旅游活動對黃龍景區磷酸鹽濃度和水藻生長的影響

張金流,王海靜,劉再華

中國科學院地球化學研究所環境地球化學國家重點實驗室,貴州貴陽 550002

旅游活動對黃龍景區磷酸鹽濃度和水藻生長的影響

張金流,王海靜,劉再華

中國科學院地球化學研究所環境地球化學國家重點實驗室,貴州貴陽 550002

由于其獨特的鈣華景觀,黃龍風景區從 1992年被聯合國教科文組織列入世界自然遺產名錄以來,每年吸引數以十萬甚至百萬計的國內外游客前來游覽;然而,可能由于旅游活動的影響,近年來黃龍鈣華景觀出現了諸多形式的退化,水藻加速生長鈣華黑化即是其表現形式之一。為了闡明這一退化現象是否與旅游活動有關,從2010年5月底到11月初的豐水時段,采用野外自動監測和室內分析相結合的方法,對溪流水藻葉綠素含量和水中的磷酸鹽濃度變化進行了研究。結果發現,隨著景區游客人數的增減,水中磷酸鹽濃度呈現出與之一致的變動趨勢;同時,葉綠素與磷酸鹽間也呈現出明顯一致的變動趨勢。因此,我們認為,旅游活動增加了黃龍景區的磷酸鹽濃度,并促進了水藻的生長,這很可能是黃龍水藻近年來加速生長的重要原因,值得引起有關方面的高度關注。

景觀退化;旅游活動;磷酸鹽;水藻生長;四川黃龍

黃龍自然風景區由于其獨特的鈣華景觀(鈣華池、鈣華瀑布以及鈣華灘流),于1992年被聯合國教科文組織列入世界自然遺產名錄,每年吸引數以十萬甚至百萬計的國內外游客前來游覽;游客人數從90年代初的年均約 10萬人增長到近年來的100余萬人(如2010年超過110萬);隨著游客人數的逐年增長,景區內餐飲、住宿以及購物等服務業也獲得了迅速發展,每年旅游及相關產業帶來的收入在十億元人民幣以上,成為國家和地方政府收入的重要來源。然而,近年來黃龍鈣華景觀出現了明顯的退化現象(楊俊義等,2004;楊俊義,2004;郭建強,2005;單莉莉等,2006;劉再華等,2009),其表現形式之一是:水藻加速生長,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,游客對此強烈不滿;同時,據相關研究(Carolyn et al.,1995;Viles et al.,2000;Shiraishi et al.,2008;Martinez et al.,2010)及盧國平等(Lu et al.,2000)在此處的研究,水生藻類會侵蝕已有鈣華,減緩新的鈣華沉積。因此,為了黃龍鈣華景觀得以永續利用,急需對景觀上述退化現象的機理性問題展開研究。

眾所周知,在淡水生態系統中,磷酸鹽往往是水藻生長的限制性營養鹽(王勇等,2000),可以促進水藻的生長(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,黃龍水藻近年來的加速生長,很可能與迅速增強的旅游活動所導致的溪流水水質受到磷酸鹽污染有關(劉再華等,2009;王海靜,2009;張金流等,2010)。為了證實上述推測,我們從2010年4月底到11月初的豐水時段,采用現場采樣、自動監測和室內分析相結合的方法,對水中溶解磷酸鹽、水藻葉綠素含量(作為水生藻類生物量的替代指標)變化做了一個旅游周期的監測,以期揭示黃龍水藻加速生長的真正原因。

1 研究區概況

黃龍風景區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,屬于青藏高原東部邊緣向四川盆地的過渡地帶;黃龍溝景區全長3.5km,南起望鄉臺,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,從遠處觀看整個景區就似一條黃色的蛟龍,故取名黃龍溝。黃龍溝泉水補給區巖層以泥盆-石炭系灰巖、白云巖為主(Liu et al.,1995),為鈣華形成提供了豐富的鈣源。景區內年均降雨量約759mm,年均氣溫在1.1℃,屬高寒巖溶區。黃龍溝地表溪流主要由南起望鄉臺的斷層泉組黃龍泉(S1)和沿途三個大的二次轉化泉(S2～S4)補給(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條件剖面圖及平面圖和取樣點Fig.1 Plan and geological section of Huanglong Ravine with springs and sampling sites

2 實驗方法

2.1 磷酸鹽水樣采集和室內分析

為了獲取五彩池、瀲滟湖和迎賓池三個監測點(即圖1中的W、L和Y處)水中磷酸鹽濃度的時間變化規律,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研究所環境地球化學國家重點實驗室,用離子色譜(美國戴安公司 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,之后用超純水清洗三次,再用超純水浸泡 48小時,然后在50℃條件下用烘箱烘干24小時。

2.2 水藻生物量的自動監測(用葉綠素作為替代指標)

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間變化規律,我們于湖中安裝一臺德國產多參數水質自動記錄儀(型號:SEBA MPS572),從 2010年7月 11日到11月 7日,用其自動記錄水中葉綠素濃度的變化。該儀器葉綠素濃度的測試范圍是0.03～500 μg/l,測試時間間隔設置為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小氣象站自動記錄,其測試精度為0.2mm,測試時間間隔同樣設置為15分鐘。

3 結果和討論

3.1 旅游活動對黃龍溝溪流水磷酸鹽濃度的影響

圖2顯示了黃龍溝景區上游五彩池和下游迎賓池兩處水中磷酸鹽濃度在實驗期間的變化。五彩池和迎賓池兩采樣點磷酸鹽濃度在整個實驗期間的變化趨勢基本一致,因此,下面以五彩池為例來詳細分析水中磷酸鹽濃度和游客人數及降雨量間的關系。

由圖2可知,五彩池水中磷酸鹽濃度與游客人數呈現明顯的正相關變化趨勢,例如,與游客人數四個峰值(圖中分別由四個向下的箭頭所指示)相對應,水中磷酸鹽濃度也相應呈現出四個峰值,說明人類旅游活動已對黃龍磷酸鹽濃度產生了影響。

圖2 五彩池和迎賓池處水中磷酸鹽濃度的時間變化及其與游客人數和降雨量的關系(游客人數來源于黃龍風景區管理局)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,由圖可知,水中磷酸鹽濃度變化往往滯后于游客人數的變化(見圖中磷酸鹽濃度峰值與游客人數峰值間的連線)。例如,從 7月 28日到8月29日,水中磷酸鹽濃度一直在增加,之后開始下降,直到9月18日,而與之相對應的游客人數早在8月7日就達到了高峰,而后開始下降,直到9月 1日,分別比磷酸鹽濃度峰值和谷值出現日期早了 22天和17天。出現這種現象的原因可能是在之前的7月17日至8月16日期間,黃龍景區游客人數處于2010年整個旅游季節高峰時段(日平均人數在 1萬左右,最高峰達11514人),導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(來自景區飯店)進入景區,但此期間降雨相對偏少,大部分可溶性磷酸鹽因得不到雨水沖刷、溶解而暫時保存在固體垃圾中;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始溶解并進入溪流水,導致水中磷酸鹽濃度繼續上升。因此,正是這種滯后的雨水沖刷、溶解過程致使磷酸鹽濃度峰值比游客人數峰值滯后了22天;9月1日后,游客人數又開始逐漸增加,但溪流水中磷酸鹽濃度仍然保持下降,這是因為此時降雨仍然很強,且游客人數增長幅度很小,因而景區溪流水中由于旅游活動導致的磷酸鹽濃度的增加不足以抵消雨水對磷酸鹽的沖刷、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(旅游活動強度)持續增加兩因素共同作用下,水中磷酸鹽濃度又開始逐漸增加,特別是在國慶節期間,黃龍景區日游客人數達到了全年的峰值(10月3日游客人數為16929),水中磷酸鹽濃度也達到了整個實驗周期的峰值;國慶后,隨著游客人數的逐漸減少,水中磷酸鹽濃度也逐漸下降直到我們野外工作結束。

對于迎賓池采樣點,從圖2可以清楚地看出,水中磷酸鹽濃度和旅游活動及降雨量的關系總體與五彩池采樣點類似;但我們也注意到幾點異常之處,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,出現這種現象很可能是游客在景區內各景點分布往往不均勻,從而對各點水質產生影響的強度也不盡相同的結果。

需要說明的是,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處稍低,這可能是沿途二次轉化泉(見圖1中的S2～S4)對其不斷稀釋和水生植物不斷吸收利用的共同結果。

總之,從上面的分析可知,黃龍景區水中磷酸鹽濃度變化是旅游活動和降雨兩個因素共同作用的結果,而其來源則源于旅游活動。

3.2 水中溶解磷酸鹽促進水藻的生長

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

從圖中可以看到,在整個實驗周期,水中磷酸鹽呈現明顯的四個變化周期(分別由圖3中四條粗虛線隔開),即先上升后下降;與之相對應,水藻葉綠素濃度也呈現出與之一致的四個變化周期,因此可以斷定,水中磷酸鹽對水藻的生長可能起著重要的促進作用。

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,水中磷酸鹽分別達到了變化周期的最高值,對應的葉綠素則分別在8月6日和10月13日才達到峰值;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采樣,不能像葉綠素自動監測那樣精確反映水中磷酸鹽濃度的詳細變化,所以,水中磷酸鹽有可能在7月28日和10月7日采樣日后會繼續上升,從而繼續促進水藻生長;其次,葉綠素反映的是水生藻類的生物量,其變化是一個生物過程,因此,其變化速度不可能像化學反應那樣精確對應反應物濃度。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水藻生長的促進作用,相反,這正是磷酸鹽促進水藻生長的正常表現。

從圖中磷酸鹽濃度與游客人數間變化趨勢關系可以看出,此處磷酸鹽濃度變化趨勢與五彩池和迎賓池兩個采樣點相似,如對應游客人數的幾個峰值,磷酸鹽濃度也同樣呈現出幾個高峰;相對于游客人數的變化,磷酸鹽濃度也同樣呈現出一定的滯后現象,如8月7日,游客人數開始下降,直到9月1日到達低谷,而磷酸鹽直到8月19日才開始下降,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,瀲滟湖采樣點水中磷酸鹽濃度的變化同樣是旅游活動影響的結果。

圖3 瀲滟湖水中葉綠素濃度的時間變化及其與水中磷酸鹽濃度的關系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 結論

對 2010年黃龍風景區整個旅游季節水中溶解磷酸鹽采樣和室內分析后發現,隨著游客人數的增減,水中磷酸鹽濃度呈現與之一致的變化趨勢,說明旅游活動已對黃龍溪流水水質產生了明顯的影響;同時,在對比磷酸鹽濃度與瀲滟湖水藻葉綠素含量間的關系后發現,黃龍溪流水磷酸鹽對水藻生長有著明顯的促進作用。因此可以推斷,旅游活動增加了溪流水的磷酸鹽濃度很可能就是近年來黃龍溝水藻加速生長的重要原因,應引起有關方面的高度重視。

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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

本文由中國科學院“百人計劃”項目(編號:2006-067)和國家自然科學基金項目(編號:40872168)聯合資助。

2011-05-09;改回日期:2011-06-01。責任編輯: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與全球變化研究。E-mail:liuzaihua@vip.gyig.ac.cn。