第一篇：湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害形成機(jī)理及防治的基礎(chǔ)研究

湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害形成機(jī)理及防治的基礎(chǔ)研究

吳慶龍1，謝平2，楊柳燕3，高光1，劉正文1，潘綱4，朱本占5(1．中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210008；2．中國科學(xué)院水生生物研究所，淡水生態(tài)與生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430072；3．南京大學(xué)，污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210092；4．中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，環(huán)境水質(zhì)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100085；5．中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100085)摘要：湖泊具有供水、漁業(yè)、旅游、維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡等功能，是支撐我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要資源之一。但是近30年來，湖泊富營養(yǎng)化所導(dǎo)致的藍(lán)藻水華頻繁暴發(fā)，生態(tài)災(zāi)害事件頻發(fā)，嚴(yán)重影響湖泊功能的發(fā)揮，制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。針對國家在保障區(qū)域水安全和生態(tài)安全、保護(hù)人民健康及建設(shè)和諧社會等方面的重大需求，國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害形成機(jī)理及防治的基礎(chǔ)研究”于2008年7月正式立項(xiàng)。項(xiàng)目擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題包括：①湖泊藍(lán)藻水華主要衍生污染物的形成機(jī)理、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和毒理效應(yīng)；②藍(lán)藻水華導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化和功能退化的機(jī)理；③藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害評估及調(diào)控機(jī)理。針對上述科學(xué)問題，項(xiàng)目以藍(lán)藻水華污染物的產(chǎn)生、湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的響應(yīng)以及生態(tài)災(zāi)害的評估與調(diào)控為研究主線，重點(diǎn)開展以下幾個(gè)方面的研究：①藍(lán)藻水華衍生污染物的產(chǎn)生及其環(huán)境過程；②藍(lán)藻水華衍生污染物的毒理效應(yīng)與生態(tài)和健康風(fēng)險(xiǎn)；③藍(lán)藻水華導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化與功能退化的關(guān)鍵過程和機(jī)制；④藍(lán)藻水華災(zāi)害治理和調(diào)控的的技術(shù)原理和途徑。項(xiàng)目的實(shí)施和完成將為我國湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的預(yù)防與控制提供理論和技術(shù)原理支撐。

關(guān)鍵詞：湖泊；藍(lán)藻水華；生態(tài)災(zāi)害；調(diào)控

中圖分類號：X524 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 1 引言

湖泊藍(lán)藻水華是指湖泊水體中的藍(lán)藻快速大量繁殖形成肉眼可見的藍(lán)藻群體或者導(dǎo)致水體顏色發(fā)生變化的一種現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可在水面漂浮積聚形成綠色的藻席甚至藻漿?。藍(lán)藻水華的發(fā)生根源于湖泊富集了過多的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，是湖泊寓營養(yǎng)化的一種表現(xiàn)形式?。生態(tài)災(zāi)害是指在一些因素的干擾下由于生態(tài)系統(tǒng)平衡改變所帶來的各種始料未及的現(xiàn)象和突發(fā)事件，如生態(tài)系統(tǒng)破壞、生物多樣性散失、財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡和社會安定失穩(wěn)等。生態(tài)災(zāi)害的發(fā)生根源于生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的災(zāi)變。由中國科學(xué)院南京地理．與湖泊研究所牽頭，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、中國科學(xué)院水生生物研究所和南京大學(xué)等單佗聯(lián)合申請的國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害形成機(jī)理及防治的基礎(chǔ)研究”于2008年7月正式立項(xiàng)。

項(xiàng)目針對國家在保障區(qū)域水安全和牛態(tài)安全、保護(hù)人民健康等方面的重大需求，以藍(lán)藻水華污染物的產(chǎn)生、湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的響應(yīng)以及生態(tài)災(zāi)害的評估與調(diào)控為研究主線，圍繞藍(lán)藻水華形成后的積聚、分解等主要過程和階段，研究藍(lán)藻水華衍生污染物的產(chǎn)生和歸趨、主要污染物質(zhì)的毒理效應(yīng)及水質(zhì)安全、藍(lán)藻水華影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵過程和途徑。在此基礎(chǔ)上，研究防治藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的新技術(shù)原理，建立我國湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的評估方法和指標(biāo)體系，并提出相應(yīng)的管理和調(diào)控對策，為保障我國湖泊供水、資源和生態(tài)安全提供重要的理論和技術(shù)原理支撐。同時(shí)，開拓居國際前沿的、由有害生物異常增殖引發(fā)的湖泊災(zāi)害生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域，豐富關(guān)鍵功能群、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力和生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變等方面的基礎(chǔ)理論。

2立項(xiàng)的依據(jù) 2．1國家需求

我國是一個(gè)湖泊眾多的國家，湖泊不僅具有供水、調(diào)蓄洪水、調(diào)節(jié)氣候、漁業(yè)、旅游等功能，還在維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡和保育生物多樣性等方面發(fā)揮重要作用，是支撐我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要資源之一。然而，最近的幾十年，由于湖泊生態(tài)系統(tǒng)受損、水質(zhì)下降，已嚴(yán)重削弱了湖泊生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能，特別是極大地威脅到飲用水的安全供應(yīng)。湖泊富營養(yǎng)化所導(dǎo)致的藍(lán)藻水華是湖泊生態(tài)系統(tǒng)受損的主要表征之一，我國是世界上藍(lán)藻水華暴發(fā)最嚴(yán)重、分布最廣泛且水華藍(lán)藻種類最多的國家之一。如太湖、滇池和巢湖均有大面積、高頻率的藍(lán)藻水華發(fā)生，在一些水華堆積區(qū)，藍(lán)藻濃度已超過1010個(gè)細(xì)胞／L。藍(lán)藻水華還會造成水體的“二次污染”，如藍(lán)藻在生長和衰亡過程中所分泌的異味化合物或毒素等可嚴(yán)承影響飲用水及水產(chǎn)品的品質(zhì)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會引起水生和一些陸生動物中毒，并可能危及人類健康。藻類堆積后腐爛分解還可導(dǎo)致局部水域水質(zhì)的嚴(yán)莆惡化，危及供水安全。如2007年5月底因藍(lán)藻水華暴發(fā)導(dǎo)致無錫市主要自來水廠停產(chǎn)，嚴(yán)重干擾居民的生產(chǎn)和生活，影響社會穩(wěn)定，引起國內(nèi)外的極大關(guān)注，對生態(tài)文明與和諧社會建設(shè)產(chǎn)生重大不利影響。藍(lán)藻水華暴發(fā)也會導(dǎo)致湖泊的漁業(yè)及旅游等功能的下降，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)生態(tài)功能和服務(wù)價(jià)值的喪失，而生態(tài)系統(tǒng)的正常結(jié)構(gòu)和功能一旦被破壞并失去平衡，將很難在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。顯然，藍(lán)藻水華在湖泊中的頻繁暴發(fā)已經(jīng)成為一種“生態(tài)災(zāi)害”。需要強(qiáng)調(diào)的是，我國藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害最嚴(yán)霞的湖泊流域多是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集的地區(qū)，災(zāi)害的發(fā)生不僅嚴(yán)重制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)也對人們的健康和社會的穩(wěn)定產(chǎn)生了極大威脅，控制肆虐的藍(lán)藻水華危害、保障區(qū)域水安全和生態(tài)安全已成為國家的重大需求。目前針對藍(lán)藻水華的研究主要聚焦于其發(fā)生機(jī)理，而對其產(chǎn)生生態(tài)災(zāi)害的機(jī)理尚不清楚，對預(yù)防策略的理解也相對薄弱。美國眾多從事海洋環(huán)境研究的學(xué)者在1997年和2001年分別向美國國會提交了“有害藻類水華的預(yù)防、控制及減緩辦法”的報(bào)告，2001年的報(bào)告內(nèi)容主要包括：檢測和描述水華藻類的種類及其毒素；監(jiān)控和預(yù)警有害藻類水華；預(yù)防有害藻類水華并減緩其災(zāi)害；有害藻類水華的社會經(jīng)濟(jì)沖擊及其相關(guān)教育等方面。此外，對“預(yù)防”概念的理解進(jìn)行了調(diào)整，將預(yù)防有害藻類水華并減緩其災(zāi)害合并統(tǒng)一。而1997年的報(bào)告中所指的“預(yù)防”是在有害藻類水華發(fā)生前所采取的減少其影響程度和范圍的環(huán)境管理辦法，而非水華發(fā)生后的控制或?yàn)?zāi)害減緩措施。了解有害藻類水華產(chǎn)生災(zāi)害的機(jī)理是預(yù)防其對經(jīng)濟(jì)、公眾安全和水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響的摹礎(chǔ)。我國對湖泊有害藻類水華的預(yù)防及其災(zāi)害減緩的研究非常薄弱，尚未建立相關(guān)的理論和技術(shù)體系。而且迄今為止，無論國內(nèi)還是國外，均很少在湖泊生態(tài)系統(tǒng)水平上研究藍(lán)藻水華導(dǎo)致的生態(tài)災(zāi)害，對其中基本科學(xué)問題的認(rèn)識也不夠清楚。由于基礎(chǔ)研究的薄弱，以往對湖泊藍(lán)藻水華的預(yù)防和災(zāi)害減緩所采取的措施往往針對性不強(qiáng)，效果也比較差。因此亟待了解藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的形成機(jī)理，揭示生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)變的動力學(xué)機(jī)制，探明防治藍(lán)藻水華災(zāi)害的技術(shù)原理，探索藍(lán)藻水華災(zāi)害防治的策略和新的技術(shù)途徑，建立災(zāi)害評估與評價(jià)的方法與體系，為防治藍(lán)藻水華災(zāi)害提供急需的理論和技術(shù)原理支撐。

2．2科學(xué)意義

研究湖泊生態(tài)系統(tǒng)中重要生態(tài)過程不僅可以揭示藍(lán)藻水華引發(fā)災(zāi)害的機(jī)理，也是湖泊科學(xué)發(fā)展的自身需求。隨著生態(tài)學(xué)從個(gè)體生態(tài)學(xué)向種群生態(tài)學(xué)、群落生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)生態(tài)學(xué)的發(fā)展，科學(xué)界已經(jīng)認(rèn)識到生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)以生物為主體，由生物和非生物組成的多要素、多層次的復(fù)雜系統(tǒng)，它們通過系統(tǒng)內(nèi)的各種過程和相互作用相聯(lián)系，并不斷與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息等方面的交換，促進(jìn)系統(tǒng)的演化，體現(xiàn)出系統(tǒng)的各種功能。因此，研究藍(lán)藻水華等莆要因子驅(qū)動下湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的主要過程、相互作用及其對湖?白的關(guān)鍵生物、湖泊資源和生態(tài)環(huán)境等的影響機(jī)制，將成為湖泊科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域之一。上述研究工作的展開和深入不僅對全面認(rèn)識湖泊生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制、發(fā)展湖泊生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控理論具有很好的促進(jìn)作用，而且對推動湖泊科學(xué)和淡水環(huán)境科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要的意義。由于生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)過程及其相瓦作用的復(fù)雜性，多學(xué)科的交義和應(yīng)用將成為揭示復(fù)雜過程的必然選擇。本項(xiàng)目研究不僅涉及到社會經(jīng)濟(jì)學(xué)、湖泊生態(tài)學(xué)、牛物群落學(xué)、種群生態(tài)學(xué)、地理信息系統(tǒng)、災(zāi)害學(xué)和數(shù)學(xué)模擬等宏觀科學(xué)，而且要利用生物化學(xué)、分析化學(xué)、分子生物學(xué)、微生物學(xué)、毒理學(xué)和基岡組學(xué)等來研究和解釋藍(lán)藻水華污染物質(zhì)的發(fā)牛、循環(huán)特征及其對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)制等，這種多學(xué)科的交叉也將極大地豐富湖泊科學(xué)研究的內(nèi)容，同時(shí)必將推動其它各學(xué)科自身的發(fā)展。

湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的某一功能群在一定條件下可能會對整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和過程起到?jīng)Q定性作用，并因此成為關(guān)鍵功能群。如“清水態(tài)”淺水湖泊的大型水生高等植物，寡營養(yǎng)型深水湖泊中的大型植食性濾食浮游動物等。關(guān)鍵功能群對生態(tài)系統(tǒng)的驅(qū)動作用與過程是生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論的研究熱點(diǎn)，對這一問題的認(rèn)識不僅是了解牛態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變和進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)過程預(yù)測的關(guān)鍵，也足保護(hù)和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的核心理論支撐。在藍(lán)藻水華頻發(fā)的湖泊生態(tài)系統(tǒng)中，水華籃藻作為關(guān)鍵功能群，是湖泊主要生態(tài)過程的驅(qū)動囚子。本項(xiàng)目以藍(lán)藻水華驅(qū)動下湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能災(zāi)變的過程為核心內(nèi)容和途徑，揭示藍(lán)藻水華的致災(zāi)機(jī)理，在評價(jià)致災(zāi)效應(yīng)的基礎(chǔ)上，提出監(jiān)藻水華災(zāi)害的防治對策，研究不僅能夠揭示藍(lán)藻水華牛態(tài)災(zāi)害發(fā)生的過程與機(jī)理，以及相應(yīng)的物質(zhì)循環(huán)的特征，開拓居于圍際前沿的、由有害生物異常增殖引發(fā)的湖泊災(zāi)害生態(tài)學(xué)研究新領(lǐng)域，還可以為湖泊生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，相關(guān)研究結(jié)果也將豐富關(guān)鍵功能群、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力和生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變等方面的生態(tài)學(xué)理論，促進(jìn)我國湖泊科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、災(zāi)害學(xué)和生態(tài)科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展。3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

生態(tài)系統(tǒng)格局的變化(Regime shift)及其資源、環(huán)境和災(zāi)害效應(yīng)是國際生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)，也是全球變化的葦要研究內(nèi)容㈨。水華暴發(fā)及其衍生出來的污染物質(zhì)對水牛態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生了巨大影響，并可能引起整個(gè)系統(tǒng)格局的變化，從而能導(dǎo)致一系列環(huán)境或者災(zāi)害事件的發(fā)生。國際上對于水華引起的生態(tài)災(zāi)害豐要集巾在海洋赤潮發(fā)生后的牛態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究，并提出了有害藻類水華的預(yù)防、控制及減緩辦法與對策M(jìn)1；在內(nèi)陸水體如湖泊等的藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害研究主要關(guān)注藻毒素的產(chǎn)生及其對人類健康的潛在影響怕J，缺乏較為系統(tǒng)的災(zāi)害效應(yīng)及其預(yù)防和控制策略研究。我國的水華研究首先關(guān)注的也是海洋赤潮的研究，并在21世紀(jì)初啟動了國家再點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目“我國近海有害赤潮發(fā)生的生態(tài)學(xué)、海洋學(xué)機(jī)制及預(yù)測防治”，其中也重點(diǎn)研究了有害赤潮對關(guān)鍵生物種、重要資源種和海洋牛態(tài)系結(jié)構(gòu)與功能的影響，以及降低赤潮發(fā)生強(qiáng)度和頻率的生態(tài)調(diào)控原理，從而為進(jìn)一步了解赤潮危害機(jī)理、評估赤潮危害、減輕赤潮災(zāi)害提?廣供科學(xué)依據(jù)。湖泊藍(lán)藻水華的研究則主要關(guān)注了籃藻水華的發(fā)生機(jī)理，并在2002年啟動了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目“湖泊富營養(yǎng)化過程與藍(lán)藻水華暴發(fā)機(jī)理研究”，雖然在其中涉及了湖泊富營養(yǎng)化的災(zāi)害研究，但是雨點(diǎn)關(guān)注的足藍(lán)藻毒素的發(fā)生機(jī)理。顯然，目前對湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害發(fā)生機(jī)理及其災(zāi)害效應(yīng)的認(rèn)識不夠系統(tǒng)和深入，因此缺乏有效的應(yīng)對籃藻水華生態(tài)災(zāi)害的對策，尤其體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)對水華藍(lán)藻的藻毒素研究較多，對其它衍生污染物的形成及其對水質(zhì)安全的威脅等災(zāi)害效應(yīng)認(rèn)識不足。水華藍(lán)藻能大量產(chǎn)生一系列毒性很強(qiáng)的天然毒素從而危及人類健康。我同湖泊中有毒藍(lán)藻水華大量發(fā)生，漁產(chǎn)品中的微囊藻毒素(Micro—cysti，MC)含量普遍較高甚至很高，其對人類健康的潛在威脅不容忽視。日前有關(guān)太湖水產(chǎn)品中的MC??染僅見零星報(bào)道"，藍(lán)藻死亡分解過程中所產(chǎn)牛的MC在水生動物體內(nèi)的累積及食用風(fēng)險(xiǎn)急需評估。對水華藍(lán)藻的藻毒素研究較多，對其它衍生污染物質(zhì)很不清楚，因而存我國關(guān)于藻源性異味物質(zhì)的系統(tǒng)研究還十分缺乏，如財(cái)我國水體異味物質(zhì)的種類、分布、藻類來源，產(chǎn)異味藻的生理生念特性等方面的系統(tǒng)研究幾乎是空白。目前，在產(chǎn)異味藻株特異性、異味物質(zhì)產(chǎn)生的牛理牛態(tài)機(jī)制、異味物質(zhì)在水生態(tài)系統(tǒng)中的遷移、轉(zhuǎn)化和歸趨等方面均亟待進(jìn)行全面、系統(tǒng)和深入的研究。藍(lán)藻水華暴發(fā)后期，大量藻類細(xì)胞衰亡并沉入水底，繼而在水一泥界面分解而釋放出大量藍(lán)藻毒素、異味物質(zhì)及其它有毒有害物質(zhì)。藍(lán)藻在特定水域堆積、腐爛和分解，并形成“污水團(tuán)”，一旦擴(kuò)散到飲用水源地，將可能引發(fā)飲用水危機(jī)。因此，研究毒素、異味物質(zhì)等在水一泥界面和水一氣界面的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和在湖泊中的歸趨，弄清水華藍(lán)藻在潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的堆積、腐爛分解和“污水團(tuán)”形成過程，對于藍(lán)藻成災(zāi)機(jī)理的闡明具有重要意義。在藍(lán)藻水華衍生污染物質(zhì)的毒理學(xué)分析方面，藻毒素的毒理學(xué)研究較多，已有的研究表明微囊藻毒素具有肝毒性、促癌作用、腎毒性和腸毒性。但是，在藍(lán)藻水華消亡過程中，除了產(chǎn)生藻毒素以外，還會產(chǎn)生一些其它有害物質(zhì)，如甲硫醇、甲硫醚、亞硝酸鹽和硝胺等，對這些物質(zhì)的致毒過程和機(jī)理，特別是它們的聯(lián)合毒性效應(yīng)缺乏基本認(rèn)識。絕大部分環(huán)境污染物不只通過一種機(jī)制發(fā)揮作用，而是通過幾種機(jī)制聯(lián)合產(chǎn)生生物效應(yīng)，藍(lán)藻水華消亡過程中還會產(chǎn)生一些復(fù)合性環(huán)境污染物，使生物種或生態(tài)系統(tǒng)暴露于多種化合物的綜合影響下，環(huán)境污染物風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中安全閾值的確定已不僅局限于傳統(tǒng)的毒理學(xué)研究參數(shù)指標(biāo)，而是更多關(guān)注于環(huán)境污染物低劑量長期暴露下，生物機(jī)體在細(xì)胞水平、分子水平上的可觀測變化，及污染物長期暴露對整個(gè)生態(tài)環(huán)境中生物種群的影響，只有這樣才能有效地對環(huán)境污染物做出風(fēng)險(xiǎn)評估。將傳統(tǒng)毒理學(xué)研究方法與日益發(fā)展的分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合，將宏觀生態(tài)毒理的研究方法和微觀的分子手段相結(jié)合，針對藍(lán)藻水華消亡過程中有害物質(zhì)種類和濃度以及不同功能水體的生態(tài)保護(hù)要求，系統(tǒng)地研究代謝型化學(xué)產(chǎn)物和環(huán)境生物之間相互作用的過程及其機(jī)理，不能夠建立適合我國國情的水華成災(zāi)的生態(tài)安傘閾值指標(biāo)體系，而且有望建立藍(lán)藻水華消亡過程中適合不同功能區(qū)的水質(zhì)安全指標(biāo)體系。

(2)絕大多數(shù)研究側(cè)重于生源要素對藍(lán)藻水華形成的影響，缺乏了解藍(lán)藻水華暴發(fā)后對生源要素循環(huán)過程的影響及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。多年來，大量的研究工作著眼于營養(yǎng)鹽等牛源要素對藍(lán)藻水華的產(chǎn)生和發(fā)展過程的影響，卻少有研究探索藍(lán)藻水華暴發(fā)對湖泊水體C、N、P等生源要素循環(huán)的反作用，而這種反作用町能對藍(lán)藻水華的多次暴發(fā)和災(zāi)害形成有極為葦要的影響。事實(shí)上，藍(lán)藻水華不儀會影響水體營養(yǎng)鹽的循環(huán)、礦化速率和再生通量，還會改變其生物地球化學(xué)循環(huán)方式和途徑。有研究指出，水華暴發(fā)期間，水體膠體有機(jī)碳的濃度硅著增高，并對水體中膠體態(tài)磷的濃度及其形態(tài)產(chǎn)生影響；富營養(yǎng)湖泊中藍(lán)藻水華的暴發(fā)會改變水體pH值，從而導(dǎo)致沉積物中內(nèi)源磷釋放量的急劇增加；藍(lán)藻水華等有機(jī)體的死亡分解及伴隨的營養(yǎng)物質(zhì)的再生還可能對水華的暴發(fā)程度和周期產(chǎn)生重要影響；淺水湖泊的藍(lán)藻水華暴發(fā)與死亡生物殘?bào)w有機(jī)質(zhì)的分解及營養(yǎng)鹽的再生之間可能存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)可能導(dǎo)致藻型湖泊生態(tài)系統(tǒng)具有更強(qiáng)的自穩(wěn)定性。湖泊沉積物作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，接納并蓄積了大量C、N、P等生源要因素，藍(lán)藻水華暴發(fā)后，湖泊水體和水土界面的環(huán)境會發(fā)生霞大變化，因此完全有可能影響到沉積物中生源要素的循環(huán)過程，并對水體的營養(yǎng)循環(huán)產(chǎn)生重大影響。很顯然，水華暴發(fā)后對生源要素循環(huán)過程的反作用是藍(lán)藻水華成災(zāi)對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生破壞的基本過程，是藍(lán)藻水華暴發(fā)后引發(fā)生態(tài)災(zāi)害的前提，對這一過程開展研究將為深入認(rèn)識藍(lán)藻水華災(zāi)害并提出防治措施提供科學(xué)依據(jù)。

(3)生物群落結(jié)構(gòu)災(zāi)變是生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變的核心，對藍(lán)藻水華驅(qū)動下湖泊生物群落結(jié)構(gòu)變化過程和機(jī)理認(rèn)識不足。隨著富營養(yǎng)化的加劇，淺水湖泊逐步形成以浮游藻類為優(yōu)勢的生態(tài)系統(tǒng)，其中往往又以藍(lán)藻為優(yōu)勢藻類，引發(fā)藍(lán)藻水華。藍(lán)藻成為該類湖泊生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵功能群，驅(qū)動著整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和過程。而這種以藍(lán)藻為優(yōu)勢的湖泊生態(tài)系統(tǒng)十分穩(wěn)定，在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)不會發(fā)生格局變化，從而形成生態(tài)災(zāi)害。淺水湖泊的主要生物類群包括微生物分解者；以浮游植物、水生高等植物和附生藻類為主的初級生產(chǎn)者；以浮游動物、底柄動物為主的初級消費(fèi)者和以魚類為主的次級消費(fèi)者等。目前關(guān)于藍(lán)藻水華對湖泊其他水生生物的影響研究主要集中在單因子的生理或生態(tài)脅迫方面，而各種影響足相互聯(lián)系的，目前還無法解釋藍(lán)藻水華脅迫下湖泊生物群落結(jié)構(gòu)災(zāi)變的關(guān)鍵過程與機(jī)理。需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵過程包括在水華驅(qū)動下：①湖泊中的微食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)與功能的響應(yīng)；②初級生產(chǎn)者如何發(fā)生變化；③藻類牧食者的結(jié)構(gòu)及其對浮游藻類的牧食能力的變化；④底棲與水層生境之間的以營養(yǎng)關(guān)系為核心的耦合作用發(fā)生哪些變化；⑤魚類結(jié)構(gòu)和湖泊漁業(yè)變化的過程與機(jī)制；⑥藍(lán)藻水華所攜帶的物質(zhì)和能量有多少以及如何在食物網(wǎng)中流傳。

(4)防治藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害急需新的技術(shù)原理支撐，應(yīng)急和長效技術(shù)相結(jié)合是開展探索的主要趨勢。由于湖泊營養(yǎng)負(fù)荷在相對較長的一段時(shí)間內(nèi)不會顯著減少，且即使在理想的流域生態(tài)條件下，湖泊也不斷承受著來自陸地和人類的強(qiáng)烈擾動。因此，從長效治理藍(lán)藻水華的角度出發(fā)，需要構(gòu)建一個(gè)具有較高系統(tǒng)穩(wěn)定性的良性湖泊生態(tài)系統(tǒng)，這種穩(wěn)定性依賴于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性和豐富的牛物多樣性，表現(xiàn)在：對外來營養(yǎng)負(fù)荷的沖擊有較強(qiáng)的緩沖能力和自動恢復(fù)能力；具有良好(4)藍(lán)藻水華災(zāi)害治理和調(diào)控的的技術(shù)原理。

主要研究內(nèi)容包括：藍(lán)藻水華快速去除、遷移輸出與營養(yǎng)鹽沉降技術(shù)原理；藍(lán)藻衍生污染物質(zhì)加速分解與吸附技術(shù)原理；水、沉積物環(huán)境改善與沉水植被、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)原理；生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能對主要摔制技術(shù)措施的響應(yīng)與生態(tài)安全分析；藍(lán)藻水華應(yīng)急治理與長效穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的理論基礎(chǔ)；藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害評估指標(biāo)和分級體系；藍(lán)藻水華牛態(tài)災(zāi)害分析方法；典型湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害預(yù)警與專家決策支持系統(tǒng)；藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)管理與調(diào)控策略。

4．3研究的總體思路

本項(xiàng)研究的關(guān)鍵問題足要明確藍(lán)藻水華暴發(fā)后如何導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的災(zāi)變?致災(zāi)效應(yīng)如何?如何評估?調(diào)控的機(jī)理與對策是什么?針對這些關(guān)鍵問題，本項(xiàng)目擬以太湖為主要研究對象，并選擇滇池和巢湖為參考湖泊，同繞藍(lán)藻水華暴發(fā)后的主要過程或者階段，運(yùn)用野外生態(tài)學(xué)、比較湖沼學(xué)和實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)方法，將歷史數(shù)據(jù)分析、野外調(diào)查、原位實(shí)驗(yàn)、模擬試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)率分析相結(jié)合，比較分析小同存量藍(lán)藻水華對湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能變化的驅(qū)動作用及其機(jī)理，對這一影響將主要從3個(gè)方面進(jìn)行研究：①對生物群落結(jié)構(gòu)的影響及其機(jī)理；②對湖泊生源要素循環(huán)過程的影響及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)；③對湖泊水質(zhì)的影響(主要是藻類水華衍牛污染物的發(fā)生機(jī)理、遷移轉(zhuǎn)換規(guī)律及其對湖泊水質(zhì)安全的影響)。在比較分析上述影響的基礎(chǔ)上，確定藍(lán)藻水華引起生態(tài)災(zāi)害的關(guān)鍵參數(shù)和機(jī)制，在了解相關(guān)機(jī)理的基礎(chǔ)上探索防治藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的新途徑，研究藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害評估、評價(jià)方法和預(yù)防策略，最終為藍(lán)藻水華災(zāi)害的預(yù)防和控制提供科學(xué)依據(jù)?？傮w研究思路見圖l。研究目標(biāo)

總體目標(biāo)：以太湖生態(tài)系統(tǒng)為主要研究對象，選擇巢湖和滇池為財(cái)比研究湖泊，通過研究水華藍(lán)藻衍生污染物質(zhì)的產(chǎn)生和歸趨、主要污染物質(zhì)的毒理學(xué)效臆及對水質(zhì)安全的影響、湖泊生物群落結(jié)構(gòu)對藍(lán)藻水華暴發(fā)的響應(yīng)和機(jī)理、藍(lán)藻水華暴發(fā)對湖泊生源要素循環(huán)過程的影響及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，在理論上揭示監(jiān)藻水華暴發(fā)導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能災(zāi)變的機(jī)理，在方法卜建市我國湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的評估方法和指標(biāo)體系，通過研究防治藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的應(yīng)急和長效技術(shù)原理，探索防治湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的新途徑，開拓居國際前沿的、由有害生物異常增殖引發(fā)的湖泊災(zāi)害生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域，使我國在湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變、藍(lán)藻水華敏災(zāi)機(jī)理及災(zāi)害預(yù)防和控制等研究領(lǐng)域居同際前沿水平，為我國湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的防治和區(qū)域水安傘及生態(tài)安全保障做出貢獻(xiàn)。

五年目標(biāo)：揭示藍(lán)藻水華的暴發(fā)導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能災(zāi)變的關(guān)鍵過程，明確生念系統(tǒng)災(zāi)變的基本原理，創(chuàng)建湖泊牛態(tài)災(zāi)害的研究方法和藍(lán)藻水華致災(zāi)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及體系，探索防治湖泊監(jiān)藻水華牛態(tài)災(zāi)害的新途徑和策略，豐富和發(fā)展湖泊科學(xué)、災(zāi)害牛態(tài)學(xué)與牛態(tài)學(xué)等學(xué)科理淪，為區(qū)域町持續(xù)發(fā)展提供對策。主要貢獻(xiàn)如下：

(1)基礎(chǔ)理淪貢獻(xiàn)：藍(lán)藻水華衍生污染物質(zhì)的發(fā)生機(jī)理；藍(lán)藻水華衍生污染物質(zhì)的毒理學(xué)；藍(lán)藻水華引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化和功能衰退的機(jī)理。(2)基本方法貢獻(xiàn)：藍(lán)藻水華衍生污染物質(zhì)的分析方法；湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的評估方法。(3)新的技術(shù)原理與途徑：大面積、低成本、生態(tài)安全的藍(lán)藻水華及其衍生污染物快速清除原理；藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的長效穩(wěn)態(tài)逆轉(zhuǎn)技術(shù)原理和

第二篇：山仔水庫水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)在藍(lán)藻水華生態(tài)因子分析上的應(yīng)用

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山仔水庫水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)在藍(lán)藻水華生態(tài)因子分析上的應(yīng)用

作者：林晶

來源：《海峽科學(xué)》2012年第06期

[摘要] 以山仔水庫水質(zhì)自動監(jiān)測站2010年監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室檢測結(jié)果，分析了影響藍(lán)藻水華爆發(fā)的主要生態(tài)因子。結(jié)果表明，山仔水庫以藍(lán)藻為優(yōu)勢種群；藻類生長與TN/TP呈負(fù)相關(guān)，與TP、pH、光合有效輻射、濁度呈顯著正相關(guān)，與TN、水溫、DO呈較小正相關(guān)；藻類生物量受光合有效輻射、水溫、TN、TP等原因變量及pH、濁度、DO等相關(guān)因子的影響顯著。