蓝藻水华在全世界普遍发生。近年来,欧美等水环境治理较好的国家中蓝藻水华又有重新抬头之势,许多发展中国家蓝藻水华的发生频率和强度则呈不断增加的趋势。蓝藻水华引起的一系列环境和健康问题,20世纪90年代以来,世界上发表的湖泊富营养化和蓝藻水华方面的研究论文大幅度上升,说明全世界各国的高度重视。
——优势种的竞争策略——
蓝藻水华是蓝藻在低光强度下旺盛生长,形成优势的种群。而后迁移到水面为水华。蓝藻增长率最大值可以达到0.6至0.8d-1。蓝藻旺盛增长所需要的外部条件是:充分的N、P营养,N>2.0mg/l;P>0.02mg/l;在温度13°C以下,生长非常慢;蓝藻生长最适的温度是25°C—35°C;适宜的pH是7.5—9.0。形成水华的蓝藻生长繁殖是快速还是缓慢,与该物种在什么条件下如何发挥其生理潜能有很大关系。在某些情况下,水华蓝藻只能以光能转换率0.2%的效率生长,而同样的物种,在另外的条件下,能够以光能转换率10%的效率生长,相差50倍;另一方面,水华蓝藻能在较短时间形成大规模“水华”,这些都有它们的适应和竞争策略,根据现有的知识和本课题组成员长期研究的结果,对水华蓝藻8个方面(细胞内具有精细的伪空胞结构—自主浮力调节机理、三套色素系统—低光补偿机制、细胞磷库和营养储藏转化—奢侈消费机制、高效吸收和同化二氧化碳—无机碳浓缩机制、固氮—营养补偿机制、休眠—回避不良条件机制、产毒—尚不明确的竞争机制、种群演替—生态位替补竞争机制)竞争机制的理解或许可以有助于定位控制蓝藻水华的着力点。
——主要危害——
严重的水华是有害或有毒的,专门定义为有害藻类水华(HAB)。在淡水重污染水体中水华的优势种多半属于蓝藻。在我国长江流域如滇池、巢湖、太湖的水华集聚区,蓝藻的浓度已经达到3×109细胞/升,即超出通常“严重”程度的数千至上万倍。防治湖泊富营养化和藻类水华成为当代资源、环境、生态领域重大的科学和技术问题与热点之一。蓝藻水华引起一系列环境和健康问题,理论上,蓝藻水华的影响在于其损坏水体生态系统的健康,破坏生态系统的服务功能,成为自然和人类社会的生态灾害。从技术的、可操作的层面上看,蓝藻水华对环境和人畜健康的影响出于三个方面:水华在湖面形成巨大的生物量,某些水华蓝藻产毒,蓝藻水华造成水体发生异味。重富营养化和严重的HAB之所以是近20年来国际上水环境领域和生态系统管理中的一大热点和难点,也与蓝藻水华形成巨大的表层生物量、藻毒素和藻源异味异嗅物质相关。
——现有对策——
在现代社会,人类活动对环境、生态系统的干扰大大超出了自然界通常能够容纳的范围,原本自然发生的富营养化现象由于人类社会活动使之加速而变得异乎寻常地严重。水体富营养化具有三个表征:其一,初级生产力高,水华藻类生物的现存量高;其二,周期性地发生令人厌恶的蓝藻水华,特别发生处于水体表面的单细胞群体蓝藻铜锈微囊藻水华;其三,氮、磷营养水平大大超过对水华藻类生长限制的程度。富营养化水体的生产力由于人类活动造成的营养加富和输入而非常高,形成浮游生物密集于水面的恶性状态,于是,人类干扰下的自然现象便出现了非纯自然因素的生态、环境、社会效应,成为灾害。人们已经认识到,严重的富营养化和水华(包括产毒水华)是对人类损坏环境的一种报复(“产毒的复仇者”——Toxic avengers)。从发生原因和机理方面,了解到许多因素如“磷——一把双刃剑”、“水流影响藻类水华”等;从控制的角度,人们发展了种种策略和技术,诸如利用安全脱磷、滤食性浮游动物、食藻细菌、混合水层、农业非点源污染控制,等等。这些研究和实践活动分别从不同侧面对湖泊富营养化及其引起的水华的成因、防治对策和技术研究做出了贡献,但是单方面的结论或单项措施往往局限性很大,既不系统,也不深刻。
——根本出路——
水体污染、水资源短缺和蓝藻水华频发,同时困扰和制约水体周边城市和流域范围内的经济建设与社会发展,治理流域水污染成为全社会的共同愿望与要求,也是控制蓝藻水华的根本途径。根据生态学原理,在污染源控制格局维持原状或是稍有好转的前提下,从根本上需要控制的是蓝藻水华的生产力,降低蓝藻生物量,最终达到削减或清除蓝藻水华污染之目的。
理论上,“生产力控制”首先控制种群生存的条件,即控制水体营养水平和提高牧食生物的消费水平(包括“上行操纵”和“下行操纵”)。或者说,是提高生态系统(水华蓝藻的生存条件)控制藻类水华发生的能力,达到基本消除蓝藻水华污染的目的。这是完全不同于生物量控制的做法,因为生物量控制得到的结果,“每个个体有效食物量和其他资源增加,生长加速”,往往激发种群的增长率,是不可取的。