湖泊蓝藻水华发生机理研究进展

蓝藻水华是富营养化湖泊常见的生态灾害,通过产生毒素、死亡分解时使水体缺氧和破坏正常的食物网威胁到饮用水安全、公众健康和景观,会造成严重的经济损失和社会问题,揭示其发生机理是进行防治的基础。综述了蓝藻水华发生机理的主要假说和证据,主要分为环境因子(营养盐、氮磷比、温度、微量元素、浮游动物牧食、水文和气象条件等)和生理生态特性(伪空泡、胶质鞘、CO2浓缩机制、适应低光强、贮藏营养物质、防晒、产毒素和固氮等)两个方面;评述了主要新理论,展望了今后的研究。到目前为止的研究表明寻找一两个关键因子并不能阐明蓝藻水华的发生机理。现存的理论或假说尽管已经在蓝藻水华的防治实践中产生重要作用,但仍然未能清楚地阐释其发生的客观规律。认为蓝藻水华是在各种环境因子(外因)的耦合驱动下,水华蓝藻由于其独特的生理生态特性(内因),产生巨大的生物量而在浮游植物群落中占绝对优势,在合适的水文气象条件下集聚于水表而形成。因此水华机理的研究应同时关注水华蓝藻的生理生态学规律和蓝藻水华发生的各种环境条件。不同环境因子协同影响水华蓝藻的不同生理生态特性的表达,从而影响水华的发生过程,将可能是以后研究的重点。蓝藻水华机理的研究在微观方面正趋向于应用分子生物学手段分析蓝藻生理过程,宏观方面则将广泛应用遥感遥测技术观测全湖蓝藻的变化规律。今后加强对水华蓝藻生理生态特性的基因表达与调控和环境多因子耦合作用于蓝藻水华过程的研究将有重要意义。蓝藻水华的机理研究包括现象、过程和原因3个层次的问题,通过大量的现象和过程的研究,不断揭示其发生过程中水华蓝藻的群落演替、种群发展、细胞活性和分子机理等变化规律,才能找到其发生的真正原因,为其防治提供理论依据和更好的治理措施。在蓝藻水华防治方面,控制营养盐和生态修复可能将是今后很长时间内最根本最有效和最具操作性的方法。     

大型浅水富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理的思考

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。为探索富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理 ,综述了目前对我国大型浅水湖泊蓝藻水华成因研究现状和对水华形成机理的一般认识。分析了导致蓝藻水华形成的化学、物理和生物等主要环境因素 ,论述了蓝藻 ,尤其是微囊藻成为水华优势种的可能原因。认为对水华的形成需要全面认识 ,营养盐浓度的升高可能仅是蓝藻水华形成、且人们可以加以控制的因素之一 ;在探索水华成因时 ,不能仅仅局限于夏季蓝藻水华发生时环境特征的研究与观察 ,而应该提前关注蓝藻的越冬生理生态特征、春季复苏的生态诱导因子及其阈值以及在复苏后 ,蓝藻如何在生长过程中形成群体 ,并逐步成为湖泊水生生态系统中的优势种乃至形成水华的过程。并需要对蓝藻越冬的生存对策、蓝藻群体的形成的条件、蓝藻在春季复苏的触发条件及其生态阈值、以及蓝藻在与其它藻类种群竞争中取胜的生理生化特征有足够的认识。蓝藻水华的“暴发”是表观现象 ,其前提还是藻类一定的生物量 ,且是一个逐渐形成的过程。根据生态学的基本理论和野外对水华形成过程的原位观测     

滇池束丝藻水华毒性生物检测

近年来,由于外源污染物大量入湖,致使滇池水体呈富营养状态,蓝藻水华频繁爆发。束丝藻属与微囊藻属随季节演替,成为滇池蓝藻水华的两大优势种群。束丝藻水华暴发期间,滇池放养的滤食性鱼类出现死亡,其原因可能是由于丝状藻体堵塞鱼鳃部而引起,但也不能排除束丝藻毒素的影响。有毒束丝藻水华对鱼类的危害主要表现在几个方面:鱼类受到有毒束丝藻细胞所分泌毒素,如四氢嘌呤碱等毒性毒害;与束丝藻共生细菌毒害;或束丝藻死亡后分解消耗水体中溶解氧造成水体缺氧等都是可以使鱼致死的原因。       

高温强太阳光照条件下蓝藻水华形成的实验研究

富营养化和藻类水华尤其是蓝藻水华在全世界范围内的湖泊中都有发生,但富营养化和水面藻类水华出现之间没有等同关系.目前人们对水华形成机制还不是很了解,对水华的具体形成过程也不是很清楚,因此若能通过一定的途径使没有形成水面水华的富营养水体出现水面水华就对水华形成机制的研究很有意义.实验选用高温季节里,于2007年8月28日将室外塑料蓝桶中培育的浮游植物丰富的天然水体-其中含有类颤藻鱼腥藻但其并不占据优势,引入到无色透明玻璃瓶中.实验初始水体的chl-a、TN和TP依次为 615.20mg·^-3、9.144mg·L^-1和0.453mg·L^-1.2007年8月29日对各处理进行营养盐的梯度添加,添加的营养盐为KNO₃和KH₂PO₄.共有4个营养盐添加梯度,添加的N/P(质量比)为7:1,其中添加的N的梯度为(mg·L-1):0,0.5,1.0和2.0.实验过程中测定了水温、光合有效辐射、氮磷营养盐、叶绿素a和浮游植物种类的数量变化.结果表明实验过程中各处理的营养盐和chl-a含量均比开始时有下降,同时各处理中水面出现了类颤藻鱼腥藻水华,且类颤藻鱼腥藻的数量随处理中营养盐添加量的增多而升高.这说明了含有少量鱼腥藻的高chl-a含量的天然水体在高温季节引入到透明玻璃容器中后能形成水表面鱼腥藻水华,玻璃容器中的高温强光照条件和营养盐的添加能促进鱼腥藻在竞争中取得优势.本实验利用小玻璃容器,排除了鱼类、风浪、底泥等多个因素的影响,集中关注营养盐添加和高温强光照因子,成功重现了蓝藻表面水华的发生.营养盐添加水平与浮游植物种间竞争并导致水体表面水华发生之间的关系在此实验中得到很好的体现.虽然本实验不能揭示蓝藻水华形成的具体机制,但为蓝藻水华形成机制研究提供了便捷的途径而很有意义.     

2002-2018年滇池外海蓝藻水华暴发时空变化特征及其驱动因子

为弄清滇池外海蓝藻水华暴发时空变化规律及其影响因素,将滇池外海分为北、中、南3个区域,基于2002—2018年期间中分辨率成像光谱仪(MODIS)反演的水华面积,分析了上述3个区域蓝藻水华的时空变化特征。基于2007—2018年水文、气象和出入流数据,构建了外海三维水动力生态模型(AEM3D),并计算了各区域的水力滞留时间。通过冗余分析(RDA)、随机森林(RF)和斯皮尔曼相关分析方法,分析了影响以上区域蓝藻水华暴发的主要驱动因子。结果表明：2002—2018年期间,整个滇池外海区域年平均水华面积比(水华面积占该区域总面积比例)呈缓慢下降趋势,空间上由北向南依次递减,整个外海水华暴发面积最大主要发生在秋季。在外海北部区域,其东部水华较西部更为严重,而在中部和南部区域,呈现西部水华较东部更为严重的空间分布模式。通过对各影响因子的统计分析发现,风速、水温和日照时长是上述各区域中蓝藻水华暴发的主要决定性因素。水华暴发期间以西南风为主导风向,且上述区域的水华面积比随风速增加呈下降趋势。在外海各区域,水力滞留时间与水华暴发面积均呈显著正相关,空间上水力滞留时间由北向南逐渐增大,风速和风向是影响蓝...     

微囊藻气囊尺寸与gvpA/gvpC基因的关系

我国是世界上湖泊富营养化最严重的国家之一。太湖、巢湖、滇池等大型浅水湖泊由于富营养化导致蓝藻水华连年爆发, 水质日趋恶化,丧失了原有的功能, 制约着地区经济发展。水华一般是指藻类过量繁殖形成的水体表面聚集物1。在我国, 微囊藻(Microcystis)和某些蓝藻是造成水华的最为常见的种类2。蓝藻水华可产生异味物质、腐烂发臭, 还可产生毒素危害人类健康。       

三峡水库香溪河库湾夏季藻类水华的时空动态及其影响因素

2008年6-8月,三峡水库香溪河库湾相继暴发蓝藻和绿藻水华.依据香溪河库湾夏季的每周监测,对研究区2次水华分别进行聚类和判别分析,研究了2次水华的时空动态及其影响因素.结果表明：研究区2次水华过程均可划分为无水华组、过渡组和水华组;2次水华的暴发对可溶性硅(DSi)、硝态氮与亚硝态氮(NO₃--N+NO₂^--N)和磷酸盐(PO₄^3--P)3种营养盐的吸收程度不同;蓝藻水华暴发期间的DSi、总氮/总磷(TN/TP)、DSi/TN和DSi/TP值均低于绿藻水华;判别蓝藻水华暴发的参数为叶绿素a(Chl a)、TN和PO₄^3--P,而Chl a和DSi则是绿藻水华暴发的判别因子,将2次水华过程划分为水华组和无水华组的判别效果更好;判断蓝藻和绿藻水华暴发的叶绿素a临界浓度分别为40和20 μg·L^-1.     

细菌溶藻的初步研究

滇池是我国西南地区的大型浅水湖泊,近十几年来,滇池蓝藻水华发生的频率和数量均明显增加。其中微囊藻(Microcystis spp.)水华是危害最严重的一类,由于这类水华发生普遍,持续时间长,而且多数产毒,危害性很大,因而倍受人们的关注。人们不断致力于微囊藻水华的消除、其毒素的降解、危害防治等方面的研究,期望减少以至消除微囊藻对生态系统和人类健康的影响。对于控制水体中有毒藻类及其负面影响乃至最终消除,人们采取了多种措施,总的说来为两种基本途径:一是控制它们在水体中的生长繁殖而保持其较低的生物量,二是采用各种办法来杀死它们。       

三峡库区支流蓝藻水华对浮游细菌群落组成的影响

为探究蓝藻水华生消过程对浮游细菌群落组成的影响, 对三峡库区小江支流进行了采样检测, 结果表明小江采样点的水华优势蓝藻主要为水华鱼腥藻和铜绿微囊藻, 水华中期藻细胞密度分别达6.22109和8.77108个/L, 占总生物量的67%和26%。水华中、末期, 浮游细菌群落变化显著。其中, 水华中期主要以玫瑰单胞菌(Roseomona)等属细菌为主, 水华末期则以芽孢杆菌(Bacillus)等属细菌为优势, 且变形菌门(Proteobacteria)及放线菌门(Actinobacteria)细菌相对丰度明显增加, 暗示了细菌群落组成与库区支流蓝藻水华生消变化可能具有相关性。     

书讯

《水华蓝藻生物学》一书由藻类学家胡鸿钧研究员编著,已于2011年4月下旬由科学出版社出版。这是国内第一部有关水华蓝藻的综合性参考书。该书共分为9章,较系统地论述了水华蓝藻的形态、细胞结构、分类、生态、毒素种类、毒性、毒理、分子生物学的研究概况以及蓝藻水华发生机理。共收录整理了国内外已报道的水华蓝藻26     

书讯

《水华蓝藻生物学》一书由藻类学家胡鸿钧研究员编著,已于2011年4月下旬由科学出版社出版。这是国内第一部有关水华蓝藻的综合性参考书。该书共分为9章,较系统地论述了水华蓝藻的形态、细胞结构、分类、生态、毒素种类、毒性、毒理、分子生物学的研究概况以及蓝藻水华发生机理。共收录整理了国内外已报道的水华蓝藻26     

武汉东湖蓝藻水华毒性的研究Ⅰ．淡水蓝藻毒性的检测

用国外检测蓝藻水华毒性的血凝法和小白鼠腹腔注射藻类提取液法。对武汉东湖蓝藻水华进行检测。发现八月份到十月份其间的藻类水华有不同程度的毒性反应。     

微囊藻毒素分子致毒机理研究近况

目前,日趋严重的水体富营养化使水华发生已成为全球性环境问题,产生水华的藻类因而也受到越来越多的重视。海洋赤潮中甲藻所产生的毒素已引起人类的严重的中毒事件,虽然淡水水华还未发现引起人类急性中毒事件1,2,但由于饮用发生水华水体的水而导致家畜、家禽及野生动物死亡的事件频繁发生3,4,淡水水华已引起科学家的关注。       

蓝藻毒素对底栖动物的毒理学研究进展

近年,由于人类活动加剧,大量氮磷等营养物质流入湖泊等缓流水体,导致水体富营养化。而由此引起有害蓝藻水华的频繁爆发,使生态环境和人类健康受到严重威胁。相关研究表明,蓝藻水华的爆发不仅能够使水体水质恶化,其中一些产毒藻类还会产生大量蓝藻毒素,对水生生物产生重要影响。底栖动物作为水体生态系统的重要组成部分,在食物网中有重要作用,同时其中的许多种类又与人类息息相关,因此关于水华蓝藻毒素对淡水底栖动物的毒理学研究具有重要意义。在介绍蓝藻毒素概况的基础上,综述了蓝藻毒素的致毒机理和对底栖动物的影响,展望了研究方向。     

滇池试验围隔内不同形态铁浓度的变化与物化因子的关系

在蓝藻水华形成以后,通过围隔实验,从2003年6月份到10月份定期采样测定水体中的pH、溶解氧(DO)、水温、总铁、亚铁、过滤性铁(<0.45μm)和可溶性磷的浓度,研究物化因子对不同形态铁浓度变化的影响。实验结果表明,蓝藻水华优势种微囊藻在pH 7—9和水温17.5—20.5℃的条件下,生长旺盛,消耗了大量的亚铁,使亚铁浓度大幅度下降;溶解氧和磷酸盐对亚铁浓度没有显著影响;在水华蓝藻严重发生的条件下,水体中的总铁和过滤性铁浓度没有显著意义的变化,而亚铁浓度的变化与水华蓝藻的种群密度成显著负相关(r=-0.8391,P<0.05)。     

用鲢鳙直接控制微囊藻水华的围隔试验和湖泊实践

为了控制水体富营养化所形成的水华,国外经典的生物操纵论者提倡放养食鱼性鱼类以控制食浮游生物的鱼类,藉此壮大浮游动物种群,然后借助浮游动物遏制藻类.按照这条思路,以浮游生物为食的鲢和鳙应该是清除的对象.本文作者认为我国湖泊中危害性最大的是微囊藻水华,而浮游动物根本不能摄食这种水华,不如直接利用鲢鳙进行控制,因而1989-1992年间在武汉的东湖进行了三次原位围隔试验,2000年再度重复了一次围隔试验,结果证明,迄今在东湖中已消失18年的微囊藻水华,重新出现在不养鱼的围隔里.在养入一定密度的鲢或/和鳙的围隔中,就没有水华出现.已经出现水华的围隔,放入适当密度的鲢或/和鳙后,在短期内水华又复消失;而放入草鱼的围隔,则水华始终持续,不受影响.说明鲢和鳙能有效地遏制微囊藻水华.鲢、鳙遏制水华的有效放养密度(亦即有效生物量)为46-50g·m^-3.东湖湖泊中鲢、鳙的生物量,直到1985年才达到这个水平,所以1985年湖里反常地没有出现水华.往后的年份,东湖的鱼产量越来越高,也就是湖里鲢、鳙的生物量越来越大,所以迄今没有微囊藻卷土重来的机会.东湖的水质和其他非生物条件仍适于蓝藻水华的发生与发展,如果东湖鲢、鳙的产量下降到阈值以下,亦即降到1985年以前1000t水平,那么微囊藻及其它蓝藻水华的重来将是不可避免的.经典的生物操纵论学说和措施不能解决微囊藻水华猖獗的问题.相反,用滤食浮游生物的鲢和鳙直接遏制微囊藻却是有实验根据并已被渔业生产实践证明行之有效的.     

巢湖蓝藻水华形成原因探索及"优势种光合假说"

为探索蓝藻水华的形成原因,从2007以来对巢湖西区浮游藻类种类、优势种季节变化、初级生产力、水质参数及优势种的光合生理生态学特性作了观测。关于蓝藻水华形成过程中迅猛发展的原因,近80a已提出了10种假说,但对解释巢湖形成的蓝藻水华,尚显不足。本文基于我们对蓝藻水华的了解,提出了如下“优势种光合假说”：（1）蓝藻水华包含各种藻类,蓝藻水华发生不仅与藻细胞浓度有关,还与水体初级生产力直接有关。巢湖中这两者在夏季最大,在冬季最小。但无定量关系。（2）水华藻类中生长最快、细胞密度最大的是优势种,含有多个优势种时可能随季节更替。巢湖几乎整年发生蓝藻水华,已检测出4种优势种都是蓝藻,从早春起先是水华鱼腥藻,以后有绿色微囊藻、惠氏微囊藻和铜绿微囊藻。（3）各种环境因子都影响优势种生长,其中少数主导因子影响较大。在巢湖富营养条件下,光强、温度和pH值是主导因子。（4）主导因子对优势种光合活性的影响,可决定其能否处于优势。巢湖的温度和pH值变化可能促进了惠氏微囊藻取代绿色微囊藻,铜绿微囊藻取代惠氏微囊藻,而光强变化可能调节冬季时水华鱼腥藻取代了绿色微囊藻,春季时正好是相反的取代。     

蓝藻水华——湖面上的“绿油漆”

<正>在我国,许多水体已经或曾经出现过不同程度的水华,如太湖、巢湖、滇池及高州水库等的蓝藻水华,汉江、嘉陵江出口段等河流的硅藻水华,三峡库区部分库湾与支流、云南漫湾水库等的甲藻水华,池塘养殖中常见的隐藻水华,以及河南延津县养殖池塘中的绿藻水华、裸藻水华等,2008年奥运会前的青岛(海洋)浒苔事件则是由绿藻(石莼科)引起的。     

水华蓝藻对鱼类的营养毒理学效应

水体富营养化导致蓝藻水华的发生已成为全球关注的水环境问题,很多鱼类处于水生态系统食物链的最高级,蓝藻水华的主要次级代谢产物-微囊藻毒素可通过鱼类的摄食活动或生物富集作用在鱼体组织中累积,并通过食物链危及人类健康。近年来,微囊藻毒素对鱼类的毒性效应引起众多科学家的关注。在天然水体中不少鱼类可以主动摄食蓝藻,所以,水华蓝藻对鱼类来说既具有营养物作用、也具有潜在的毒性作用。鉴于目前机械收获的水华蓝藻生物量资源化利用问题以及水产饲料业亟需大力开发鱼粉替代蛋白源的需要,从营养学和毒理学这两个角度来研究水华蓝藻对鱼类的营养作用和毒性效应具有较高的理论和现实意义。主要概述了蓝藻粉、蓝藻细胞对鱼类的营养学和毒理学效应,以期拓展水华蓝藻对鱼类毒性效应的研究视野,同时也为水华蓝藻的资源化利用提供新的思路。     

水层厚度变化对稻田能量分配的影响

稻田土表因存在水层厚度变化和干湿交替,导致垂直方向的能量收支状况发生改变。本文采用逐时多元回归方法,分析了水层、叶面积及气象因子对各能量贡献,并选取典型相似天气以规避能量输入差异、按叶面积划分以规避植冠层结构差异,定量研究了稻田水层厚度变化对稻田能量分配的影响。结果表明:白天,随稻田水层厚度增加,水层储热量也增大,导致水面热通量增大,从而降低了稻田潜热通量,这种作用在水稻冠层稀疏时期尤其明显;在冠层密集时,到达水面的净辐射能量被削弱,水层厚度对潜热通量的调节作用降低;由于稻田感热通量总体较低,水层厚度的变化对其影响小,调节作用不明显;双源蒸散模型模拟揭示,水面潜热随水层深度增加而减少是导致总潜热降低的主要原因,且在水稻冠层稀疏时期表现明显。