(整理)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：
1N、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.
3PH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。

Yoshimasa Yamamoto通过一年实验监测，表明水华束丝藻爆发的条件与水温、PH及日照时长有关系，得出当pH低于7.1，水温为11°C时水华束丝藻不能生长，在10L:14D的光周期下生长会受抑制。

4其它讨论
张毅敏等对铜绿微囊藻的水动力模拟实验研究表明,流速和温度以及营养盐浓度对藻类生长有着密切影响,且可能存在一定的临界流速.不同营养状态,临界值不同,在N:P 为4.5:1情况下推测临界流速为0.50 m/s；在N:P为2.7:1情况下推测临界流速为0.30 m/s。

曹巧丽通过室内模拟实验,在温度、光照、初始pH和营养盐等基本条件相同的前提下模拟不同水流流速下铜绿微囊藻水华的产生与消亡过程,在10～40 cm/s流速区间里藻类生长周期随流速增大而变长,藻类最大现存量在40cm/s流速下最大,在10 cm/s流速下最小,流速为30 cm/s时藻类比增率最大,较适合藻类生存,在整个水华暴发过程中水体氮磷营养浓度呈下降趋势,水体的pH、DO和Ec变化不大。

Martin T.指出蓝藻产生不仅与营养程度等上述因素有关，也与湖泊的形态、光照度、食物链结构有关。

湖的深浅与蓝藻的种类有关。

唐忠波等采用大型室内湖泊模拟装置对孟氏浮游蓝丝藻在富营养化湖泊中的垂直分布与迁移特征规律进行模拟，得出孟氏浮游蓝丝藻浮力对光的响应能力。

5小结
虽然国内外有关蓝藻机制的研究较多，水华发生机理尚不明确，存在的问题主要有：
1）引起蓝藻水华的氮、磷的浓度及氮磷比没有一个固定阀值。

2）蓝藻的分布与水深，与水温的关系没有统一的定论。

3）蓝藻生物量有多少才能爆发还没有形成标准。

由于对于水华的影响因素目前尚未明确，因此，要建立能够用于监测部门的预警预报系统的水华的模型，将是今后的发展方向。

只有在成熟的理论研究后，才能对调控有一个成熟的操作技术。

另外，藻类自身对氮磷的影响也会反过来影响水华的形成，因此研究湖泊水华发生以及沉积物内源磷释放机理也是一个研究方向。

蓝藻水华暴发的机理目前在学术界尚未有统一的定论,蓝藻水华的研究工作也需要更进一步的深入。

政府应鼓励其对蓝藻发生机理和防治技术研究,加强对蓝藻监测新技术的研发。

水质预警的模型现在已有很多,但是真正能在监测部门中推广的却很少。

因此,要针对预警监测的需要,开发出合适的水源地蓝藻水华的预警模型和数据库,以提高监测部门的预警能力。