蓝藻水华：从哪儿来，到哪儿去？

太湖蓝藻水华的四个过程。(a)蓝细菌细胞的分裂和增殖；b .碰撞形成大细胞群；大型细胞团向上漂浮形成可见的藻华；湖流携带的迁移和积累)

“蓝藻水华经常‘来去无踪’，它们的出现和消失显示出巨大的时空差异。先前的研究不能很好地解释这一现象。”中科院南京地理与湖泊研究所秦课题组发现了蓝藻水华的动态特征和驱动机制，并提出了蓝藻水华的概念解释。

■我们的记者秦志伟

5月初，太湖和巢湖等大型浅水湖泊进入蓝藻高发期。蓝藻水华是水域的一个生态环境问题，大多发生在大型浅水富营养化湖泊中。这次爆发将引发一系列连锁反应。最明显的影响是饮用水供应的安全和水体的生物多样性。

据预测，今年5月，太湖、巢湖、滇池等流域的气温将比多年平均气温升高0.5 ~ 2℃，有利于蓝藻水华的发生。

早在今年2月，生态环境部就发出通知，要求各地做好2019年重点湖泊水库蓝藻水华防控工作。自4月1日起，安徽省开始对巢湖蓝藻水华进行预警和应急监测。

然而，蓝藻水华的早期预警和监测并不是一件容易的事情。

“蓝藻水华经常‘来去无踪’，它们的出现和消失显示出巨大的时空差异。先前的研究不能很好地解释这一现象。”中科院南京地理与湖泊研究所研究员秦的研究团队发现了蓝藻水华的动态特征及其驱动机制，并提出了蓝藻水华暴发过程的概念解释。该研究成果先后发表在《水生生物学》和《微生物学前沿》上。

和“谜语”一样的问题

虽然今年的气温有点特殊，应该特别关注蓝藻水华，但蓝藻水华的预警和监测实际上是每年相关管理部门的例行行动。

蓝藻水华的主体是蓝藻，是淡水湖泊中常见的浮游植物。在富营养化条件下，当它满足适当的气象条件时，就会大量生长，从而形成著名的蓝藻水华。微囊藻是蓝藻水华最常见的优势种，具有最大的爆发频率和生物量比例。

中国的大部分淡水湖集中在长江中下游和东部沿海地区，这些地区也是世界上浅水湖泊相对集中的地区。"如果换水时间延长，浅水湖泊很容易发生富营养化和蓝藻水华."秦告诉中国科学报。

据报道，漂浮的蓝藻水华经常在湖泊水源附近积聚和腐烂，从而使水质恶化。此外，蓝藻分解释放的藻毒素直接危害人类健康。调查表明，太湖周边地区饮用藻类毒素暴露水平与癌症发病率呈正相关。

事实上，社会对水体富营养化和蓝藻水华暴发已有初步了解。氮和磷等营养物质浓度的增加，以及较高的水温、充足的光照和平静的风浪条件，都可能导致蓝藻水华爆发。

然而，在太湖这样的大型浅水湖泊中，蓝藻水华的发生和持续时间只有几个小时，表现出很大的时空差异。正是这种情况使得人们用“爆发”这个词来形容蓝藻水华。秦说，它的出现或消失的原因已成为一个“谜”。

太湖是典型的大型浅水湖泊。《中国科学日报》的记者搜索了国内文献，发现大多数相关研究都以太湖为例。根据现有研究，由于富营养化，每年5-10月太湖都会发生微囊藻水华。

光是控制磷的效果就达不到预期。

目前的研究已经基本发现氮、磷等营养物质在水体富营养化和蓝藻水华中起主导作用，尤其是在决定磷的决定性作用方面，并由此提出了旨在控制磷的富营养化控制策略。

然而，秦的团队发现，像太湖这样的大型浅水湖泊并不适合这种策略。"仅仅控制磷很难达到预期的效果."秦说，原因是磷通过河流、大气沉积等进入大型浅水湖泊的湖体后。，它将大部分沉积到湖底。湖底的磷很容易被释放到水体中，这是由于风和波浪对藻类生长的干扰，导致蓝藻水华的爆发。

如果把从外部进入的磷看作是外部来源，那么从沉积物中释放的磷就可以称为内部来源，这是秦的团队最近发现的。

“在像太湖这样的大型浅水湖泊中，沉积物释放的磷在延缓富营养化控制和抵消外源污染减少方面发挥了重要作用。”秦说，以前的观点认为，在太湖这样的浅水湖泊中，风浪扰动严重，水体从表层到底层都是好氧的，沉积物中磷的释放会受到抑制，“但我们发现，富营养化后蓝藻水华的发生会增加湖底厌氧的频率和强度，增加生物有效磷的释放”。

虽然学术界普遍认为风浪对水体的扰动直接导致沉积物中大量氮、磷的释放，但扰动强度对水华微囊藻种群的影响是不同的。

江南大学环境与土木工程学院的杨等人发现，适宜的扰动强度(100r/min)促进了水华微囊藻种群的生长和光合活性，而过高的扰动强度(400r/min)抑制了其生长和光合活性。

气候变暖是蓝藻爆发的另一个原因。以太湖为例。太湖位于亚热带地区。冬季水温约为5 ~ 8℃，这大致是蓝藻细胞分裂和生长的极限阈值。低于这个温度，藻类细胞停止生长；超过这个阈值，藻类细胞分裂并生长。

然而，秦的团队也发现，太湖气候变暖使得水温升高，尤其是在冬季和春季，这对于蓝藻水华在接下来的春季甚至整个夏季的规模和强度都有很大的影响，甚至出现了蓝藻水华在冬季的现象。然而，越冬蓝藻细胞的增加增加了次年蓝藻水华的种源数量。

在秦看来，正是这种气候变暖加上营养物质浓度的上升导致了2007年的无锡饮用水危机。然而，近两年太湖蓝藻水华的反弹也与异常的气候变化密切相关。

因此，秦的团队提出太湖蓝藻水华可归纳为四个过程，即细胞增殖阶段、细胞团形成阶段、细胞漂浮阶段和漂浮阶段。

源头控制与生态调控

目前，湖泊富营养化和蓝藻水华问题无法在短时间内得到解决。预警和监测已经成为处理蓝藻水华的常规方法。通过智能拦截和高效清洁，湖泊可以保持相对清洁。

根据文献综述，相关技术和设备被广泛使用。

例如，南京地理与湖泊研究所的专家根据水源和蓝藻水华减灾防灾的需要，开发了一套“预报预警-智能拦截-高效清污”的技术和设备，并成功应用于太湖、巢湖等湖泊和水库。

加强蓝藻水华防控检查只是一项短期措施。在秦看来，从长远来看，有必要加强对外源氮磷负荷的控制。他说，目前的污水排放标准需要进一步提高，因为即使排放到标准的清洁水仍然是氮磷浓度远远高于太湖的污水。二是加强非点源污染控制。同时，有必要控制湖泊内源污染的积累。

然而，不可否认的是，由于湖泊的水文、地形、湖流和生态环境的复杂性，在每个湖泊和每个水源区往往存在一些特殊情况，需要采取具体的对策。

此外，“生态调节是恢复水生系统健康的关键。”南京大学环境学院教授杨柳岩写道，“在一定程度上控制富营养化的前提下，应该采取生态控制的方法来恢复湖滨湿地，增加湖体内漂浮和沉水植物的面积，增加水生生物的数量”。

“流域或湖滨的生态恢复实际上是一种增强拦截污染物能力和提高生态净化能力的方法。”秦表示，湖泊生态修复是为了遏制沉积物的释放，降低水华风险，增加透明度，提高生态系统防止污染的能力。

然而，这种回收需要一个先决条件，即在实施之前必须将污染负荷降低到一定程度。

杨柳岩同时指出，这要求环保、农业、水利、渔业等部门协调统一，调整湖泊管理模式，实现从源头控制和截污到源头控制和截污并重、湖泊生态调控的管理思路的重大转变。

然而，杨柳岩不赞成盲目恢复水体中的大型水生植物。“了解大型水生植物和藻类的营养浓度、水文条件和竞争生长的耦合机制非常重要，这是未来需要解决的科学问题之一。”

相关纸质信息:

DOI: 10.1007/s10750-019-3883-1

DOI:10.3389/fmicb.2018.00451

中国科学报(2019-05-07第7版生态环境)