重大突破

　　有害蓝藻水华正在全球淡水生态系统中蔓延，对饮用水供给、水产品生产、娱乐和旅游活动造成不利影响。理解有害蓝藻水华发生的环境驱动要素和发生机制对于保护受影响水体可持续发展具有重要意义。中国幅员辽阔，地势呈三级阶梯状逐级下降，由于不同地区的气候、地理、地质、地球化学条件千差万别，位于三级阶梯的湖泊由于形态、化学特征和气象条件的不同导致湖泊的营养浓度、营养状况和浮游植物营养盐利用效率具有明显的区域差异，因此影响有害蓝藻水华的环境要素存在明显的时空差异。 

图1 中国地形图以及中国湖泊的空间分布 

　　中国科学院南京地理与湖泊研究所秦伯强研究员和朱广伟研究员团队通过对中国不同湖泊和水库案例的综合分析，阐明了人类活动、气候条件和地理背景等环境要素对有害蓝藻水华动态的单独和交互影响，以期为减少中国内陆水体有害蓝藻水华提供一个前瞻性和综合性的解决方案。相关成果近期发表在国际著名期刊Harmful Algae上。 

　　中国的有害蓝藻水华从南到北均有分布，但主要集中在长江中下游和云贵高原地区，如长江中下游的太湖、巢湖、鄱阳湖和洪泽湖，云贵高原的滇池、洱海和星云湖等。除了湖泊以外，有害蓝藻水华还在全国各地的许多大城市的饮用水库中扩张，如天津的于桥水库、北京的官厅水库，三峡水库。文章通过文献分析发现，湖泊的营养状况和蓝藻水华发生程度不仅受到人为因素的影响，还受到如地理位置、湖泊形态和气候等自然因素的影响。中国的贫营养湖泊主要分布在海拔较高的地区，尤其是湖泊数量最多、面积最大的青藏高原湖区，大多数湖泊都是水质清澈的贫营养湖泊，主要因为那里气候条件恶劣，人口稀少，人为活动强度低。中国有害蓝藻水华主要分布在经济发达或发展中地区的湖泊中。20世纪80年代以来，人口、经济活动和废水排放的快速增长加速了中国有害蓝藻水华的发生，尤其是在高度城市化、农业化和工业化的长江中下游地区，其中太湖和巢湖是这一区域湖泊加速富营养化的典型代表。而且，与深水湖泊相比，浅水湖泊环境容量更小，积累在沉积物中的营养盐，尤其是磷，更容易再次进入真光层水体被浮游植物利用，因此，水质更易受到人类活动的影响。气候变化加剧了有害蓝藻水华的扩张，尤其是春季气温上升，风速下降使得微囊藻水华在长江中下游地区的很多湖泊发生时间提前，持续时间延长，发生程度加重。以滇池为代表的云贵高原湖泊因为全年气温更高，蓝藻水华发生的时期更早，水华持续时间更长，营养盐阈值更低，治理难度更大。同时，水文条件也显著影响蓝藻水华的发生，像洞庭湖、鄱阳湖这样的通江湖泊由于水力停留时间短，水华发生频率和程度与太湖和巢湖相比相对较低。最近几十年里，中国修建了许多水利工程，这在期间，三峡大坝、小浪底、葛洲坝以及其他大型水利工程修建完成并投入使用。大型水电和供水工程的修建显著改变了河流水体的水文状况，导致水库及其支流水力停留时间变长、热分层稳定增加，诱导有害藻类水华发生频率增加。 

图2 部分中国淡水湖泊和水库蓝藻水华 

图3 长江中下游流域湖泊的空间分布 

图4 国民生产总值（GDP）和人口变化：（A）东部平原湖区；（B）东北平原湖区；（C）内蒙古-新疆湖区；（D）云贵高原湖区；（E）青藏高原湖区 

　　尽管在外部营养负荷控制方面进行了大量投资，但在太湖、巢湖和滇池以及中国其他许多相对较小的湖泊中害蓝藻水华仍未有效控制。在淡水生态系统中，磷的有效性一直被认为是限制有蓝藻害水华繁殖的关键因素。因此，削减磷输入已成为水质管理人员的主要控制目标。在垂直分层的深水湖泊中，外源输入的磷很容易被“捕获”并被埋在底部沉积物中，很难被浮游植物利用。但是，在浅水湖泊中，频繁的水动力扰动很容易将表层沉积物中的磷重新释放到水体中，满足有害蓝藻水华的营养需求。因此只控磷的策略在相对贫营养的深水湖泊中更为有效，而在浅水富营养化湖泊中则较为缓慢。由于反硝化过程造成内源氮的损失，富营养化湖泊中外源氮负荷的减少将导致湖泊中氮浓度的相对快速降低。而且，在许多富营养化湖泊中，氮气的固定并不能弥补氮的损失。因此，在浅水生态系统中控制有害蓝藻水华必须同时减少氮和磷的输入。此外，氮磷控制策略必须考虑到气候变化导致的极端天气事件，如更强烈的暴雨、持久的热浪和干旱增加，这可能会延长有害蓝藻水华的规模和持续时间。同时，维持湖泊和河流之间的自然水文连通对于减少中国各地的有害蓝藻水华污染至关重要，控制水库的水位波动也有助于控制其支流的有害蓝藻水华。 

　　上述研究成果得到了国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金创新研究群体项目等的资助，第一作者为许海副研究员，通讯作者为秦伯强研究员。论文连接：https://doi.org/10.1016/j.hal.2021.102127。