藍(lán)藻水華爆發(fā)高峰期將至，別再胡亂給水“增加營養(yǎng)”了！

夏季來臨，也即將到內(nèi)陸淺水型湖泊爆發(fā)藍(lán)藻水華的高峰期，不要以為這玩意沒有地震海嘯那般猛烈，也不像毒蛇猛獸那般駭人，它的危害可大了！

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什么是水華？什么是藍(lán)藻水華？

水華，也稱“湖靛”,是指由于水體富營養(yǎng)化而導(dǎo)致的大規(guī)模藻類和藍(lán)細(xì)菌爆發(fā)，使水體變色的現(xiàn)象。全球氣候變化加劇了這一問題的發(fā)生。水華主要是由大量繁殖的綠藻、硅藻等藻類和藍(lán)細(xì)菌在淡水或海洋環(huán)境中引起的【1】【2】。其中，藍(lán)藻水華是最常見的一種。盡管被稱為“藍(lán)細(xì)菌”，但藍(lán)藻的顏色實(shí)際上包括綠色、黃色、棕色、紅色甚至粉色等【2】。

左圖和右圖展示了兩處不同地區(qū)發(fā)生的藍(lán)藻水華現(xiàn)象，左圖拍攝于肯尼亞，右圖則拍攝于中國太湖。（圖片來源：【2】）

藍(lán)藻水華常由以下幾種藍(lán)藻爆發(fā)導(dǎo)致：長孢藻(Dolichospermum)，浮絲藻(Planktothrix)，微囊藻(Microcystis)，擬筒孢藻(Cylindrospermopsis)，節(jié)球藻(Nodularia)，束毛藻(Trichodesmium)。

a.長孢藻 b.浮絲藻 c.微囊藻 d.擬筒孢藻 e.節(jié)球藻 f.束毛藻（圖片來源：【2】）

在富營養(yǎng)化的水體中，藍(lán)藻水華通常表現(xiàn)為藍(lán)藻在短時間內(nèi)大量繁殖，在水面形成一層“浮膜”。在水體富營養(yǎng)化狀況得不到有效控制之前，這種現(xiàn)象會周期性地重復(fù)出現(xiàn)。藍(lán)藻水華的快速爆發(fā)，主要是通過營養(yǎng)繁殖和孢子繁殖兩種方式實(shí)現(xiàn)的，而藍(lán)藻還具有準(zhǔn)性生殖等其他繁殖模式【1】。

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藍(lán)藻水華的發(fā)生機(jī)理

水體富營養(yǎng)化指的是由于施用磷肥、氮肥等，導(dǎo)致水體中營養(yǎng)鹽積累的現(xiàn)象，被認(rèn)為是引發(fā)水華（即藻類或藍(lán)細(xì)菌大量繁殖）的主要原因。值得注意的是，營養(yǎng)鹽的富集具有累積性，因此在環(huán)境監(jiān)測中，可能會低估其影響程度【3】。

除了營養(yǎng)鹽這一主導(dǎo)因素外，溫度、海洋酸化、生物間相互作用（如浮游動物牧食）、水體動力學(xué)等，也被視為影響水華爆發(fā)的重要環(huán)境和生物因子【4】【5】【6】。要全面研究和監(jiān)測水華的形成及其對生態(tài)系統(tǒng)的影響，還需要長期跟蹤各營養(yǎng)級的變化情況和整個生態(tài)系統(tǒng)的演變記錄【3】。

在研究藍(lán)藻水華爆發(fā)的影響因素基礎(chǔ)上，學(xué)者們針對其發(fā)生機(jī)理提出了多種假說并開展了相關(guān)驗(yàn)證，如：總氮總磷比假說、水溫升高假說、微量元素假說和浮游動物牧食假說等【1】。

其中，總氮總磷比假說和低光強(qiáng)度假說受到了廣泛討論和實(shí)證研究。前者認(rèn)為，當(dāng)水體中總氮總磷比值約為15時，海洋和淡水中的藻類會大量爆發(fā)，這一點(diǎn)已在實(shí)驗(yàn)室中使用束絲藻獲得驗(yàn)證【7】。而且，盡管不同藻類適宜的比值有所差異，但通常不會超過29:1【8】。后者則提出，由于藍(lán)藻細(xì)胞含有多種捕光色素，因此能在不同水深生存，具有較高的生長效率，易于形成水華【9】【10】。

已有研究發(fā)現(xiàn)，有些藻類的繁殖與水體富營養(yǎng)化更為相關(guān)，而另一些則更受水溫升高影響【11】。因此，上述假說是否僅適用于特定水域或特定藍(lán)藻種類，或者藍(lán)藻水華爆發(fā)是由多種機(jī)制共同驅(qū)動的，仍需開展更多研究加以探索。

與水溫升高假說相應(yīng)，氣候變化已被廣泛證實(shí)會影響包括浮游植物在內(nèi)的海洋生命體繁衍與生存，換言之，氣候變化極有可能導(dǎo)致水華，尤其是有害水華的發(fā)生頻率和強(qiáng)度增加【2】【12】【13】。

藍(lán)藻水華造成的污染（圖庫版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛）

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藍(lán)藻水華的危害

藍(lán)藻水華會釋放毒素，形成有毒的有害藻華(Harmful Algal Blooms, HABs)，不僅會威脅生態(tài)系統(tǒng)的正常功能，還會影響水質(zhì)（導(dǎo)致水體散發(fā)惡臭）和漁業(yè)（引起水體缺氧而導(dǎo)致魚類大量死亡），對人類健康也會產(chǎn)生負(fù)面影響【2】【14】。

雖然藍(lán)藻能夠吸收二氧化碳并釋放氧氣，但在被微生物降解的過程中，卻會消耗大量氧氣，可能導(dǎo)致魚類和底棲無脊椎動物的死亡【15】。此外，藍(lán)藻合成的環(huán)肽類和生物堿類毒素會對鳥類及包括人類在內(nèi)的哺乳動物的肝臟、消化系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)造成損害【16】【17】。

例如，面積約2400平方千米的太湖，在春季時往往會被藍(lán)藻水華徹底覆蓋，這對水質(zhì)、漁業(yè)和旅游業(yè)均產(chǎn)生了嚴(yán)重不利影響。2007年，由微囊藻主導(dǎo)的有毒水華甚至一度威脅到無錫市民的飲用水安全【2】。類似情況也發(fā)生在北美洲的五大湖，那里長期受到藍(lán)藻水華的困擾。2014年，水華藍(lán)藻的爆發(fā)也曾一度威脅到美國俄亥俄州市民的飲用水安全【18】。

小小藍(lán)藻引發(fā)的水華危害如此之大，有什么好辦法能治一治它呢？

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藍(lán)藻水華的治理方法

治理水華的方法有多種，包括降低水體富營養(yǎng)化水平、采用水動力學(xué)和化學(xué)方法，以及生物防治等。這些方法在一些湖泊的治理中已被證實(shí)有效，但其是否適用于所有藍(lán)藻水華的治理仍缺乏保證【2】。

?降低水體富營養(yǎng)化水平

從源頭控制流入水體的營養(yǎng)物質(zhì)，降低水體富營養(yǎng)化程度，這種方法通常被視為解決藍(lán)藻水華爆發(fā)的根本之策。比如，具體措施如禁止在洗滌劑中添加磷酸鹽、減少磷肥施用等。不過，這一過程往往需要數(shù)年甚至幾十年才能見效【19】【20】。

?水動力學(xué)方法

水動力學(xué)方法指通過人工增加水流動，如增加水量，破壞藍(lán)藻依賴氣囊獲得的浮力優(yōu)勢，使其地位被綠藻和硅藻所取代，從而緩解水華。盡管這種方法有效，但其所需成本通常較高【21】。

?化學(xué)方法

化學(xué)方法雖能快速去除水華，但難以長期奏效，且多數(shù)化學(xué)品對其他水生物也有毒性，因此通常不被推薦【22】。

?生物防治

生物防治雖看似可行，但在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多挑戰(zhàn)。例如，雖然病毒或真菌能快速殺死藍(lán)藻，但難以長期發(fā)揮作用【23】【24】【25】。貽貝等濾食性軟體動物對治理藍(lán)藻水華的效果也有待驗(yàn)證【2】【13】。而通過人為調(diào)節(jié)浮游動物和魚類種群結(jié)構(gòu)來抑制水華，只有在同步降低水體富營養(yǎng)化水平或持續(xù)人為干預(yù)的情況下，才能取得長期效果【26】【27】【28】

小結(jié)

藍(lán)藻水華作為一種由水體富營養(yǎng)化、氣候變化等多重因素促成的現(xiàn)象,在20世紀(jì)末至21世紀(jì)初的20年間,曾在中國多個湖泊和水庫廣泛爆發(fā)。盡管水生生態(tài)系統(tǒng)的這一轉(zhuǎn)變過程仍有待深入研究探討,但我們通過野外實(shí)地考察和室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn),已認(rèn)證過量的氮磷營養(yǎng)物質(zhì)以及高溫環(huán)境是誘發(fā)藍(lán)藻快速增殖的主要誘因【1】。

因此,控制水體內(nèi)氮磷含量被視為治理藍(lán)藻水華的根本對策。然而,對于大中型湖泊而言,實(shí)施此策略需耗費(fèi)大量人力物力,且見效周期較長。在吸收前人研究經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合中國實(shí)際情況和傳統(tǒng)漁業(yè)知識的基礎(chǔ)上,謝平研究員孜孜不倦地開展創(chuàng)新實(shí)踐,終獲寶貴經(jīng)驗(yàn)，他成功完成藍(lán)藻水華防治,為中國藍(lán)藻水華綜合治理取得關(guān)鍵性突破，成功阻止了22年武漢東湖的藍(lán)藻水華爆發(fā)【29】。

在眾多科研人員的不懈努力下,針對水生系統(tǒng)的修復(fù)與維護(hù)這一復(fù)雜的系統(tǒng)工程已逐步形成可落地、可迭代的方法論?？茖W(xué)的治理理念結(jié)合國內(nèi)污染治理力度的加大、法律法規(guī)的日趨完善以及公眾環(huán)保意識的逐步提高,有害的藍(lán)藻水華等水質(zhì)問題終將迎刃而解。

參考文獻(xiàn)

作者：厲威池 北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院碩士

審核：鐘瑾 中國科學(xué)院微生物研究所研究員

出品：科普中國

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