張金流,王海靜,劉再華

中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州貴陽(yáng) 550002

旅游活動(dòng)對(duì)黃龍景區(qū)磷酸鹽濃度和水藻生長(zhǎng)的影響

張金流,王海靜,劉再華

中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州貴陽(yáng) 550002

由于其獨(dú)特的鈣華景觀,黃龍風(fēng)景區(qū)從 1992年被聯(lián)合國(guó)教科文組織列入世界自然遺產(chǎn)名錄以來(lái),每年吸引數(shù)以十萬(wàn)甚至百萬(wàn)計(jì)的國(guó)內(nèi)外游客前來(lái)游覽;然而,可能由于旅游活動(dòng)的影響,近年來(lái)黃龍鈣華景觀出現(xiàn)了諸多形式的退化,水藻加速生長(zhǎng)鈣華黑化即是其表現(xiàn)形式之一。為了闡明這一退化現(xiàn)象是否與旅游活動(dòng)有關(guān),從2010年5月底到11月初的豐水時(shí)段,采用野外自動(dòng)監(jiān)測(cè)和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法,對(duì)溪流水藻葉綠素含量和水中的磷酸鹽濃度變化進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著景區(qū)游客人數(shù)的增減,水中磷酸鹽濃度呈現(xiàn)出與之一致的變動(dòng)趨勢(shì);同時(shí),葉綠素與磷酸鹽間也呈現(xiàn)出明顯一致的變動(dòng)趨勢(shì)。因此,我們認(rèn)為,旅游活動(dòng)增加了黃龍景區(qū)的磷酸鹽濃度,并促進(jìn)了水藻的生長(zhǎng),這很可能是黃龍水藻近年來(lái)加速生長(zhǎng)的重要原因,值得引起有關(guān)方面的高度關(guān)注。

景觀退化;旅游活動(dòng);磷酸鹽;水藻生長(zhǎng);四川黃龍

黃龍自然風(fēng)景區(qū)由于其獨(dú)特的鈣華景觀(鈣華池、鈣華瀑布以及鈣華灘流),于1992年被聯(lián)合國(guó)教科文組織列入世界自然遺產(chǎn)名錄,每年吸引數(shù)以十萬(wàn)甚至百萬(wàn)計(jì)的國(guó)內(nèi)外游客前來(lái)游覽;游客人數(shù)從90年代初的年均約 10萬(wàn)人增長(zhǎng)到近年來(lái)的100余萬(wàn)人(如2010年超過(guò)110萬(wàn));隨著游客人數(shù)的逐年增長(zhǎng),景區(qū)內(nèi)餐飲、住宿以及購(gòu)物等服務(wù)業(yè)也獲得了迅速發(fā)展,每年旅游及相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的收入在十億元人民幣以上,成為國(guó)家和地方政府收入的重要來(lái)源。然而,近年來(lái)黃龍鈣華景觀出現(xiàn)了明顯的退化現(xiàn)象(楊俊義等,2004;楊俊義,2004;郭建強(qiáng),2005;單莉莉等,2006;劉再華等,2009),其表現(xiàn)形式之一是:水藻加速生長(zhǎng),死亡后附著鈣華表面,使得鈣華表面由黃變黑,大大影響了黃龍鈣華景觀整體美感,游客對(duì)此強(qiáng)烈不滿;同時(shí),據(jù)相關(guān)研究(Carolyn et al.,1995;Viles et al.,2000;Shiraishi et al.,2008;Martinez et al.,2010)及盧國(guó)平等(Lu et al.,2000)在此處的研究,水生藻類會(huì)侵蝕已有鈣華,減緩新的鈣華沉積。因此,為了黃龍鈣華景觀得以永續(xù)利用,急需對(duì)景觀上述退化現(xiàn)象的機(jī)理性問(wèn)題展開(kāi)研究。

眾所周知,在淡水生態(tài)系統(tǒng)中,磷酸鹽往往是水藻生長(zhǎng)的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽(王勇等,2000),可以促進(jìn)水藻的生長(zhǎng)(Prairie et al.,1989;McCauley et al.,1989;Seip et al.,1994;Klausmeier et al.,2004;劉春光等,2006;孫凌等,2006;羅固源等,2007;李建平等,2007;Dongseon et al.,2009),因此,黃龍水藻近年來(lái)的加速生長(zhǎng),很可能與迅速增強(qiáng)的旅游活動(dòng)所導(dǎo)致的溪流水水質(zhì)受到磷酸鹽污染有關(guān)(劉再華等,2009;王海靜,2009;張金流等,2010)。為了證實(shí)上述推測(cè),我們從2010年4月底到11月初的豐水時(shí)段,采用現(xiàn)場(chǎng)采樣、自動(dòng)監(jiān)測(cè)和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法,對(duì)水中溶解磷酸鹽、水藻葉綠素含量(作為水生藻類生物量的替代指標(biāo))變化做了一個(gè)旅游周期的監(jiān)測(cè),以期揭示黃龍水藻加速生長(zhǎng)的真正原因。

1 研究區(qū)概況

黃龍風(fēng)景區(qū)位于四川省成都市西北約 360km的阿壩藏族羌族自治州松潘縣境內(nèi),屬于青藏高原東部邊緣向四川盆地的過(guò)渡地帶;黃龍溝景區(qū)全長(zhǎng)3.5km,南起望鄉(xiāng)臺(tái),北至涪江河谷,海拔從3100 m到3600 m不等;鈣華沉積物寬度約250 m,從遠(yuǎn)處觀看整個(gè)景區(qū)就似一條黃色的蛟龍,故取名黃龍溝。黃龍溝泉水補(bǔ)給區(qū)巖層以泥盆-石炭系灰?guī)r、白云巖為主(Liu et al.,1995),為鈣華形成提供了豐富的鈣源。景區(qū)內(nèi)年均降雨量約759mm,年均氣溫在1.1℃,屬高寒巖溶區(qū)。黃龍溝地表溪流主要由南起望鄉(xiāng)臺(tái)的斷層泉組黃龍泉(S1)和沿途三個(gè)大的二次轉(zhuǎn)化泉(S2～S4)補(bǔ)給(李前銀等,2009;王海靜等,2011)。如圖1所示。

圖1 黃龍鈣華形成的水文地質(zhì)條件剖面圖及平面圖和取樣點(diǎn)Fig.1 Plan and geological section of Huanglong Ravine with springs and sampling sites

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 磷酸鹽水樣采集和室內(nèi)分析

為了獲取五彩池、瀲滟湖和迎賓池三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(即圖1中的W、L和Y處)水中磷酸鹽濃度的時(shí)間變化規(guī)律,每隔 10天左右,我們用注射器和裝有0.45 μm 玻璃纖維濾膜的過(guò)濾器采集水樣,盛于60ml聚乙烯塑料瓶中,定期帶回中科院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,用離子色譜(美國(guó)戴安公司 ICS90型色譜)分析水中的磷酸鹽含量。采集樣品前,盛樣品的聚乙烯瓶子用1:10硝酸浸泡24小時(shí),之后用超純水清洗三次,再用超純水浸泡 48小時(shí),然后在50℃條件下用烘箱烘干24小時(shí)。

2.2 水藻生物量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)(用葉綠素作為替代指標(biāo))

我們知道,葉綠素a大約占水藻生物量的1%～2%(呂洪剛等,2005;戴榮繼等,2006;叢海兵等,2007),因此,水中水藻葉綠素濃度的變化在某種程度上可以反映水藻生物量的變化。在本研究中,為了獲取瀲滟湖水中葉綠素濃度的時(shí)間變化規(guī)律,我們于湖中安裝一臺(tái)德國(guó)產(chǎn)多參數(shù)水質(zhì)自動(dòng)記錄儀(型號(hào):SEBA MPS572),從 2010年7月 11日到11月 7日,用其自動(dòng)記錄水中葉綠素濃度的變化。該儀器葉綠素濃度的測(cè)試范圍是0.03～500 μg/l,測(cè)試時(shí)間間隔設(shè)置為15分鐘。

2.3 降雨量的記錄

降雨量用安裝于黃龍溝瀲滟湖邊的HOBO小氣象站自動(dòng)記錄,其測(cè)試精度為0.2mm,測(cè)試時(shí)間間隔同樣設(shè)置為15分鐘。

3 結(jié)果和討論

3.1 旅游活動(dòng)對(duì)黃龍溝溪流水磷酸鹽濃度的影響

圖2顯示了黃龍溝景區(qū)上游五彩池和下游迎賓池兩處水中磷酸鹽濃度在實(shí)驗(yàn)期間的變化。五彩池和迎賓池兩采樣點(diǎn)磷酸鹽濃度在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間的變化趨勢(shì)基本一致,因此,下面以五彩池為例來(lái)詳細(xì)分析水中磷酸鹽濃度和游客人數(shù)及降雨量間的關(guān)系。

由圖2可知,五彩池水中磷酸鹽濃度與游客人數(shù)呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)變化趨勢(shì),例如,與游客人數(shù)四個(gè)峰值(圖中分別由四個(gè)向下的箭頭所指示)相對(duì)應(yīng),水中磷酸鹽濃度也相應(yīng)呈現(xiàn)出四個(gè)峰值,說(shuō)明人類旅游活動(dòng)已對(duì)黃龍磷酸鹽濃度產(chǎn)生了影響。

圖2 五彩池和迎賓池處水中磷酸鹽濃度的時(shí)間變化及其與游客人數(shù)和降雨量的關(guān)系(游客人數(shù)來(lái)源于黃龍風(fēng)景區(qū)管理局)Fig.2 Temporal variation in phosphate concentration at Wucaichi sampling site and Yingbinchi sampling site (site W and Y in Fig.1)and its relationship with tourist number and rainfall(the tourist numbers are provided by the Huanglong National Scenic Spot Administration)

同時(shí),由圖可知,水中磷酸鹽濃度變化往往滯后于游客人數(shù)的變化(見(jiàn)圖中磷酸鹽濃度峰值與游客人數(shù)峰值間的連線)。例如,從 7月 28日到8月29日,水中磷酸鹽濃度一直在增加,之后開(kāi)始下降,直到9月18日,而與之相對(duì)應(yīng)的游客人數(shù)早在8月7日就達(dá)到了高峰,而后開(kāi)始下降,直到9月 1日,分別比磷酸鹽濃度峰值和谷值出現(xiàn)日期早了 22天和17天。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是在之前的7月17日至8月16日期間,黃龍景區(qū)游客人數(shù)處于2010年整個(gè)旅游季節(jié)高峰時(shí)段(日平均人數(shù)在 1萬(wàn)左右,最高峰達(dá)11514人),導(dǎo)致較多的含有可溶性磷酸鹽的固體垃圾(如方便食品等)和餐飲垃圾(來(lái)自景區(qū)飯店)進(jìn)入景區(qū),但此期間降雨相對(duì)偏少,大部分可溶性磷酸鹽因得不到雨水沖刷、溶解而暫時(shí)保存在固體垃圾中;8月16日之后,降雨量逐漸增加,前期未溶解的磷酸鹽在雨水沖刷作用下才又開(kāi)始溶解并進(jìn)入溪流水,導(dǎo)致水中磷酸鹽濃度繼續(xù)上升。因此,正是這種滯后的雨水沖刷、溶解過(guò)程致使磷酸鹽濃度峰值比游客人數(shù)峰值滯后了22天;9月1日后,游客人數(shù)又開(kāi)始逐漸增加,但溪流水中磷酸鹽濃度仍然保持下降,這是因?yàn)榇藭r(shí)降雨仍然很強(qiáng),且游客人數(shù)增長(zhǎng)幅度很小,因而景區(qū)溪流水中由于旅游活動(dòng)導(dǎo)致的磷酸鹽濃度的增加不足以抵消雨水對(duì)磷酸鹽的沖刷、稀釋作用,因而總的效果仍是水中磷酸鹽濃度下降。

9月 18日后,在降雨量減少以及游客人數(shù)(旅游活動(dòng)強(qiáng)度)持續(xù)增加兩因素共同作用下,水中磷酸鹽濃度又開(kāi)始逐漸增加,特別是在國(guó)慶節(jié)期間,黃龍景區(qū)日游客人數(shù)達(dá)到了全年的峰值(10月3日游客人數(shù)為16929),水中磷酸鹽濃度也達(dá)到了整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期的峰值;國(guó)慶后,隨著游客人數(shù)的逐漸減少,水中磷酸鹽濃度也逐漸下降直到我們野外工作結(jié)束。

對(duì)于迎賓池采樣點(diǎn),從圖2可以清楚地看出,水中磷酸鹽濃度和旅游活動(dòng)及降雨量的關(guān)系總體與五彩池采樣點(diǎn)類似;但我們也注意到幾點(diǎn)異常之處,例如在7月28日,五彩池處水中磷酸鹽濃度處于低谷,而迎賓池處水中磷酸鹽濃度卻處于峰值,兩處正好相反,出現(xiàn)這種現(xiàn)象很可能是游客在景區(qū)內(nèi)各景點(diǎn)分布往往不均勻,從而對(duì)各點(diǎn)水質(zhì)產(chǎn)生影響的強(qiáng)度也不盡相同的結(jié)果。

需要說(shuō)明的是,與我們以前研究相比(Wang et al.,2010),由圖2可知,下游迎賓池處水中磷酸鹽濃度反而比上游五彩池采樣點(diǎn)處稍低,這可能是沿途二次轉(zhuǎn)化泉(見(jiàn)圖1中的S2～S4)對(duì)其不斷稀釋和水生植物不斷吸收利用的共同結(jié)果。

總之,從上面的分析可知,黃龍景區(qū)水中磷酸鹽濃度變化是旅游活動(dòng)和降雨兩個(gè)因素共同作用的結(jié)果,而其來(lái)源則源于旅游活動(dòng)。

3.2 水中溶解磷酸鹽促進(jìn)水藻的生長(zhǎng)

圖3顯示了瀲滟湖取樣點(diǎn)水中葉綠素濃度時(shí)間變化以及同期水中溶解磷酸鹽濃度、降雨量和游客人數(shù)。

從圖中可以看到,在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期,水中磷酸鹽呈現(xiàn)明顯的四個(gè)變化周期(分別由圖3中四條粗虛線隔開(kāi)),即先上升后下降;與之相對(duì)應(yīng),水藻葉綠素濃度也呈現(xiàn)出與之一致的四個(gè)變化周期,因此可以斷定,水中磷酸鹽對(duì)水藻的生長(zhǎng)可能起著重要的促進(jìn)作用。

從圖中我們也注意到,葉綠素濃度變化往往也滯后于磷酸鹽濃度變化,例如在7月28日和10月7日,水中磷酸鹽分別達(dá)到了變化周期的最高值,對(duì)應(yīng)的葉綠素則分別在8月6日和10月13日才達(dá)到峰值;這可能是兩方面的原因:首先,磷酸鹽樣品的采樣方法是瞬時(shí)采樣,不能像葉綠素自動(dòng)監(jiān)測(cè)那樣精確反映水中磷酸鹽濃度的詳細(xì)變化,所以,水中磷酸鹽有可能在7月28日和10月7日采樣日后會(huì)繼續(xù)上升,從而繼續(xù)促進(jìn)水藻生長(zhǎng);其次,葉綠素反映的是水生藻類的生物量,其變化是一個(gè)生物過(guò)程,因此,其變化速度不可能像化學(xué)反應(yīng)那樣精確對(duì)應(yīng)反應(yīng)物濃度。因此,葉綠素濃度變化滯后于磷酸鹽濃度變化并不能否定磷酸鹽對(duì)水藻生長(zhǎng)的促進(jìn)作用,相反,這正是磷酸鹽促進(jìn)水藻生長(zhǎng)的正常表現(xiàn)。

從圖中磷酸鹽濃度與游客人數(shù)間變化趨勢(shì)關(guān)系可以看出,此處磷酸鹽濃度變化趨勢(shì)與五彩池和迎賓池兩個(gè)采樣點(diǎn)相似,如對(duì)應(yīng)游客人數(shù)的幾個(gè)峰值,磷酸鹽濃度也同樣呈現(xiàn)出幾個(gè)高峰;相對(duì)于游客人數(shù)的變化,磷酸鹽濃度也同樣呈現(xiàn)出一定的滯后現(xiàn)象,如8月7日,游客人數(shù)開(kāi)始下降,直到9月1日到達(dá)低谷,而磷酸鹽直到8月19日才開(kāi)始下降,一直到9月 8日。因此我們可以斷定,與五彩池和迎賓池兩處相同,瀲滟湖采樣點(diǎn)水中磷酸鹽濃度的變化同樣是旅游活動(dòng)影響的結(jié)果。

圖3 瀲滟湖水中葉綠素濃度的時(shí)間變化及其與水中磷酸鹽濃度的關(guān)系Fig.3 Temporal variation in chlorophyll concentration at Lianyan pool sampling site (site L in Fig.1)and its relationship with phosphate concentration in water

4 結(jié)論

對(duì) 2010年黃龍風(fēng)景區(qū)整個(gè)旅游季節(jié)水中溶解磷酸鹽采樣和室內(nèi)分析后發(fā)現(xiàn),隨著游客人數(shù)的增減,水中磷酸鹽濃度呈現(xiàn)與之一致的變化趨勢(shì),說(shuō)明旅游活動(dòng)已對(duì)黃龍溪流水水質(zhì)產(chǎn)生了明顯的影響;同時(shí),在對(duì)比磷酸鹽濃度與瀲滟湖水藻葉綠素含量間的關(guān)系后發(fā)現(xiàn),黃龍溪流水磷酸鹽對(duì)水藻生長(zhǎng)有著明顯的促進(jìn)作用。因此可以推斷,旅游活動(dòng)增加了溪流水的磷酸鹽濃度很可能就是近年來(lái)黃龍溝水藻加速生長(zhǎng)的重要原因,應(yīng)引起有關(guān)方面的高度重視。

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The Impact of Tourist Activities on PO43-Concentrations and Aquatic Algae Growth at the Huanglong Scenic Spot,Sichuan Province

ZHANG Jin-liu,WANG Hai-jing,LIU Zai-hua
State Key Laboratory of Environmental Geochemistry,Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Sciences,Guiyang,Guizhou550002

The Huanglong scenic spot,well known for its unique natural landscape,was listed by UNESCO in 1992 as an entry in the World’s Nature Heritage,and has attracted tens of thousands of tourists from various counties of the world every year.Due probably to the impact of tourist activities in recent years,Huanglong travertine landscape has shown serious degradations,one of which is the accelerated algae propagation and travertine darkness.To understand whether this degradation has relation with tourist activities,the authors used automatic logging in field combined with laboratory analysis in the wet period of 2010 from late May to early November to study temporal variations in algae chlorophyll concentration and phosphate concentration in stream water.The results show that,with the increase or decrease of tourist number,the phosphate concentration shows the same change trend,and so does the chlorophyll concentration.Therefore,it is concluded that the tourist activities have affected the phosphate concentration in Huanglong stream water,and the latter promotes the algae growth.This may be the main reason why algae has shown accelerated growth in recent years.

landscape degradation;tourist activity;phosphate;aquatic algae growth;Huanglong in Sichuan

S759.92;X172

A

10.3975/cagsb.2011.04.10

本文由中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”項(xiàng)目(編號(hào):2006-067)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):40872168)聯(lián)合資助。

2011-05-09;改回日期:2011-06-01。責(zé)任編輯:閆立娟。

張金流,男,1974年生。博士研究生。主要從事生物地球化學(xué)研究。E-mail:zhanggolden@163.com。

劉再華,男,1963年生。研究員。主要從事巖溶水文生物地球化學(xué)與全球變化研究。E-mail:liuzaihua@vip.gyig.ac.cn。