太湖藍藻水華暴發(fā)的四個(gè)過(guò)程。（a.藍藻細胞分裂增殖；b.碰撞形成大細胞團；c.大細胞團上浮形成可見(jiàn)水華；d.湖流攜帶的遷移與堆積 ）中科院南京地理與湖泊研究所供圖

　　“藍藻水華常常‘來(lái)無(wú)影、去無(wú)蹤’，其出現和消失呈現較大的時(shí)空差異，以往研究無(wú)法很好地解釋這種現象。”中科院南京地理與湖泊研究所研究員秦伯強課題組研究發(fā)現了藍藻水華發(fā)生的動(dòng)態(tài)特征及其驅動(dòng)機制，并提出藍藻水華暴發(fā)過(guò)程的概念性解釋。

　　■本報記者 秦志偉 

　　5月初，太湖、巢湖等大型淺水湖泊進(jìn)入了藍藻水華高發(fā)期。藍藻水華是水域生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，多發(fā)生在大型淺水富營(yíng)養化湖泊。其暴發(fā)會(huì )引發(fā)一系列連鎖反應，影響最為明顯的是飲用水供水安全和水體生物多樣性。

　　據預測，太湖、巢湖、滇池等流域今年1月～5月氣溫與多年平均氣溫相比增加0.5～2°C，利于藍藻水華發(fā)生。

　　早在今年2月，生態(tài)環(huán)境部就發(fā)布通知，要求各地做好2019年重點(diǎn)湖庫藍藻水華防控工作。自4月1日起，安徽省已啟動(dòng)巢湖藍藻水華預警和應急監測工作。

　　然而，對藍藻水華的預警和監測并不是一件容易的事。

　　“藍藻水華常常‘來(lái)無(wú)影、去無(wú)蹤’，其出現和消失呈現較大的時(shí)空差異，以往研究無(wú)法很好地解釋這種現象。”中科院南京地理與湖泊研究所研究員秦伯強課題組研究發(fā)現了藍藻水華發(fā)生的動(dòng)態(tài)特征及其驅動(dòng)機制，并提出藍藻水華暴發(fā)過(guò)程的概念性解釋。研究成果相繼發(fā)表在Hydrobiology和Frontiers in Microbiology上。

　　“謎”一樣的問(wèn)題 

　　雖然今年的氣溫有點(diǎn)特殊，對藍藻水華要格外關(guān)注些，但對它的預警和監測其實(shí)是相關(guān)管理部門(mén)每年的常規動(dòng)作。

　　藍藻水華的主體是藍藻，它本是淡水湖泊中常見(jiàn)的浮游類(lèi)植物，其在富營(yíng)養化條件下遇到合適的氣象條件便會(huì )大量生長(cháng)，進(jìn)而形成我們熟知的藍藻水華。微囊藻是藍藻水華最常見(jiàn)的優(yōu)勢群種，其暴發(fā)頻度和生物量占比最大。

　　長(cháng)江中下游地區和東部沿海集中了我國絕大多數淡水湖泊，也是國際上淺水湖泊較為集中的區域。“淺水湖泊如果換水周期延長(cháng)，就非常容易富營(yíng)養化與出現藍藻水華。”秦伯強告訴《中國科學(xué)報》。

　　據介紹，漂浮的藍藻水華在湖泊水源地附近堆積、腐化進(jìn)而惡化水質(zhì)的狀況時(shí)有發(fā)生。此外，藍藻分解釋放的藻毒素對人體健康有直接的危害，調查表明，太湖周邊地區飲用水藻毒素的暴露等級與癌癥發(fā)病率呈正相關(guān)。

　　其實(shí)，社會(huì )對于水體富營(yíng)養化與藍藻水華暴發(fā)已有初步認識，氮、磷等營(yíng)養鹽濃度的增加以及較高的水溫、充足的光照、平靜的風(fēng)浪條件，都有可能促成藍藻水華的暴發(fā)。

　　但是，在太湖這樣的大型淺水湖泊中，藍藻水華的出現和持續時(shí)間只有數小時(shí)，呈現出較大的時(shí)空差異。正是這種情況讓人們用“暴發(fā)”一詞來(lái)形容藍藻水華。秦伯強表示，其出現或消失的原因儼然成了“謎”一樣的問(wèn)題。

　　太湖是典型的大型淺水湖泊，《中國科學(xué)報》記者檢索國內文獻發(fā)現，相關(guān)研究多以太湖為案例。根據已有研究，由于水體富營(yíng)養化，太湖每年5～10月都會(huì )暴發(fā)微囊藻水華。

　　單純控磷效果難達預期 

　　目前的研究基本弄清了是氮、磷等營(yíng)養鹽對水體富營(yíng)養化及出現藍藻水華起主導作用，特別是確定了磷的決定性作用，并由此提出以控磷為目標的富營(yíng)養化控制策略。

　　但秦伯強團隊發(fā)現，太湖這樣的大型淺水湖泊并不適合這套策略。“單純的控磷很難達到預期效果。”秦伯強表示，原因是磷通過(guò)河流、大氣沉降等進(jìn)入大型淺水湖泊的湖體后，多會(huì )沉積到湖底，湖底的磷非常容易因風(fēng)浪擾動(dòng)而釋放進(jìn)入水體，供應藻類(lèi)生長(cháng)，導致藍藻水華的暴發(fā)。

　　如果把外部進(jìn)入的磷看成是外源，那么底泥釋放的磷便可以稱(chēng)為內源，后者是秦伯強團隊最近的發(fā)現。

　　“在太湖這樣的大型淺水湖泊，底泥釋放的磷對延緩湖泊富營(yíng)養治理、抵消外源污染削減起了很大的作用。”秦伯強介紹，以往觀(guān)點(diǎn)認為，像太湖這樣的淺水湖泊，風(fēng)浪擾動(dòng)劇烈，水柱從水面到水底都是有氧的，底泥里面的磷釋放會(huì )被遏制，“但我們發(fā)現，富營(yíng)養化后藍藻水華的出現，會(huì )增加湖底的厭氧頻率與強度，增加生物可利用磷的釋放”。

　　雖然學(xué)界公認風(fēng)浪引起的水體擾動(dòng)直接導致底泥氮磷的大量釋放，但擾動(dòng)強度對水華微囊藻群體的影響并不一樣。

　　江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院楊桂軍等人研究發(fā)現，適宜的擾動(dòng)強度（100r/min）促進(jìn)水華微囊藻群體生長(cháng)和光合活性，而過(guò)高的擾動(dòng)強度（400r/min）則抑制其生長(cháng)和光合活性。

　　氣候變暖是藍藻水華暴發(fā)的另一原因。以太湖為例，太湖地處亞熱帶地區，冬季水溫在5～8℃左右，該溫度大致是藍藻細胞分裂生長(cháng)的限制閾值。低于此溫度，藻類(lèi)細胞停止生長(cháng)；高于此閾值，藻類(lèi)細胞分裂生長(cháng)。

　　但秦伯強團隊也發(fā)現，太湖氣候變暖使得水溫升高，特別是冬春季節的水溫升高對次年春季甚至整個(gè)夏季的藍藻水華規模與強度影響非常大，甚至出現了冬季藍藻水華的現象。而越冬藍藻細胞的增加，加大了次年藍藻水華的種源數量。

　　在秦伯強看來(lái)，正是這種氣候變暖疊加營(yíng)養鹽濃度的升高，導致了2007年無(wú)錫飲用水危機事件的發(fā)生。而最近兩年的太湖藍藻水華反彈，也與氣候變化異常有很大關(guān)系。

　　據此，秦伯強團隊提出太湖藍藻水華暴發(fā)可概括為四個(gè)過(guò)程，分別是細胞增殖階段、細胞團形成階段、細胞上浮階段和漂浮階段。

　　控源和生態(tài)調控并舉 

　　當前，湖泊富營(yíng)養化和藍藻水華問(wèn)題無(wú)法在短期內得以解決，預警和監測便成了應對藍藻水華的一種常規做法，再通過(guò)智能攔截和高效清理，進(jìn)而保持湖泊相對清潔。

　　記者查閱文獻獲悉，相關(guān)技術(shù)與設備較多且廣泛應用。

　　例如，南京地理與湖泊研究所專(zhuān)家基于水源地、藍藻水華減災防災需求，研創(chuàng )了“預測預警—智能攔截—高效清理”成套技術(shù)與設備，并成功推廣應用于太湖、巢湖等湖泊水庫。

　　加強藍藻水華防控巡查也只是短期內的做法。在秦伯強看來(lái)，從長(cháng)遠看，需要加大外源氮磷負荷的控制力度。他表示，現在污水排放標準需要進(jìn)一步提高，因為即使達標排放的清下水，仍然是氮磷濃度大大高于太湖濃度的污水；其次是加大面源污染治理力度；同時(shí)，還需要對湖內已經(jīng)蓄積的內源污染開(kāi)展治理。

　　但不可否認，由于湖泊的水文、地形、湖流、生態(tài)環(huán)境的復雜性，往往每個(gè)湖泊、每個(gè)水源地都有一些特殊情況，需要特定的應對方案。

　　除此之外，“生態(tài)調控是恢復水生系統健康的關(guān)鍵所在”。南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授楊柳燕撰文介紹，“在富營(yíng)養化得到一定程度控制的前提下，采用生態(tài)調控的方法恢復湖濱濕地，增加湖體浮葉植物和沉水植物面積，提高水生生物數量”。

　　“流域或湖濱的生態(tài)恢復，實(shí)際上是增強攔截污染物的能力，是提高生態(tài)凈化能力的一種方式。”秦伯強表示，湖體內的生態(tài)修復是為了遏制底泥釋放、降低藻類(lèi)水華風(fēng)險、增加透明度、提高生態(tài)系統防御污染的能力。

　　但這種恢復需要一個(gè)前提條件，即污染負荷必須降低到一定程度才能實(shí)施。

　　楊柳燕同時(shí)指出，這需要環(huán)保、農業(yè)、水利、漁業(yè)等部門(mén)協(xié)調統一，調整湖泊管理模式，實(shí)現管理思路從控源截污為主向控源截污與湖泊生態(tài)調控并重的重大轉變。

　　但楊柳燕不贊同盲目對水體進(jìn)行大型水生植物修復。“弄清營(yíng)養鹽濃度、水文狀況與大型水生植物和藻類(lèi)競爭生長(cháng)的耦合機制十分重要，是未來(lái)需要解決的科學(xué)問(wèn)題之一。”

《中國科學(xué)報》 (2019-05-07 第7版 生態(tài)環(huán)境)