蓝藻爆发机理研究进展

蓝藻爆发机理研究进展

摘要：湖泊富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究蓝藻水华的形成机制,具有重要的生态和环境意义。对近20年来国内外对蓝藻的研究状况做一个总结，提出自己的一些看法。

湖泊富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究蓝藻水华的形成机制,对于科学预测湖泊中蓝藻水华的产生,并采取相应措施减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义。蓝藻作为河湖水华中常见优势种群，引起的蓝藻事件是目前社会普遍关注的问题，例如太湖蓝藻暴发导致无锡无水喝的严重的“水危机”。不仅是太湖，全国各大湖泊都不同程度受到蓝藻污染，因此，人们开始关注蓝藻。对蓝藻的研究也取得一定进展，对近20年来国内对蓝藻的研究状况做一个总结，提出自己的一些看法。

所谓蓝藻是淡水湖泊中比较常见的一种浮游植物种类,在适宜的气象条件和营养盐浓度下,就会爆发性地生长,形成蓝藻水华“水华”是指内陆水域中一些浮游生物的暴发性繁殖引起水色异常的现象。形成蓝藻水华的藻类包括微囊藻、鱼腥藻、节球藻、鞘丝藻、颤藻和束丝藻等,有时直链硅藻也伴随蓝藻大量滋生[3]。

蓝藻水华的暴发是水体富营养化特征之一。目前水华发生的机理尚未被人们充分认识,多数蓝藻水华确切的诱发因子并不十分清楚[4]。但是人们探索的蓝藻水华的影响因素的脚步并没有因此停止。目前，探讨蓝藻爆发机制主要是从3个方面进行：

1）物理因素, 主要包括水深、温度、水温、水深、流速、水的动力特性、风向、风力、水体稳定性、光照和动力悬浮等。

2）化学因素, 主要有N、P浓度及氮磷比N/P、PH。

3）生物因素，包括浮游动物生物量、水生植物、水生动物等。但是各因素的影响作用的讨论没有得到统一。主要集中在：

1 N、P 浓度及N/P的讨论

在研究蓝藻水华爆发机理时，对N和P这两个影响因素的研究比较多。文献[5]对1956-1999年武汉东湖水华进行监测，提到武汉东湖水中P的浓度达到最高值时（测点1为1.349 mg/l，测点2为0.757 mg/l）产生水华，而水华也随着P浓度的降低而消退。宋亚莲等[6]根据藻类增长潜力试验和N、P等各有关因子相关性分析表明，光、温度对洪泽湖浮游植物都没有起限制性作用，不能构成洪泽湖的限制性因子。洪泽湖富营养化主导控制因子是P，其次是N。Chi-Yong Ahn 等[7]认为湖水的富营养化与P、叶绿素及浊度有关。而N是另一个主要的限制因子，但N的作用没有P作用大，但是高浓度的P并不总会导致富营养化,其它的抑制因素也起作用。这意味着，水体富营养化并不能认为即是水华。

但有学者曾提出微囊藻水华暴发与氮、磷等营养盐浓度并无直接关系[8],如陈宇炜[9]指出太湖微囊藻水华暴发虽与氮、磷等营养盐浓度值过高有关,但并没有显著的相关关系。吕晋等对武汉市15个浅水湖泊在不同水期的浮游植物进行调查，同时监测相应的环境因子指标，分析结果表明水温、水深、pH、浮游动物生物量是影响城市浅水小型湖泊蓝藻种类组成及分布的主要因子，同时绿藻生物量等对蓝藻组成分布也有一定的影响；由于武汉市浅水湖泊的高营养盐浓度，总磷及氮磷比不再是蓝藻生长的限制因子。

对于氮磷比，早在1983年Smith提出TN/TP<29易形成蓝藻水华的观点. 但这个观点受到许多质疑,然而也有的学者报道TN/TP可以达低到5～10。N/P<29只是蓝藻水华暴发的结果,而非原因.丰江帆等认为当湖水中的氮含量是磷含量

的

15～20倍时,是蓝藻大量繁殖的最佳条件。唐汇娟比较国内35个湖泊(23个发生蓝藻水华)后发现,发生蓝藻水华的湖泊中N/P在13～35,而没有发生蓝藻水华的湖泊中N/P则小于13。

王朝晖对广东省19个大中型水库的浮游植物状况进行调查，调查表明水库的营养盐含量对蓝藻细胞密度影响不大，但蓝藻细胞密度和百分比却影响着水库的水质，蓝藻细胞密度越高，水体富营养化程度也越高。虽然水库营养盐含量对蓝藻细胞密度影响较小，但营养盐之间的比例与蓝藻细胞密度密切相关，高密度蓝藻出现在N：P（原子比）为10～30的水平，在20细胞密度达到高峰，大部分淡水水体属于磷限制性水体，过量磷的输入使水体中磷含量不再受到限制，从而大大刺激浮游微藻类的生长，特别是蓝藻类的生长。

然而，目前国际上流行的N/P比学说所不能解释的某些富营养水体中蓝藻水华的爆发机制现象。

张哲海等为解南京玄武湖蓝藻水华的成因,对玄武湖长期监测资料进行分析和现场调查。指出,东南湖回水可能是玄武湖蓝藻水华发生的诱因,生态失衡是蓝藻水华发生的主要原因,蓝藻水华的暴发与富营养化程度无显著相关性,其暴发加重玄武湖富营养化程度。

目前有报道出现蓝藻水华的湖泊,其营养盐浓度范围大致相近,即TN在1～10(20) mg/L,TP在0.01～0.1(0.2) mg/ L。而氮磷比值可以判断其中起限制作用的营养元素.如果一个湖泊的营养盐浓度在此范围以外,往往很难再看到蓝藻水华的发生.

2 水温的讨论

Inga Kanoshina等认为低N:P比值是蓝藻水华的先决条件，而水温、风力

是促发条件。任健等通过对1986～2007年12个太湖蓝藻暴发典型个例的分析,得出:气温偏高、降水偏少、光照充足对太湖蓝藻暴发有促进作用,是蓝藻何是暴发的主导因素。微风、低气压为太湖蓝藻向特定区域内聚集、上浮提供有利条件,是引发太湖局部水域蓝藻暴发的诱导因素。

确定水温是蓝藻水华的影响因素后，有学者对蓝藻爆发的水温条件进行探讨。王得玉等利用高光谱遥感数据动态监测太湖地区蓝藻水华发展过程,认为在水体富营养化前提下, 水体温度是影响蓝藻生长的重要环境因子合适的水体温度24～30℃是蓝藻爆发的必要条件，大于30℃的高温,对蓝藻的生长有明显的抑制作用。赵孟绪等对影响汤溪水库蓝藻水华发生的主要因子进行分析,认为当水库表层水温为25～35℃,适合蓝藻水华的发生。另外，在具备充分营养盐与适合水温条件下,水体稳定性是控制汤溪水库蓝藻水华发生时间的关键因子。金相灿研究了2种典型水华蓝藻(水华微囊藻及孟氏浮游蓝丝藻)在不同温度下的生长和光合作用特征及浮力调控的机制.结果表明,水华微囊藻在温度低于13℃时几乎不能生长,高于16℃能缓慢生长,且随着温度升高,生长速率增大；孟氏浮游蓝丝藻在温度为10℃时就能缓慢生长,当温度高于16℃时即能够较好生长；2种藻的生长速率在10～28℃范围内都随温度升高而增大.温度降低至13℃以下,水华微囊藻下沉趋于休眠,而孟氏游浮蓝丝藻则趋于底栖继续生长；温度升高至13℃以上,水华微囊藻趋于复苏和上浮,而孟氏浮游蓝丝藻趋于浮游.

3 PH的讨论

曾有研究报道，蓝藻在PH低于4或5的环境中不能生存，其生存的适宜PH 范围为7.5-10.0。

黄钰铃利用物理模型研究pH值对蓝藻水华生消的影响, 结果表明:水体pH 与水华生消密切相关,当营养物质及其他条件适宜时,pH为8可促进水华发生;当pH值不利于藻类生长,藻类的自适应性使其可通过一系列生理生化反应调节水体pH值趋向适宜生长的偏碱性范围。