围湖区蓝藻迁移的影响，为了使结果明晰、便于研究，对研究区周围相邻的几个点位也进行相应的调查，并结合当时的气象卫星太湖蓝藻遥感图像，发现当东南风为主时，研究区上风向的藻类颗粒会向研究区附近迁移，这也进一步印证了湖面风向对蓝藻迁移的影响。

蓝藻的迁移聚集是受多种因素共同作用的一个复杂过程，从上面的研究发现，太湖局地湖面下风向的藻类密度往往高于上风向的藻类密度，这说明，湖面风向对蓝藻的迁移和聚集表现出重要作用。因此，在蓝藻水华监测中，风向是科学布设采样点位时所必须考虑的一个重要因素。

1.2 湖面风向对水源地蓝藻迁移的影响

水源地是蓝藻预警监测防控的重点，太湖是重要的水源地，其水质的好坏直接关系到湖泊周边几千万人口的饮水质量和安全。对于水源地的蓝藻水华的常规监测，一般是在水源地的取水口附近布设采样点位［4］。在水源地可能受到蓝藻侵袭的时期，对上漫山岛，大、小贡山以西、金墅港等一线湖区进行重点调查。结果显示，2010年8月上旬，大、小贡山以西湖区藻类密度维持在2 000万个细胞/L以上的水平，部分湖区极值达到4 000多万个细胞/L。结合当时持续西北风影响的气象条件，可以发现蓝藻水华迁移侵袭到邻近的下风向水源地。此次调查显示，在蓝藻暴发时，风向对蓝藻迁移的影响较常态下更为显著，点位的布设更需考虑风向因素。

1.3 风向对表层藻类颗粒迁移的影响

研究组分析了水华暴发时不同点位的表层藻类密度，进一步探讨风向对表层藻类密度的影响。在蓝藻暴发时，对某取水口头部至其西侧湖区5 km一线的5个点位进行调查，发现距离取水口头部越近，表层藻类密度值越高(图4)。结合当时的气象条件(持续的西风)，调查结果反映了风向作用下，蓝藻水华向下风向的取水口头部迁移的现象。因此，与亚表层一样，表层(0～0.2 m)监测数据也体现了风向作用，依据风向布设采样点位的方案适用于表层采样。

图4 取水口头部至5 km一线水华暴发时表层藻类密度

综上所述，在蓝藻水华暴发前，固定的采样点位应布设在水源地取水口附近。在蓝藻水华暴发时，采样点位的布设应首先考虑风向作用，在实际工作中，应根据气象条件在下风向布设随机点位，以求及时准确地掌握太湖蓝藻的发生及迁移情况。

2 太湖蓝藻水华监测时采样层次的选择

根据《水和废水监测分析方法(第四版增补版)》中浮游生物采样方法中关于采样深度的相关规定:浮游生物在水体中垂直分布有所不同，应根据各水体具体情况采取不同的取样层次，水深2 m以内的，仅在0.5 m左右深处采集亚表层水样即可，若透明度很小，可在下层加取一样，并与表层混合制成混合样［5］。太湖是平均水深在1.9 m左右的浅水型湖泊，水体透明度通常较高，根据此标准，在湖面下0.5 m深处采集水样即可，但在长期的实际监测工作中发现，常态下，取水口头部藻类密度在不同水深处的差异较小，仅采集亚表层水样就能说明情况，而在蓝藻暴发时，表层藻类密度远远高于亚表层，蓝藻水华暴发程度更多体现在表层(图5)。

图5 取水口头部不同层次藻类密度比较

2.1 常规监测时采样层次选择

太湖上的浮标站多配有悬浮的YSI多参数水质监测仪，可以实现对同一点位不同水深藻类密度的实时连续监测。在未暴发水华的湖区，研究组选取了其中一个点位1个月的数据进行了综合分析，结果显示1.0 m水深与0.5 m水深的藻类密度基本呈正相关，1.0 m水深的藻类密度总体上略低于0.5 m水深，其变化趋势与0.5 m水深的相似(图6)。数据反映同一点位的水体中藻类密度在不同深度有所变化，随水中藻类颗粒上浮，浅层的藻类密度将略高于深层，但是，浅层与深层藻类密度的差值基本稳定在一定的范围内。所以，根据《水和废水监测分析方法(第四版增补版)》中相关采样标准，选取亚表层(0.5 m水深)的数据，就能够掌握水体中的藻类密度变化趋势。

图6 2010年9月梅梁湖口0.5 m与1.0 m剖面藻类密度变化趋势比较

2.2水华暴发时采样层次选择

蓝藻水华暴发时，由于蓝藻在水体中具有昼夜垂直迁移的特性，水体不同层次中的藻类分布不同，大量蓝藻在湖面表层聚集，因此研究组对同一点位在该时期内的表层藻类密度变化也进行了连续的监测，并与亚表层数据进行了比较(图7)。在调查的10 d内，表层藻类密度与亚表层藻类密度变化趋势基本一致，呈正相关，但也有少数情况下，变化趋势不一致，这是由于藻类的垂直迁移影响了藻类在不同层次的分布。因此，在蓝藻水华暴发时，表层不能替代亚表层，应结合表层与亚表层监测数据，全面反映水华暴发程度。

图7 庙泾闸10 d内的表层与亚表层藻类密度变化趋势比较

综上所述，在常态下，可以通过亚表层监测数据掌握水体中藻类的生长、发展状态;而在蓝藻暴发时，应结合亚表层与表层监测数据，全面、准确地反映蓝藻暴发程度。根据此结论，制定了太湖蓝藻监测的采样层次方案:在常态监测中，采集亚表层(0.5 m水深)的水样;在蓝藻水华暴发时，采集亚表层水样，并加采表层(0～0.2 m水深)水样。

3 结论

经过此次调查研究，结果显示在湖泊蓝藻防控时，要充分考虑蓝藻生长和暴发时段，科学设计防控预案，合理调配人力等资源，达到事半功倍的效果。研究组通过分析提出了太湖蓝藻预警监测的采样点位布设和采样层次的初步方案:在蓝藻水华暴发前，固定的采样点位应布设在水源地取水口附近;在蓝藻水华暴发时，采样点位的布设应首先考虑风向作用，在实际工作中，应根据气象条件在下风向布设随机点位，以求及时准确地掌握太湖蓝藻的发生及迁移情况。

［1］ 秦伯强.长江中下游浅水湖泊富营养化发生机制与控制途径初探［J］. 湖泊科学，2002，14(3):193- 202.

［2］ 王成林，张宁红，张咏，等.基于气象条件的太湖湖泛预警研究［J］. 环境监控与预警，2010，2(5):1- 4.

［3］ 王成林，黄娟，钱新.高温微风条件下太湖流域风场时空特诊分析［J］. 湖泊科学，2011，23(1):122- 128.

［4］ 徐恒省，洪维民，王亚超，等.太湖饮用水源地蓝藻水华预警监测体系的构建［J］.环境监测管理与技术，2008，20(1):1- 3.

［5］ 国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法(第四版增补版)［M］.北京:中国环境科学出版社，2002:701.

Research on Setting up Sampling Spot and Sampling Layer in Early Warning Monitor to Cyanobacteria in Taihu Lake

XU Heng-sheng ，LI Ji-ying，WANG Ya-chao，SUN Yan，LIU Meng-yu，JING Ming
(Suzhou Environmental Monitoring Central Station，Suzhou，Jiangsu 215004，China)

According to the relationship between the distribution of cyanobacteria bloom and weather conditions，combined with the research and the practice of early warning monitor to cyanobacteria bloom，the effects of wind direction on cyanobacteria bloom migrating，and the variation of the cyanobacteria′s density in different layers were analyzed.Based on the analysis，an optimization scheme of sampling spot set up and sampling layer chose for early warning monitor to cyanobacteria bloom in Taihu Lake was given，and this scheme could provide scientific proof for the relevant departments around Taihu Lake to carry out early warning monitor to cyanobacteria bloom.

Taihu Lake;early warning monitor;wind direction;sampling spot;sampling layer

X830.1

A

1674- 6732(2012)-04- 0016- 04

10.3969/j.issn.1674- 6732.2012.04.004

2011- 12- 15

江苏省太湖治理科研课题(TH2010101)。

徐恒省(1972—)，男，高级工程师，本科，从事生态、生物监测工作。