科普文章

周易勇:湖泊闲话(8篇)

湖泊闲话

周易勇

人每天都要喝水,而且必须喝淡水,这是不争的事实。

地球表面的70%为水所覆盖。水域可大略分为两类,一是海洋,二是与海洋隔绝的所谓的内陆水体。后者对地球表面的覆盖率仅仅达2%,计250万平方公里,而其中约有一半富含盐分。物以稀为贵。正如过去的一首颂歌所唱的,“就是天下的树木都变成笔,大地和蓝天都变成纸,江河湖海都变成墨”,恐怕也写不尽淡水资源的重要。我很想写一点拉拉杂杂的文字,介绍与之有关的专门学问,即“湖泊学(Limnology)”,以加深人们对淡水的认识,同时引发一些新的思考与回应,写到这里,便冷不防地落入了成语的窠臼:抛砖引玉。

抛砖这个动作使我想起关于诗人数量的一则笑谈,说是在大街上扔一块石头至少可以击中三个诗人。我悲观地断言,扔三块砖头肯定打不到一个湖泊学家,于是决定将这块砖头抛向湖心,用它短促而微弱的回声吸引读者,让更多的人能回眸注视一个这滋养人类的淡水湖,并在心中也微微地泛起几圈涟漪。是以为序。

湖泊闲话(一)

关于湖泊的概念

这是一个看似简单却多少有些令人头痛的问题。

湖在内陆,与海洋的分野较为明显,江河则具有流动性。可是,湖与池塘的区别在哪里?

1892年,瑞士学者福莱尔(F. A. Forel)对湖泊的概念作了系统的描述与界定。首先,湖与海之间绝不具备任何连续性,这就将与海洋处于半分离状态的、被形象地看作是海的小臂弯的那些所谓的湖排除在外。其次,湖泊(Lake)是指占据一定的汇合面积的静水,在这样一个集合中,较浅的部分称作池塘(Pond)。假若池塘着实过浅,以至被植根于底部的水草占满,且植物的茎叶突出水面,这样的池塘便叫作沼泽(Swamp)。福莱尔的“湖泊”具有较好的包容性和秩序感,它涵盖了内陆所有的静水区域。此后,有人提出湖泊应当仅仅包含那些较大较深的水体。

那么,究竟多大才算大?多深才算深?

举两个典型而极端的例子略作说明。从深度上讲,湖泊必须深到上下出现明显的温差。从面积上讲,湖泊必须具有由波浪冲击而成的荒凉浅滩(barren wave-swept shore),要做到这一点,非烟波浩渺不可,不如此就无法在水面上形成定向的风,也就难有推波助澜之势。这些刻意求深求大的概念当然会引出一些反例,兹不一一。还有将深度与面积同时加以考虑的,总的意思是,较小较浅的为池塘,如阳光可透至其底,水草可以聚拢作全面铺盖等。然而,美国南部最大的湖奥基乔比湖(Okeechobee Lake)竟能充分满足上述条件!于是,又有人说池塘是这样一种水体。它能在几分钟内被人涉过,而人却未湿透,如此以人体丈其深,以人力量其阔,妙哉妙哉。有时候,非量化的或非学术的话语或许能更加准确地表达某些科学概念的要旨。应当说,湖泊与池塘的划分是有意义的,它能使人们在研究内陆水的共性时,也注意到由深度和面积的增减所带来的新的特点,这是后话。

值得注意的是,我国古代的诗歌似乎隐含着上述湖泊定义中的某些因素。南北朝诗人谢灵运就有“池塘生春草”的名句,他还在《入彭蠡湖口》中写道:“客游倦水宿,风潮难具论。洲岛骤回合,圻岸屡崩奔”。好大的风潮!遇洲岛便卷起千堆雪,及边缘则崩石裂岸,打出个浅滩来那是小意思。这里说的虽然是通长江的湖口,但湖之浩荡已可见一斑。宋代词人冯延己的名句又是另一番风景:风乍起,吹皱一池春水。一池太小,翻不起大浪。只好皱皱眉头,也就罢了。由此说来,用冲击浅滩的有无来判定水面的大小是很有道理的。细想想,又有问题。宋代林逋索居于西湖畔,好梅,他最得意的是咏梅的一联:疏影横斜水清浅,暗香浮动月黄昏。这清浅之水是湖水吗?树种的离湖这么近?与之相应证的是同朝徐俯的《春游湖》:“双飞燕子几时回?夹岸桃花蘸水平,春雨断桥人不度,小舟撑出柳阴来”。一个“蘸”字,写活了树与湖贴近的程度。有舟楫往来,水面自然不小。然周遭紧密的梅柳之树盘根错节,还有柳丝什么的,把地面抓牢系紧,这样的岸是会不管风吹浪打的。再加上柳绿桃红,哪还有什么荒凉之象。若按照那个近乎苛刻却多少还能言之成理的标准,西湖就不能成其湖了。看来,在从事自然科学(特别是比较宏观一点的科学)研究时,人文视角也是很重要的。

(原载《中国科学报》科普周刊1997年10月17日第3版)

湖泊闲话(二)

“月点波心一颗珠”

——谈湖泊的透明度

在自然界,绿色植物被称作生产者,它能直接利用太阳光合成碳水化合物(糖类),此即所谓的光合作用。其它生命形式均赖之以发生和演化。这在水中当然也不例外。然而,光在水中的行为与水的清澈透明的程度有着密切的关系。水中溶解的物质(特别是有色物质)越少,光被吸收的量就越少。还有,水中悬浮的颗粒越少,光被分散(散射)的程度也就越低。不过,清澈与否主要凭感觉,能否量度它?

唐代诗人孟浩然有诗云:江清月近人。这种感觉在湖中亦可找到。白居易曾用“月点波心一颗珠”来描绘西湖的清冽。唐人张继有一首题为《湖上望月》的七绝:“湖上清凉月更好,天边旅人犹未归。几见金波满还破,草虫声畔露沾衣”。江湖清波与皓月交相辉映,例子真是不少。可水中望月非等到夜晚,实在有些遗憾,要是真能把月亮像大哥大一样提在手里,随时随地测试水体透明的程度,那就方便了。意大利人塞克(A.Secchi)果然物化了这轮明月。1802年,他取直径为20厘米的白色金属圆盘,自中心引出标有刻度的绳索,任其在水中下沉,至不可见时,录其深度,再缓缓提起,复见,又录。两次测量的平均值即为透明度(Secchi depth),那个圆盘就叫透明度板,或塞克板(Secchi disc)。后来,有人将圆盘分成四等分,相对的两块涂黑,以提高对比度,增强可视性。这或许也是“月有阴晴圆缺”,让人“几见金波满还破”吧。不少实验证实,透明度深处透射到的光强与表面光强之间有一个大概的比率(约为1%-15%)。这样一来,“透明度”的生物学意义就更加明显,也更具理论基底了。由于这种方法简便易行,且能大体反映阳光在不同水体、或同一水体之不同区域的透射力,故一直沿用至今。

影响透明度的因素至为复杂,其荦荦大者为水的吸收与悬浮颗粒引起的散射。当营养元素(主要是氮磷)过多时,水中微小的绿色植物(藻类)迅速繁殖,高温时节尤甚。这种生物性的颗粒对光的散射作用是很强的。藻类盛极而衰,合成的物质释放溶解,水色加深,有时可呈深褐,如此便加重了对光的吸收,这两种因素的直接效果是透明度的下降。接下来,不可溶的物质归葬湖底,最终被微生物分解,分解耗氧!于是,下层溶氧迅速枯竭,需氧的底栖动物因窒息而猝死。这绝对不是危言耸听。北美有一个名叫埃里克(Eric)的大湖,原先,旅人至此,也会“草虫声畔露沾衣”的。1942年至1943年间,湖底一种昆虫(Hexagenia)幼体的量平均可达每平方米422个。湖的西端农田与人口相对稠密,久而久之,湖水随之而肥而绿,透明度骤减为1.5米,与之恰成对照的是同一湖群的苏必利尔湖(Superior Lake),其透明度深及8.8米。1953年夏,埃里克湖风平浪静,连续10日高温,至九月,上面说到的那种底栖幼虫的量忽然降至每平方米44个(盛夏之前尚有300个),1957年剩37个,1961年,昆虫几乎灭绝,每平方米平均不足1个。当时当地的新闻媒介曾惊呼:埃里克湖死了!顺便引申一下,这种因营养(主要是氮磷)供应充足而引起的藻类过度繁盛(生产力高)的现象,叫做富营养化(Eutrophication), 其后果已如前述,兹不赘。而它最直观的表征就是透明度。湖泊学家根据大量的统计分析,从营养的角度将湖泊大致分为超贫营养、贫营养、中营养、富营养和超营养等类型,相应的透明度自大于12米依次降至小于1.5米,甚至几厘米。可以这么说,较高的透明度是一个湖泊活泼健康的征兆。

不喜欢透明的人爱说“水至清则无鱼”。其实,水肥更惨。虫将不存,何况鱼乎?太富就黑了!在这里,串用为富不仁这个成语或可撮其本质于一二。总之,无论从湖泊学还是社会学的角度来说,增加透明度当为共同呼声。人类向往“月点波心一颗珠”的澄明境界。

(原载《中国科学报》科普周刊1997年11月28日第3版)

 

湖泊闲话(三)

三国四方

记得六七十年代,印度支那燥热的雨林中有一道冷战的战壕。这边亲如同志和兄弟的战友,即越南、“越南南方共和”、老挝和柬埔寨的首脑,曾在中国举行过联席会议,时称“三国四方”会议。翻出这么个用语是为了对湖泊中比国际政治复杂得多的生命现象作最简单的概括和解析,细细琢磨,好像只有这个词最合适。

湖中的生物一般可分为四类。一是绿色植物,或生产者、自养者,上篇已经述及。二是以植物为食的,叫食草动物。三是吃动物的食肉动物。第四种靠死亡的动物和植物为生,叫食碎屑动物。当然,也有搞多种经营的,但其中的任一种与相应的专项并无二致。再说三国,从字面上看指疆域的三分,不错。湖与陆地的交接处称“沿岸带(littoral zone)”。水浅,植物尚可生根。向湖心延伸,便是以敞和深为特征的“浮游带(pelagic zone)”。还有一个去处是底泥与水的界面,那里的住户常年生活在深水之中,温暖的阳光照不进来,缺氧,由此形成一个寻寻觅觅、冷冷清清、凄凄惨惨戚戚的“底栖带(benthic zone)”。下边就一带一带地用几笔带一带。

沿岸带最显眼的是它的植物。由于得天独厚的光照、水分和空气等多方面的有利条件,其生产力极高。且看诗词中的西湖,“覆水芰荷船不进”(韩纯玉),“簇簇菰蒲映蓼花”(林和靖),“疏蓼黄芦宜掩映”(道潜),惹人“放鸭莎汀,捞虾荻渚”(朱彭)。还有根植于底,茎叶却飘在水面的,如眼子菜属。凤眼莲之类则干脆连根带茎叶都漂浮。值得注意的是,沿岸植物多有芳信,花的色香意味早在咏花诗中独领风骚。另有些地方,潮来潮去,植物无法生根,而气体交换频繁,溶氧足,波浪还不时打来碎屑营养,故不少具有附着能力与穴居本事的生物依恋在这里,如腹足类软体动物(蜗牛)、海绵类、蚂蟥和虾等。至浮游带,湖底深不可及,根扎不下去,占主导地位的就是随波逐流浮游植物,即藻类。最小的是单细胞藻,粒径只有0.001毫米,浮游带无所依托,无从躲避,空间单调,光照受阻,营养有限。按理说,这里生活条件最为艰窘。可淡水藻的种类多得令人咋舌。这或许是生物学中最有趣的悖论之一。以藻类为食的是浮游动物,主要包括原生动物、轮虫和甲壳动物等。而它们自身又是鱼类的佳肴,也有植食性鱼,如草鱼,可鳜鱼是从不吃素的。再往下看,底栖带的生物主要有蠕虫、软体动物与摇蚊幼虫等。它们多以碎屑糊口,又多为鱼的饵料。蠕虫的血液中多有血红蛋白,此系氧气保存与运输的分子基础。软体动物中的贻贝呈坐享姿态,部分身体埋在泥里,壳开口向上,借虹吸作用收集过滤食物(包括微型藻类)。半截子入土又嗷嗷待哺,在形象上反讽意味很浓。当溶氧浓度过低时,贻贝会减缓呼吸,以半休止的代谢状态求得自我保护。最变幻莫测的是摇蚊幼虫,它们在底泥中生活良久,时机成熟便浮上水面,数以百万计地冲天而起,像燃烧的湖泊冒出浓烈的黑烟。据说,在冰岛,蚊阵可阻碍环湖公路的交通。

话说天下大事,分久必合。不同生境间自有来往,沿岸带的植物可以缓冲风浪。白居易的诗“菱叶萦波荷展风”,说的就是这个意思。王建也有这么一句:“新蒲半拆夜来风。”“拆”字下得更妙。浮游生物为避捕食,除了向底栖带的暗处潜伏之外,有许多流亡至此。如轮虫,小鱼则更多,汉乐府《采莲曲》中有一段连声念白:“鱼戏莲叶间,鱼戏莲叶东,鱼戏莲叶西,鱼戏莲叶南,鱼戏莲叶北。”真是悠哉游哉。唐代诗人郑谷曾代水禽向莲与爱莲人致意,“多谢浣溪人未折,雨中留得盖鸳鸯。”生物也会彼此呵护的。不仅如此,他们互相依存。有一种蠕虫(Ligula)寄生在鱼(Gasterasteus aculeatus)的体腔,鱼便不自在,翻天覆地,鸟则易得之,虫转而借宿于鸟肠,成熟,产卵,卵随鸟粪坠湖,幼虫以甲壳动物为寄生,鱼吃甲壳动物,周而复始,丝丝入扣。唐代诗人钱起以“翠鸟”为题,用顿挫有力的无绝体勾勒了这个链条的一环:“有意莲叶间,瞥然下高树。擘波得潜鱼,一点翠光去。”戏也罢,盖也罢,鱼儿终究逃不过鸟儿有意的一瞥,飞碟似的小精灵不知又要将这生命的翠光摇曳到什么地方。

写到这里,不由得想引用杜甫《八阵图》的首句:功盖三分国。要是没有湖泊及其不同自然生境的区划。绝不可能有如此多样的生物,也没有纷繁的行为方式与相互关系。竞争、排斥、寄生、侵占、吞并、捕获、窃取、攻击、警告、威慑、窥伺、骚扰、引诱、僵持、妥协、掩护、退让、迁徙、牺牲、交换、传递、规避、潜藏、蛰伏、伪装、迷惑、合作、共生、并存、互惠、紧张、森严、和谐、融洽、混沌、错综、诡秘,用尽所有相关的词汇也难免挂一漏万。在这个意义上,功者,非名成八阵图的诸葛亮,乃大自然之鬼斧神工矣。

(原载《中国科学报》科普周刊1997年12月12日第3版)

湖泊闲话(四)

深与灵

“山不在高,有仙则名;水不在深,有龙则灵。”这句非常有名的话出自刘禹锡的《陋室铭》,如果从它的象征意味返回原始文本,就会遇到一个水的深度与“性灵”之间的关系问题。

从字义上看,水灵不灵主要取决于两点。首要的是其中是否包含珍奇华贵的动物(如龙),或者说有没有生命的灵气,其次是具不具备灵活性或流动性。深水湖泊水量充沛,历史悠久(不易湮没),这正是生物繁衍、进化与变异的必要条件。由此说来,深才灵。可是,由于水量与构造等方面的原因,深水湖泊绝少与外界交换,封闭和呆滞是它最典型的特征,如何灵动得起来?事情总是这样难得两全。

由于西伯利亚的贝加尔湖(Baikal Lake)是世界上最深的湖泊,深及1620米,面积也大,列世界第七,全球淡水总量的五分之一就蓄积在这里。有趣的是,湖中的某些生物好像与海洋生物有牵连。贝加尔湖“海豹”背部银灰,腹部白里透黄,独一无二,而它与北冰洋海豹却不无联系,肚子里的寄生虫都像,有人推测它是从北冰洋迁徙过来的,因为远古时期湖与洋之间有河流相连。此外,贝加尔湖的软体动物在形状以及许多方面实难与其淡水湖中的同伴相提并论,反而近似于海洋中的族类。这恐怕只有从贝加尔湖那海一样的深沉中找原因了。湖底深处还有钩虾,在冥冥黑暗中,一身的淡粉红色早已褪得苍白,眼中再无色素,额须奇长,目力不济,则以触觉代之。它看不见,却提供了生物灵活多变的见证。贝加尔湖中35%的植物和65%的动物是特有的,其中的大部分系由深水层进化而来。内斯湖(Loch Ness)和莫勒湖(Loch Morar)是英国最深的湖泊,据说湖中有巨兽出没,考虑到它们相对低下的生产力水平以及与此相关的食物的贫乏,这种传闻可能纯系臆测。也有人说是潜游的水獭在作怪。宋代词人叶梦得在一首与洞庭湖有关的《念奴娇》中写道:“汹涌三江,银涛无际,遥带五湖深。酒阑歌罢,至今鼍怒龙吟。”不管怎么说,深水与异兽总有不解之缘。

说了深水湖的灵气,还不应忘记它不灵的一面。这是不应为尊者讳的。最普遍的问题是热分层现象。春暖花开之后,湖面的温度渐高,水的密度渐小而渐轻,但阳光难以抵达下层,水依然寒冷,故密度较大,较重。欲将重物翻上来是需要做功的,此时,和煦的春风已无能为力。这种由温度引起的密度变化所造成的对于上下交换的阻抗,称为“热阻抗”。入夏,分层终成定局。上面均匀的热流层叫“表水层(epilimnion)”, 底部低温延续的垂直范围叫“湖底静水层(hypolimnion)”,介于两者之间的区域上热下冷,温度随深度变化的曲线极为陡峭,据此被称作“斜温层(metalimnion),或叫“温跃层(thermocline)”、“非连续层(discontinuity layer)”。看似浑然一体的湖水,竟搞得跟三合板似的。诗仙李白云:“桃花潭水深千尺,不及汪伦送我情。”这里说的“不及”,也许不光是简单的尺度差异,更重要的是缺少后者那种亲密无间的贯通与交融。分层以后,从湖面融入的氧气无缘下达,如东非坦噶尼喀湖 (Tanganyika Lake)在深度上与贝加尔湖齐名,其垂直方向上的减缓与混合极少甚至从未发生。总深度下端的十分之九完全缺氧。如果再来点“富营养化”,那更糟。分解大量沉积的生物残骸本身就极耗氧气,再无补给,无异于雪上加霜。前面已谈到,在风和日烈的夏日刚过,埃里克湖(Eric Lake)的底栖幼虫突然大批死亡,此亦分层使然。还有一个更坏的潜在危险,在缺氧条件下,生物性物质的分解可能遵循一种特殊的路线,最终产生甲烷。这种可燃的气体会慢慢地逸出湖面,在碧波上燃一堆绿幽幽的鬼火。另外,深水湖的水平方向上的交流也不咋地。以贝加尔湖为例,注入的河流有三百多条,却只有一条从它庞大的躯体涓涓地溺出。污染物一旦冲进来,就不会再出去,年年,月月,天天,它们将变换着形式,无休止地去荼毒生灵,革这些过去创造过生命的湖的命。听说贝加尔湖畔唯一的工厂已得到有效的调整与管理,对于深水湖泊来说,深有深的难处。

于是,又回到开头的话,水不在深,山不在高。不过,出于对渊博的景仰,人们往往偏爱自然景观中深的一方。唐代的崔兴宗曾在山脚下感叹,“前山景气佳,独往还惆怅。”其好友裴迪却规劝道:“归山深浅去,须尽丘壑美。莫学武陵人,暂游桃源里”,他非要别人去钻深山老林。其实,桃源也美,应该有一种平和的目光。由桃源再扯到杜甫的名句:“桃花一簇开无主,可爱深红爱浅红?”对于深浅问题的犹疑不定,也许正是审美过程所特有的心灵律动吧。

(原载《中国科学报》科普周刊1997年12月26日第3版)

湖泊闲话(五)

“只在芦花浅水边”

标题是唐诗《江村即事》的末句。全诗为:“罢钓归来不系船,江村月落正堪眠。纵然一夜风吹去,只在芦花浅水边。”作者司空曙。从他悠闲的口气来看,这里的“只”是“不过”的意思。而在词义上讲,“只”字更多地用来表示唯一性与排他性,借这层含义来诠释诗句,便可推出本篇的主题:浅水湖泊自有其特殊之处。

首先,它是无法用浅的程度来加以定义的,非洲马拉维的奇尔瓦湖(Chilwa Lake)和肯尼亚的奈瓦沙湖(Naivasha Lake)都有过彻底干涸的历史记录。一般地说,热分层现象持续的时间不过数日,或者说,风力足以使之混匀的湖泊,就叫浅水湖泊。其次,它的生产力较高,这是浅水湖泊与同一地区深水湖泊相区别的重要特征。主要原因是,第一,湖里的营养物质不象在深水湖中那样长期沉没,而是循环利用。第二,因为水少,外来的营养不会过度稀释。第三,接触光照的部分较多,不断混合则水温较高。这些因素均有利于生物的生长。尤其是在相对宽泛的沿岸带。长势最好的多半是芦苇。匈牙利巴拉顿湖(Balaton Lake)的平均深度为3.5米,长55公里,宽度的平均值仅为9公里。1/4的岸线排开茂密的芦苇,全湖宛若一条狭长且镶边的青罗带。位于匈牙利和奥地利边境的新锡德尔湖(Neusiedlersee Lake)占地270平方公里,深1.3米,半数水面为芦苇覆盖。宋代林和靖在《西湖孤山寺后舟中写望》中说:“拂拂烟云初淡荡,萧萧芦苇半衰残。”当然,还有别的植物。“鸳鸯湖畔草粘天”,清代吴伟业的诗句十分形象,但真正粘在这草丛中的倒是大量的无脊椎动物和其它小型生物,以此为饵的鱼儿也被招惹过来。而这一切又都是水鸟的食物。再加上芦苇杆上可以筑巢,苇丛能遮风挡雨,浅水湖就自然成了水鸟的天堂。

先以“芦苇”为关键词在诗词典籍中随便爬梳一下,欲窥水鸟的多彩多姿,一支芦管足矣。宋代词人潘阆有句云:“笛声依约芦花里,白鸟成行忽惊起。”清代孙髯翁在大观楼上挥洒的长联,写尽了“五百里滇池”的旖旎风光,其中就有“更苹天苇地点缀些翠羽丹霞”的描述。具体地说,唐代诗人储光羲“沿岸摘芦苗,为借鸳鸯鸟,轻轻动画桡。”郑谷写过《失鹭鸶》和《鹭鸶》这两首七绝,问它“月昏风急宿何处,秋岸萧萧黄苇枝”?它就真的“静眠寒芦雨飕飕”。宋代的徐照则目送“白鸥飞去芦花烟”。在现实中,如在烟水茫茫的鄱阳湖,见诸记载的鸟共37科,150种,占全国鸟类总数的1/10强(12.6%),列入国家一、二类保护动物名单的有22种,白鹤、白头鹤、白枕鹤、白鹳、黑鹳和斑嘴鹈鹕等珍禽的声名早已飞出海外。苏格兰的利文湖(Loch Leven)平均水深不过3.9米,湖中有若干较大的岛屿,水陆界面、底质以及植物群落等极富变化性,水鸟们纷纷将屐痕印在各自喜爱的雪泥苍苔碧沙青滩之上。1966年至1972年,30种野鸭野雁、23种鹤鹭等涉禽、11种鸥和燕鸥以及16种其它水鸟曾在这里出没。冰岛有一个湖(因语言方面的原因尚未找到合适的中译),其水深没有一处超过4.2米,周围布满了小湖汊,还有许多池塘、河流和低洼的沼泽地,在这里可以看到一种会潜水的美国野鸭(欧洲任何其它的地方都从未出现过),它们落脚在湖和河流的交接处,那里有丰富的食物,即黑蝇幼虫,这种幼虫附在河床或岩石上,滤食从湖里不断流出的极细极细的碎屑。可见,一个完整的浅水水域对于水鸟该有多么重要。湖区鸟类的繁多自不待言。鸟蛋曾给当地人带来额外的收入。据考,该项使这部分人先富起来的副业始于1712年,平均每年估计可得4万只,值得庆幸的是,收拾者很讲究季节,每一窝都要留下那么4、5个,可谓手下留情。

最需要留下的是一个生境!这就是湖泊的浅水区、浅水湖泊和沼泽等所谓的湿地。1971年,不少国家在伊朗的拉姆萨尔缔结了旨在保护湿地、保护水禽和其它濒危物种的国际公约,即“拉姆萨尔公约”。这里所说的“湿地”还包括低潮时水深不及6米的海域。人类总算逐渐醒悟了。

鸟儿无从栖宿,人还能诗意地居住在大地上么?那时候,江村月落,打消人们睡意的将是啼血的悲鸣。

(原载《中国科学报》大众科学周刊1998年1月14日第4版)

湖泊闲话(六)

江湖异态

第一篇曾谈到关于湖泊的概念,这里想借用一句散会的语言再补充两点,其一是“湖盆(lake basin)”,其二是“汇水面积(catchment area)”。引用唐代姚合的《盆池》似可以小喻大,诗云:“浮萍重叠水团圆,客绕千遭屐齿痕。莫惊池里寻常满,一井清泉是上源。”

所谓“湖盆”,就是客绕千遭的脚印圈定的范围,也就是诗词中的那个“盆”,低洼的盆地水团圆,还要寻常满,总得要有个来源吧,诗中的一井清泉在地下,让人寻他千百度,对于湖泊来说,则是地面上的江河溪涧,水最终抵达湖盆所流经的区域就叫该湖的“汇水面积”。盆里的水也会蒸发和外泄,但出入大抵相当,水总是维持相对的静止与恒定,湖泊由此而成。在大自然里,湖盆和汇水千差万别,湖泊就当然不是简单划一的,且慢慢道来。

先说盐湖,水中盐的含量超出每升3克的即可归于此类,也有学者将这个阈值定在每升5克(海水中的盐含量为每升35克)。究其来源,一方面可从汇水面积输入;另一方面,水分蒸发也会提高盐的相对浓度。美国犹他州的大盐湖(The Great Salt Lake)可说是历尽沧桑,它的前身汪洋恣肆,万年以前曾覆盖5万平方公里,如今大部分已演化为陆地,相应的溶盐沉积在表层,这些区域又转而成为残留的大盐湖的汇水面积,河流将原本就在水里的盐源源不断地送回封闭湖中,日积月累。此外,大盐湖的水位变化无常,以海波高度计,1873年为1283米,1963年则退至1277米,平时每年因蒸发而波动的幅度约为0.6米。在化学组成上,湖水与海水相近,且以氯化钠(食盐)为主,湖中有一种咸水虾(Artemia),水位高它反遭不测。因为此时盐分得以稀释,虾的捕食者是一种不耐盐的两腿似桨的水虫,他们趁机大量滋生,暴饮暴食,水降则因盐浓而亡,一对冤家就这样随着水位的涨落而忽熊忽牛。少数生物构成的生态系统不稳定,这个例子是再明显不过了。溶盐若以碳酸钠为主,就是所谓的“苏打湖(Soda Lake)”,盐分多与周围的火山有关,亦可由温泉注入。限于耐受能力,湖内的生物类群极少,如肯尼亚的纳库鲁湖(Nakuru Lake)中,浮游动物只有5种,昆虫仅4种。食物链也简单:蓝藻,桡足类,丽鱼科鱼,火烈鸟。但每一种类的量却很多。令人惊异的是,到此觅食的水鸟竟达百种!春波绿处,曾是惊鸿照影来,生物的多样性如此悬殊,一方单调,一方丰富。纳库鲁湖真像一面哈哈镜。

极地与高山湖泊是以低温为共同特征的。北极圈冬季的平均气温为零下3度,夏季也只有0度到10度。那里的湖盆多脱胎于冰河,其汇水或为别的冰河,或来自上年的融雪,清冽而寡淡。当冬天悄然而至,河流往往先期冻结,而湖底尚未凝固的水还会再排放一阵,入不敷出,水位自然下降。湖心的深度减少,原来可下垂的冰柱迅速向四周延伸,大磨盘似的冰盖无情地碾碎边缘的植被,北极圈湖泊的沿岸带是寸草不生。湖面的冰层一般厚达2.4米,光的穿透量与冰的清晰度和气泡含量有关。雪对光的吸收与反射能力很强,冰上10厘米到20厘米厚的雪层可截留和摒斥几乎全部(99%)抵达表面的光能。湖中的许多浮游植物具有能动性,可以主动地去沐浴那早已经不太温暖的阳光。而且,自身的体积较小,表面积由此而相对增大,这样就有利于吸收远非富足的营养。高山湖泊多半小而深,容易缺氧。溶氧可来自气体交换,亦可由浮游植物借光合作用向水中释放。澳大利亚的许多高山湖泊大不过5公顷,深则可达20米。湖盆凹壁如削。夏季,“热分层”现象十分明显。从前已经说过,这时来点“富营养化”将导致氧的枯竭。根据这个道理,一些湖畔的生活污水已经得到有效的分流,冬日,四周陡峭的峰峦在湖上投下阴影,部分斑驳的阳光再也无力透过湖面的积雪坚冰,水底,封闭和黑暗自然与氧气无缘,小巧的浮游植物虽已炼就利用极弱的光强进行光合作用的本事,但终究于事无补。鱼群有时会因缺氧而突然死亡,银鳞浮泛,象征着它们热切期盼的清新纯洁以及告别长夜的鱼肚白的晨曦。

同是湖泊,竟有如此这般的变化,要来个简洁的概括诚非易事。近日读到宋人陈与义的诗句“江湖异态阑干前”。是啊,江河源流,湖盆构造,汇水面积,地理位置,这些因素的阴差阳错将造就特异的生态系统。好一个“江湖异态”,真乃天作之合,赶紧搬来作为本篇的题目。还有一个让我喜爱的原因,就是这四个字透出的武侠豪气,腰斩前人诗句的斗胆或许从此而来。

(原载《中国科学报》大众科学周刊1998年2月20日第3版)

湖泊闲话(七)

墨馀录

《墨馀录》,清代笔记之一种,毛祥麟撰。借这么个书名为题来谈湖泊的污染,确实是有些勉强,但也挨得上边。唐代刘言史有一首题咏书法家王羲之(字逸少)的《右军墨池》:“永嘉人事尽归空,逸少遗居蔓草中。至今池水涵馀墨,犹共诸泉色不同。”若用墨作为污染的简单抽象,那么,“馀”字的内涵或寓意在于:人类活动对湖泊的影响是长期的、复杂的、有时甚至是很尖锐的。

一般来说,湖泊可从其汇水面积获得外源的营养,如周围林木的光合作用产物,“湘山木落洞庭波”,唐代郎士元的这句诗形象地勾勒了这一自然过程。然而,“人事”的介入却极大地增加了营养的输入,引起不止一次说到过的湖泊的“富营养化”问题,其中主要的因素包括人口、农田、旅游和渔业等。首先,居民的生活污水中含有大量的氮磷等营养物质。其次,农谚云:种地不上粪,等于瞎胡混。肥水流向何处?关于这一点,唐诗中已有记述。请看羊士谔的《郡中即事》:“登临何处见琼枝?白露寒花自绕篱。唯有楼中好山色,稻畦残水入秋池。”最后一句说得很明白。再者,旅游业的效应不容忽视。塔霍湖(Tahoe Lake)是北美最深的湖泊之一,最大深度为501米,水寡而澄,湖面如镜,透明度竟达40米!1844年,一个白人发现了它,1851年,移民纷至,1868年,铁路通,此后,游人趋之若鹜。湖滨,别墅旅馆栉比,各种娱乐设施一应俱全。大兴土木,水土自易流失。再加上这么多人的吃喝拉撒,湖泊开始脱贫致富,水体生产力迅速提高,沿岸的石头都长满绿藻。第四个重要的营养来源是渔业。且说最原始的,唐代诗人李群玉的《钓鱼》曰:“千尺青竿一丈丝,菰蒲叶里逐风吹。几回举手抛芳饵,惊起沙滩水鸭儿。”这种扔炸弹似的投喂法早已施用于密集型的水产养殖。下面将要看到,它会像赶鸭子那样最终逐去“菰蒲”。残饵和鱼粪将沉积为水下沃土,来自其它方面的过量营养亦会蓄积在湖底,源源不断地向上释放。瑞典有个富营养的小湖(Trummen Lake), 方圆不过1平方公里,最大深度仅2.2米。60年代初,流入的污水被截断。10年之后,水浑浊如故。直到40厘米厚的表面沉积物得以疏浚,湖泊始清。

说了长期性再说复杂性。英国东部的浅水湖(The Norfolk Broads)草肥水美,后来,水渐渐变肥,草却美不起来,因为此时具附着习性的“周丛藻类”异常茂盛,它们密匝匝地覆盖在沉水的叶片上,阻断植物赖以生存的光源。原先,沿岸带的水草将航道逼向没有遮拦的湖心,草既亡,船儿漂到哪算哪。行至水浅处,浆打底质,沉渣泛起,内源的营养频繁补给,水质更趋恶化。这样的连锁反应确为人们始料所不及。还有更错综、更迷离的,这里不得不扯到工业污染,燃煤过程中,硫和氮的氧化物向天空喷吐,有的烟囱高达400米。在大气中逗留的时间越长,它们越容易被进一步氧化为硫酸和硝酸,并溶解于水汽,乱云飞渡,距离可逾千公里,再沉降下来,落入湖中,增加水的酸度。这个过程叫湖泊的酸化(acidification)。酸沉降俗称“酸雨”。淅沥飘逸,却是湖泊生命中不可承受之轻。由于酸雨的毒害,斯堪的纳维亚半岛南部数千湖泊共5万平方公里的水域中,鱼类几乎绝迹。另一类无形的威胁是所谓“热污染(thermal pollution)”,工厂的冷却水很烫,入湖后会提高水温,改变营养和溶氧状况以及生物的群落结构。

航运也会惹出意想不到的麻烦。为通舟楫而建造的运河将一种海洋七鳃鳗(Petromyzon marinus)引进北美大湖。这位不速之客貌若鳗鲡,无颌,靠吸盘似的圆嘴贴在鱼身上,用利齿和钢锉一般的舌头撕咬寄主的肉体,其尖锐性恐怕还得用刺刀见红这句老话来加以描述。

最厉害的污染莫过于彻底淤塞,比如“围湖造田”。南宋邵博的《闻见后录》卷三十云:“王荆公好言利,有小人谄曰:‘决梁山泊八百里水以为田,其利大矣。’荆公喜甚,徐曰:‘策固善,决水何地可容?’刘贡父在坐中,曰:‘自其旁别凿八百里泊,则可容矣。’荆公笑而止。”王安石到底是伟大的改革家,面对田和水,他终于未将那指点江山的大手笔蘸入湖泊,而是《书湖阴先生壁》:“一水护田将绿绕,两山排闼送青来!”

愿人类留给湖泊的斑斑墨渍永远成为历史的记录。

(原载《中国科学报》大众科学周刊1998年3月20日第4版)

湖泊闲话(八)

乾坤日夜浮

——试看中国湖泊

中国的湖泊很大。天若堕, 恐怕会掉进湖里。这种感觉,古已有之,例如洞庭湖。且看杜甫《登岳阳楼》的前几句:“昔闻洞庭水, 今上岳阳楼。吴楚东南坼,乾坤日夜浮。清人朱之荆为第四句作注云:“洞庭万顷, 天水相连动荡,恍若浮空。" 再补述若干不太著名的例子,以见其一般性。“西风吹老洞庭波,一夜湘君白发多。醉后不知天在水,满船清梦压星河”(《题龙阳县青草湖》)。 天在水,银河也在水,唐代的唐温如算是酒后吐真言。晚唐的雍陶写道:“往岁曾随江客船,秋风明月洞庭边。为看今夜天如水,忆得当时水似天”(《望月怀江上旧游》 )。这后两句简直就有数学求证之严谨味,必要性与充分性都考虑到了。清代的查慎行干脆直说:“风收云散波乍平,倒转青天入湖底”( 《中秋夜洞庭湖对月歌》)。有资料证明,商周至战国时期的文化考古点都在洞庭湖流域的边缘,水下游最为集中。入腹地则从未掘到那时的文物,没有人迹,自是“人或为鱼鳖”的湖底,可见洞庭湖曾有多大!中国的大湖不少,最大的是青海湖(4350 平方公里)。淡水湖之冠则为鄱阳湖( 3210 平方公里)。

中国的湖泊很多。东南西北,星罗棋布。最北的是内蒙古呼伦湖。最南的是云南大屯海,最东的是东北兴凯湖,最西的是西藏班公错。在此幅员之内,西北部多为盐湖,东南部则以淡水湖为主,其面积分别约为41137和29581平方公里。1平方公里以上的湖泊计2300余。

中国的湖泊很绝,丰富多样。东部平原、蒙新高原、青藏高原、东北地区和云贵高原等五大湖区这么一划,异质性已十分明显。高可至海拔5556米(藏北的喀顺错),洼便洼到底,吐鲁番盆地的艾丁湖比海平面还低154 米。要深就深,白头山的天池下抵373米。比较独特的还有通江湖泊,江湖搭界,别有一番风景。南北朝诗人谢灵运写过《入彭蠡湖口》,彭蠡湖口就是鄱阳湖口,诗中说,“灵物吝珍怪,异人秘精魂”,珍禽异兽部吝惜自己的怪模样,悄躲起来。这里神秘而美丽。在青藏高原的盐湖中,已发现的盐类矿石达62 种,云南淡水湖水生植被的群落类型就有41 种,基本要素如此多变,构成的湖泊还会雷同?

中国的湖泊很清。苏东坡说西湖“水清石出鱼可数”( 《腊月游孤山访惠勤惠思二僧》 )。宋代词人张孝祥称洞庭湖“素月分辉,银河共影,表里俱澄澈”( 《念奴娇·洞庭》 )。 同时代的叶梦得也有一句:“洞庭波冷,望冰轮初转,沧海沉沉” ( 《念奴娇·中秋》 )。我在本文第二篇中曾谈到意大利人赛克发明计量湖泊透明度的金属圆盘,借助诗词语言的歧义与张力,说他叶梦得用“冰轮”的“赛克板”测出偌大洞庭湖深深的透明度,亦无不可。

中国的湖泊很美,洞庭湖心有座君山,碧波中一峰突兀,仙气飘然。有唐诗为证。郑云叟说:“月到君山酒半醒,朗吟疑有水仙听 ( 《宿洞庭》 )。雍陶认为君山“应是水仙梳洗罢,一螺青髻镜中心 ( 《题君山》 )。还有个程贺,人称“程君山”,这一雅号得自他惟一传世的那首《君山》:“曾游方外见麻姑,说到君山此本无。云是昆仑山顶石,海风吹落洞庭湖”。真如天外飞来!假若西湖是“淡抹浓妆总相宜”的人间西子,那么,洞庭湖该是天仙了。

中国的湖泊很雅,文化味十足。李白有《游洞庭湖》五绝一首,第一句写“君山”,第二句写“湘水”,三四句笔锋一挑,“巴陵无限酒,醉杀洞庭秋”。清人黄生评曰“奇趣。四句四见地名不觉”。中国的湖泊,乃一觚液体的历史,一派浑然天成的人文地理景观。

中国的湖泊很悬,1959年至1988年,青海湖水位以平均每年10.2厘米的速度下降。湖北省原有湖泊1066个,总面积1250平方公里,故称“千湖之省”。目前仅存309个(285平方公里)。人为的污染也正在威胁几乎所有的湖泊。呜呼!

《周易》以乾指天,以坤指地,“乾坤日夜浮”,中国的一方天地与湖泊休戚相关。其实,不光是中国,整个人类的生存空间都在里面浮着,而且还得日日夜夜地浮下去,这正是我们时代的主题:可持续发展。

 

结束语

儿时上美术课,觉得水最好画。

勾一个简单的帆船轮廓,空白处都是水。

写完这几篇散漫的文字,犹如又划出几道粗线条,依然很毛糙,很稚嫩。

好在空白处是水,只要能从字外领略湖泊的苍茫、透澈与深沉,以及它所面临的真正的虚无感,则愿这些文字迅速湮没,好让沉舟侧畔千帆过。

写作过程中,中国科学院水生生物研究所张晓良、常剑波先生提供了许多有价值的参考资料,谨致谢忱。需要着重指出的是,文中的错讹之处可能不少,恳请读者不吝赐教。说真的,批评是为作者提供“海纳百川”的机会,平心而论,若能炼就湖一样的胸怀与襟抱,此生足矣。

(原载《中国科学报》大众科学周刊1998年4月13日第4版)

编者的话

我们的期待

“湖泊闲话”算是话完了,要说的也许还多,囿于篇幅,只好打住。刊载期间,蒙读者厚爱,屡有书信予以评说,谨致谢意。编后感受不少。首先,作者抓住了淡水资源这个关系人类未来的话题,可谓切中肯綮。其次,关于湖泊的方方面面,文章差不多都点到了。当然,这里的点可以理解为蜻蜓点水的意思。再次是文体,现代作家陈西滢有《西滢闲话》行世,当今学者陈迩冬先生曾为《光明日报》写过纵论三国的随笔专栏,取名《闲话三分》。从大标题的移植,特别是从“湖泊闲话”的行文造语来看,作者着意追随的是古代笔记小品和“五四”散文中闲适散淡的一脉,用这付笔墨来写科普文章,亦不失为一格。

“闲话”作者周易勇,中国科学院水生生物研究所副研究员,1956年3月生于武汉,他正在撰写的博士论文中有这么一段题记:“我在东湖边长大,复入东湖边的武汉大学生物系求学,最后落脚在东湖边的水生所从事科学研究。当我下决心将所学的‘生物化学’与‘湖泊学’联系起来的时候,已经三十多岁了。在所谓‘而立’至‘不惑’的年龄阶段,我正摇摇晃晃地站在船头,不无惶惑地面对东湖的迷茫和浩淼。”中间有段历史没有交代清楚,需要补述。周易勇1982年大学毕业后,到湖北省化学研究所从事漆酶研究。1988年他在华中农业大学获硕士学位,主要探讨重金属污染对植物活性氧代谢酶系统的影响,随后又一个猛子扎进“东湖边的水生所”,1993年5月至1994年8月应邀赴美国堪萨斯州立大学进行工作访问,研究湖泊中磷酸酶的动力学特征。他认为都怪自己心太软,没有硬着头皮盯住一点,力求滴水穿石,反把学问做得过杂,还爱开小差,因为从小好点诗词曲楹联笔记之类,悔之晚矣。大彻大悟以后,也着实努力了一番,在国际重要刊物上发表关于“湖泊学”的论文若干,并为“科学引文索引(SCI)”收录,目前正在职攻读博士学位。他说,自己绝不像湖泊那么博大精深美丽澄澈,而是不知来路的小溪汇成的水洼,最多不过一口浅水塘而已。

浅就好,因为深入浅出,乃本刊之宗旨也。

“湖泊闲话”话完之后,是否还会有更多的科学家拿起笔加入到“闲话”的行列,我们期待着“海洋闲话”、“山川闲话” ……

(原载《中国科学报》大众科学周刊1998年4月13日第4版)

编辑附言:作者是中国科学院水生生物研究所研究员