设为首页收藏本站
开启辅助访问 切换到宽版

科学网

 找回密码
  注册
科学网 › 标签 › 蓝藻水华

tag 标签: 蓝藻水华

相关帖子

 版块 作者 回复/查看 最后发表

没有相关内容

相关日志

南昌艾溪湖水华蓝藻种类多样性
yangping200618 2019-12-23 17:29
艾溪湖位于江西省南昌市东部，是市内唯一的一块典型城市天然湿地，具有渔业、灌溉、蓄洪、旅游观光等功能。 艾溪湖是赣江废弃古河积水而成的河成湖，主要入湖河流是沥水河，北边通过闸门与赣江南支相通后，成为由人工调控的水库型湖泊。艾溪湖呈南北走向，面积5.2 km 2 ，蓄水量1.14×10 7 m 3 ，最大水深3.05 m，平均水深2.27 m。 近年来，艾溪湖工业和生活污水排放量大幅增加，营养盐负荷大大提高，处于严重富营养化状态。污染源主要包括上游大型企业和乡镇企业排放的生产污水及周边排放的生活污水、城市径流污染、农业面源污染和底泥释放 。 对艾溪湖多次水华时期的藻类进行分析鉴定后，发现引起蓝藻水华的主要优势类群归属于色球藻科、颤藻科和念珠藻科的微囊藻属、浮丝藻属、拟浮丝藻属、矛丝藻属、长孢藻属，包括惠氏微囊藻、挪氏微囊藻、阿氏浮丝藻、螺旋浮丝藻、拉氏拟浮丝藻、依沙矛丝藻、紧密长孢藻共7种水华蓝藻，详细形态学特征见图1。主要分类学特征如下： 1、惠氏微囊藻 Microcystis wesenbergii Komárek, 1968 深蓝绿色或棕褐色。群体形态变化多样，野外多为球形、椭圆形、卵形、圆筒状，室内纯培养有时出现不规则的树枝状或网状等。自由漂浮，群体形态肉眼可见。胶被无色，无结构，坚硬，边界清晰、明显，平整，折光。胶被边缘与集聚的细胞相距3-6 μm。细胞球形，直径4.7-7.9 μm，具气囊。 2、挪氏微囊藻 Microcystis novacekii Compère, 1974 群体黄绿色，长成后肉眼可见，透镜形或几乎球形、不规则球形或略长形。自由漂浮。胶被无色或微黄绿色，明显但边界模糊、无折光。细胞排列较松散，胶被离细胞边缘远，一般15 μm以上。少数细胞散离群体。细胞圆球形，直径3.6-5.6 μm，平均为5 μm，具气囊。 3、阿氏浮丝藻 Planktothrix agardhii Anagnostidis et Komárek,1988 藻丝多为单生，自由漂浮，长可达300μm，直出或有些弯，有时成蓝绿色或橄榄绿色的微小的、疏松的簇，偶尔形成底栖的膜状覆盖物，无鞘或非常罕见，特别是幼年时期，具薄的鞘；藻丝宽（2.3）4-6（9.8）μm，横壁处具颗粒，不收缢或很微弱收缢，顶端渐尖细；细胞长常比宽小或常为方形；细胞内含物蓝绿色，具多数气囊，无藻红素；顶端细胞凸状，有时为钝圆锥形或有点尖，有时具凸的帽状，罕见帽状结构。 4、螺旋浮丝藻 Planktothrix spiroides Wang Li, 2013 藻丝体通常蓝绿色或橄榄绿色，极少数呈淡黄色蓝绿色；单生或有时集合成束，自由漂浮。藻丝末端细胞圆形，一端细胞稍或几乎不变细；通常呈规则的疏松螺旋状，或在长期培养后呈不规则卷曲；横壁很少或不收缢；横壁可见，无伪分枝。细胞圆柱形，通常长短于宽；气囊不规则的分布在整个细胞中。藻丝通常宽3.7-6.4 μm（平均宽4.6±0.6 μm）；螺旋宽26-47 μm（平均宽36±5 μm），螺距30-43 μm（平均36±2 μm）；几乎不运动。罕见胶鞘。通过藻丝断裂繁殖。 5、拉氏拟浮丝藻 Planktothricoides raciborskii Suda et al., 2002 藻丝单生，黄绿色或橄榄绿色，长可达1 cm以上，有时可互相缠绕形成块状。横壁无或很浅的收缢，末端短的区段渐细同时弯曲，偶尔具鞘。细胞长3-8 μm，宽8-9.5 μm；顶端细胞锥状或钝尖到钝圆。无帽状结构。 6、依沙矛丝藻 Cuspidothrix issatschenkoi Rajan. et al.,2005 藻体漂浮，藻丝具圆柱形细胞，横壁不或略收缢；灰蓝绿色到灰蓝色，末端细胞无色，细，尖。细胞长6-9 μm，宽3-4 μm；异形胞圆柱形到卵形，每条藻丝具1（2或3）个，长7-11 μm，宽3-6 μm，厚壁孢子圆柱形，1-3个一列，长9-19 μm，宽4-7 μm，远离异形胞。 7、紧密长孢藻 Dolichospermum compacta Wacklin, 2009 营养细胞圆球形到略长形，宽3-6 μm，长2.5-7.5 μm，长与宽之比0.5-2.5；异形胞圆球形到略长形；厚壁孢子长椭圆形，远离异形胞，宽6.3-8 μm， 长10-26.3 μm，长于宽之比1.33-3.51.藻丝规则的卷曲，螺旋宽15-30 μm，螺间距2-10 μm。 艾溪湖水华蓝藻（1、惠氏微囊藻；2、挪氏微囊藻；3、阿氏浮丝藻；4、螺旋浮丝藻；5、拉氏拟浮丝藻；6、依沙矛丝藻；7-8、紧密长孢藻；bar=10 μm） 也发于我的个人博客： http://www.yangping.info/archives/35.html 杨平,戴国飞,方媛瑗,钟家有.艾溪湖水华蓝藻多样性探讨 .江西水利科技,2017,(3):162-166
个人分类: 藻类|4059 次阅读|0 个评论
蓝藻之殇：勿忘2007年无锡水污染事件（二）
热度 2 Wildbull 2017-3-20 09:44
十年前发生在无锡的那场水危机事件 ，引起了极大的社会恐慌，虽然蓝藻被认为是这次水污染事件的元凶，但如何令人信服地给它定罪并不容易。在显微镜下，太湖蓝藻中的王者——微囊藻（拉丁学名： Microcystis ）其实十分艳丽（Tao et al. 2012），一个特点是它有伪空泡，可以漂浮在水面上，这导致它可以大量堆积，另一个特点是它富含蛋白质，特别是含硫蛋白，导致厌氧分解时，产生各种异味强烈的硫化物，它还有一个特点是产生生物毒素（Chen et al. 2009），干扰我们肝脏的脂肪代谢，产生非酒精性脂肪肝炎，最终可能把我们带向肝癌（He et al. 2017, Zhao et al. 2012, Chen et al. 2017）。我们如何才能揭开无锡水污染事件之谜？ 美丽的微囊藻——无锡水污染事件的始作俑者？ 侵袭贡湖水厂取水口的污水团为何物、来自何方？ 在贡湖水厂水污染事件发生期间，无锡市政府组织中科院、建设部、清华大学、同济大学、东南大学、河海大学和省水利厅、环保厅等单位组成的两个专家组，对水源地水质突变进行了现场调查和分析。 2007 年 6 月 6 日 经专家组研究分析，一致认为造成此次贡湖水源地水质突变的原因主要是该水域内存在较大面积的污水团（约 3 km 2 ），突然侵入水源地取水口造成的。因此，对污水团的性质、形成机制和迁移规律的分析，对揭开贡湖水厂水污染事件之谜至关重要。 一、水中异味物质种类繁多—含硫蛋白质可分解转化成硫醇、硫醚、 H 2 S 和 NH 3 1 、气味物质—无机物中 NO 2 、 NH 3 、 SO 2 、 H 2 S 等少数气体具有强烈气味，挥发性有机物则大多具有气味 通常将饮用水中的感官为 五类—嗅觉、味觉、口腔觉、视觉和听觉。 由舌头感觉的 味觉分为 酸、甜、苦、咸 4 种，而由鼻子闻到的 嗅觉异味最为复杂多样，被分为十多种。 饮用水中的感官物质被分为甜味物质、苦味物质、酸味物质、咸味物质、辣味物质、涩味物质、其它显味物质和气味物质（丛丽和苏德林 2007 ）。 一般来说，无机物中 NO 2 、 NH 3 、 SO 2 、 H 2 S 等少数气体具有强烈气味，其余大多没有明显的嗅感。 硫 化氢（ H 2 S ）是一种无色、具有臭鸡蛋味的气体它是剧毒的，不仅刺激眼膜和呼吸道，而且还与各种血红蛋白中的铁结合，抑制其活性，阻碍物质和能量代谢，空气中如含有 0.1% 的硫化氢就会迅速引起头痛晕眩等症状，进而导致昏迷或死亡（许善锦 2002 ）。当水中 H 2 S 浓度达到 0.1 mg/L 时，就会显著影响育苗的生长和鱼卵的存活， H 2 S 对高等植物根的毒害作用也很大（李建政和任南琦 2005 ）。 而挥发性有机物则大多具有气味，有机物分子的嗅感，与其含有的功能团类型、数目、以及分子的立体结构有关。常见的功能团有羟基、醛基、酮基、羧基、酯基、内酯基、烃基、苯基、氨基、硝基、亚硝基、酰氨基、巯基、硫醚基、二硫基、杂环化合物等；一般来说，化合物的分子质量越小、功能团在整个分子中所占的比重越大，功能团对嗅觉的影响越明显（丛丽和苏德林 2007 ）。 主要的气味物质分为脂肪烃含氧衍生物（醇类、醛类、酮类、羧酸类、酯类）、芳香族化合物、含氮化合物和含硫化合物等。脂肪烃含氧衍生物通常随分子碳链的增长，其气味由果实香型→清香型→脂肪臭型方向变化。芳香族化合物一般都有特殊嗅感，苯气味一般不受人欢迎。低分子胺类大多具有不愉快的嗅感，许多化合物还有一定的毒性。低级的硫醇和硫醚大都具有难闻的臭气或令人不快的嗅感（丛丽和苏德林 2007 ）。 2 、有机气味物质—主要是脂肪烃含氧衍生物、含硫化合物、含氮化合物和芳香族化合物 ① 脂肪烃含氧衍生物 在湖水中检测出的一些常见的藻源性异味物质，如 2- 甲基异茨醇 (2-methylisoborneol ，简称 MIB ) 、 土腥素（ Geosmin ，简称 GEO ）、 β- 环柠檬醛（ β-cyclocitral ）和 β- 紫罗兰酮（ β-ionone ）等（ 图 1 ）（ Li et al. 2007 ）。 人类对各种致嗅物质的感觉阈值是很不相同的，如人类对水体中 MIB 和 GEO 的嗅觉阈值分别为 35 ng/L 和 15 ng/L （ Howgate, 2004 ），而 对 β- 环柠檬醛的 嗅觉阈值一般为 MIB 和 GEO 的一到二个数量级（ Young et al. 1999 ） 。此外，有些物质依据浓度的不同而呈现不同的味道，譬如 ， 当湖水中 β- 环柠檬醛 浓度小于 1 μg/ L 时产生鲜草味 （ fresh grassy ） ， 2 —20 μg/ L 时散发干草木味 （ hay/ woody ） ，大于 20 μg/ L 时则像烟草味 （ tobacco-like ） （ Young et al. 1999 ）。 图 1 三种水中常见的异味化合物结构 Fig.1 Structures of three common off-flavor compounds ② 含硫化合物 硫醇（ mercaptan ）可看作是硫化氢（ H 2 S ）分子中一个氢被烃基取代的化合物，通式为 R-SH ，式中， R 为烃基或其衍生物， -SH 为巯基，是硫醇的官能团。简单的硫醇有甲硫醇（ methyl mercaptan ） CH 3 — SH 、乙硫醇 CH 3 — CH 2 — SH 等。巯基也存在于某些结构复杂的化合物中，例如与人体代谢有关的辅酶 A 分子中就含有巯基。 低级的硫醇具有极难闻的臭味，如乙硫醇在空气中的浓度为 10 -2 ng/L 时即可为人所觉察，利用这一特性，人们在煤气中加入极微量的乙硫醇或叔丁醇以提高对煤气泄漏的警觉。高级的硫醇的臭味随相对分子质量的增大而逐渐减少（荣国斌和苏克曼 2000 ）。 硫醚（ thioether ）的通式为 R — S — R ′ ，式中， R 和 R ′ 可以相同也可以不同。 硫醚的化学稳定性比硫醇高。 简单的硫醚有甲硫醚（ methylsulfide ）（ CH 3 — S — CH 3 ）， 二甲基二硫醚（ Dimethyl disulfide ）（ CH 3 — S — S — CH 3 ），二甲基三硫醚（ Dimethyl trisulfide ）（ CH 3 — S — S — S — CH 3 ）等。 甲硫醚、 二甲基二硫醚均有不快的臭气味。二甲基三硫醚具有大蒜味（施周等 2002 ）。 有趣的是，含硫化合物又是一些食物（如野葱、野韭菜、大蒜、烹熟了的肉类食品等）的重要风味物质，如在煮牛肉的挥发性成分中发现有硫化氢、甲硫醇、乙硫醇、丙硫醇、丁硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚等，又如二甲基三硫是白葡萄酒、威士忌酒、红茶、西红柿、卷心菜、花菜、花椰菜、洋葱、牛肉、海星、虾、鲐鱼、扇贝等的香成分。含硫化合物纯品一般都具有强烈的令人不愉快的臭味，很难把它们与香料联系起来。但含硫化合物在浓度很低时的香味效果与高浓度时发生了很大变化，产生了令人愉快的食品香味，含硫化合物是肉香味的核心和基础（孙保国 2007 ）。显然，这些硫醚、硫醇类气味物质既可是植物体内的代谢产物，也可在肉类煮熟过程大量产生。 硫醚的臭味不如硫醇强烈，甲硫醇感知的阈值为 0.07 μg /L （ ppb ），甲硫醚为 3.0 μg /L ，二甲二硫为 2.2 μg /L ，硫化氢为 0.41 μg /L （沈培明等 2005 ）。清洁水中硫化氢的嗅觉阈值为 0.035 μg /L （赵庆良和任南琦 2005 ）。 Buttery 等（ 1990 ）报道，人类对水体中二甲基三硫化物的嗅觉阈值为 5-10 ng/L 。 ③ 含氮化合物 吲哚（ indole ）是杂环（稠环）化合物。浓的吲哚溶液有粪臭味，但极稀溶液有香味，可用作香料。吲哚在自然界中可见于从生物碱、花精油到蛋白质的腐败产物之中，动物粪便中也含有吲哚和 β- 吲哚乙酸（荣国斌和苏克曼 2000 ）。色氨酸分解可形成 β- 甲基吲哚。 ④ 芳香族化合物 自然界中有 2000 多种酚类化合物，常见的酚类化合物有苯酚、甲酚、五氯酚等，广泛用于消毒、防锈、防腐等。饮用水中酚在 1 mg/L 以上时就有臭味。第一次世界大战前，苯酚的唯一来源是从煤焦油中提取。工业上苯酚主要由异丙苯制得。苯酚对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用，可抑制中枢神经或损害肝、肾功能。苯酚的制造、炼焦、炼油、冶金、塑料、化纤、绝缘材料、酚醛树脂、制药、炸药、农药等工业都会有较高浓度的含酚废水。五氯酚在集中式生活饮用水地表水源地特定项目标准限值为 0.009 mg/L 。 甲苯主要由原油经石油化工过程而制行。甲苯是重要的化工原料，作为溶剂在工业上广泛使用，甲苯也是有机合成，特别是氯化苯酰和苯基、糖精、三硝基甲苯和许多染料等有机合成的生要原料。甲苯对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用。甲苯在集中式生活饮用水地表水源地特定项目标准限值为 0.7 mg/L 。 3 、水中重要气味物质的形成与转化—含硫蛋白质可分解转化成硫醇、硫醚、 H 2 S 和 NH 3 ① 微生物分解含硫有机物产生 H 2 S 硫是生物体内的宏量结构元素，是生物体内的巯基、氨基酸和各种辅酶的重要成分。天然蛋白质有 20 种氨基酸组成，其中有 2 种含硫氨基酸—蛋氨酸和半光氨酸。水中具有含硫官能团的氨基酸组成的蛋白质可通过脱巯基产生 H 2 S ，通过脱氨基产生 NH 3 （王晓蓉 1997 ）： 含硫有机化合物通过许多微生物的作用均能产生 H 2 S ，譬如在厌氧条件下，半光氨酸通过半光氨酸脱巯基酶转化成丙酮酸，释放出 H 2 S ： 自然界所有化能异氧微生物几乎都能分解蛋白质等产生 H 2 S 。因为 H 2 S 难溶于水，在缺氧环境中难以被氧化，所以在有机污染严重的缺氧水体中容易逸出水体进入空气，因而发出令人不快的异味（王兰等 2006 ）。 ② 微生物还原硫酸盐产生 H 2 S 如果水体缺氧，则 SO 4 2- 在硫酸盐还原菌的作用下产生下列反应（ 赵庆良和任南琦 2005 ）： 硫酸盐还原菌能够在无氧环境中利用硫酸盐代替分子氧，氧化有机物，所以它们都是能进行无氧呼吸的异氧菌。还原硫酸盐的细菌所能利用的电子和氢的供体物质并不多，最长见的是丙酮酸、乳酸和氢气。譬如脱硫弧菌可利用乳酸作为还原硫酸盐的电子供体，反应为： 2CH 3 CHOHCOOH + SO 4 2- + 3H + → 2CH 3 COO- + 2CO 2 + 2H 2 O+ HS - 在东部平原湖泊中，太湖的 SO 4 2- 含量相对较高，达 18.78 mg/L ；湖泊的营养程度越高， SO 4 2- 含量越高，譬如同为云贵高原湖泊，贫营养的抚仙湖为 4.11 mg/L ，而滇池平均达 48.2mg/L （徐南妮等 1995 ）。 海水中的 SO 4 2- 含量远高于淡水，譬如，盐度为 35 的海水中， SO 4 2- 含量达 2712 mg/kg （宋金明等 2000 ）。由于淡水中的 SO 4 2- 浓度低，由硫酸盐还原而形成的 H 2 S 很少，淡水水体中的 H 2 S 主要是通过含巯基的有机化合物在厌氧环境中分解而产生的 （ 李建政和任南琦 2005 ） 。 ③ pH 对 H 2 S 和 NH 3 的影响 在废水中，当 pH 允许 H 2 S 从液态的硫氢化物（ hydrosulfide ） (HS - ) 逸出时，将出现臭味，硫还原细菌（ sulfate reducing bacteria ）的最适 pH 值在 6.8–7.2 之间，超过这一 pH ，硫还原量较少。 H 2 S 的形成对 pH 极为敏感，当 pH7 时，反应有利于 H 2 S 的生成，而当 pH7 时，反应容易生成硫氢化物（ 图 2 ）。 图 2 不同 pH 条件下硫化氢和氨的溶解度（引自 HillBrothers Chemical Company, http://www.hillbrothers.com/thio3.htm ） Fig. 2 Solubility of hydrogensulfide and ammonia (cited from Hill Brothers Chemical Company, http://www.hillbrothers.com/thio3.htm) ④ 水中硫醇、硫醚类化合物的可能来源 在环境微生物或微生物生态学有关微生物与硫循环的研究方面，很少涉及水中硫醇和硫醚的产生机制。张晓健等（ 2007 ）给出了水体中的藻类细胞和含蛋白质的废水可转化成各种硫醇和硫醚类化合物的示意图（ 图 3 ）： 图 3 水中硫醇、硫醚类化合物的产生示意图（修改自张晓健等 2007 ） Fig. 3 Schematic diagram of the production of mercaptan and thioether in water (modified from Zhang et al. 2007) 贡湖水厂取水口水污染事件期间（ 5 月 28 日 — 6 月 2 日 ）， pH 变化不大，约在 7-8 左右（ 图 3 ），根据 图 2 可以推测，这既不利于 H 2 S 的逸出，也不利于 NH 3 的逸出。而低的溶氧可能导致了大量硫醇和硫醚的产生（ 图 3 ）。 由于硫原子的半径大于氧原子，因而易于极化，故— SH 中的氢原子易于形成氢离子，而呈现酸性。这也许可以解释在贡湖水厂取水口污水团出现后，由于水中大量的硫醇的存在，使水中 pH 有所降低（ 图 3 ）。 硫醇很容易与氧化剂发生氧化反应，转化为对称二硫醚，譬如： RSH + O 2 → RSSR + H 2 O 二、侵袭贡湖水厂取水口的污水团为何物—来源复杂，主体可能是蓝藻堆积、腐烂形成的衍生污染物 1. 张晓健等（ 2007 ）的研究 — 污水团中 含有大量的硫醇硫醚类，醛酮类（如β - 环柠檬醛）， 还检出了较高含量的吲哚和酚 张晓健等（ 2007 ）根据原水水质和臭味的味道、以及应急除藻措施除臭效果欠佳的情况初步判断出，产生此次无锡自来水臭味的物质，不是水华蓝藻常见的代谢产物（如 2 —甲基异莰醇、土臭素等），而是另一类致臭的含硫化合物，产生的原因较为复杂。经对 5 月 31 日中午水源水、 6 月 2 日污水团、污染期间存留的自来水等水样进行 GC/MS 分析，检出原水中含有大量的硫醇硫醚类、醛酮类、杂环与芳香类化合物。主要成分有以下三大类： ① 硫醇、硫醚类化合物：甲硫醇，甲硫醚，二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、二甲基四硫醚，环己硫、环辛硫； ② 醛、酮类化合物：β - 环柠檬醛，己醛、辛醛，辛酮、环己酮； ③ 杂环与芳香类化合物：吲哚、吲哚分解产物类化合物（成分名称未定）；酚；甲苯。 张晓健等（ 2007 ）对上述三类物质的来源作了如下分析： ① 水源水中硫醇硫醚类含硫有机物、耗氧量和氨氮的含量很高，产生条件需要大量的藻渣和厌氧条件，而在含通常浓度藻体的水中，包括藻类水华的主流水体中，藻量不够，也无法产生厌氧条件。此外，含蛋白质的废水，如生活污水和工业废水，在厌氧条件下也可以生成甲硫醇，产生硫醇、硫醚类化合物（ 图 3 ）。 硫醇、硫醚类化合物的臭味种类为烂圆白菜味、烂洋葱味、蒜臭味等。用甲硫醇配水可以得到类似无锡自来水事件时的味道（臭胶鞋味，烂圆白菜味）。 ② 水源水中检出的醛类物质中，β - 环柠檬醛是臭味物质，木头味，是藻类的代谢产物，特别是属于蓝藻的微囊藻的代谢产物。其他醛类物质也是代谢产物的分解物。 而典型的藻类代谢产物致臭物质 MIB 和 GEO 在水源水中未检出。 ③ 水源水中还检出了较高含量的吲哚和酚，在水源水和受污染自来水水样中还检出了甲苯。吲哚是蛋白质中色氨酸的分解产物，有强烈的粪臭味，常见于粪便污水，煤焦油中也含有少量的吲哚。酚和甲苯的来源一般为工业污染。 因此张晓健等（ 2007 ）推测 ，太湖蓝藻暴发产生的藻渣与富含污染物的底泥，在外源污染形成的厌氧条件下快速发酵分解，所产生的恶臭物质造成无锡自来水臭味事件。 由于在 水源水中检出到较高含量的吲哚和酚，还检出了甲苯，而酚和甲苯的来源一般为工业污染，因此 张晓健等（ 2007 ） 推测可能有外源污染，可能这些外源污染物来自底泥。但是这些工业源性污染物到底来自何处（是刚从河流流入的还是历史上沉积在底泥中）的则不得而知！ 但是笔者认为是否如 张晓健等（ 2007 ）所说的 是外源污染物形成的厌氧条件还缺乏证据，至少蓝藻大量堆积腐烂也是可能形成厌氧条件的！此外， 张晓健等（ 2007 ）对水污染事件中涉及的异味物质只进行了定性描述，未给出定量数据。 2. Yang 等（ 2007 ）的研究 — 污水团中 含有大量二甲基三硫醚，还检测出 2 种藻源性代谢产物— MIB 和 GEO ，但浓度比二甲基三硫醚要低得多 Yang 等（ 2007 ）在 Science 上撰文，根据以下事实提出贡湖水厂的水污染事件不是直接源自蓝藻水华的观点： ① 氨氮浓度从 5 月 28 日 的约 0.23-0.97 mg/L 突然上升到 5 月 31 日 的 4 mg/L ，然后逐渐下降；而他们认为氨氮浓度的升高通常与蓝藻水华无关。 ② 6 月 4 日 取了饮用水进水（ drinking-water intake ）和水团（ water agglomerate ）水样进行异味物质化学成分分析，二个样品具有强烈的腐烂的沼气味（ septic and marshy odors ），二甲基三硫醚（ dimethyltrisulfide ）的含量高达 11.4 和 1.77 μg/L ，这足够引起这个臭味。二甲基三硫化物及相关的烷基硫酸盐（ alkyl sulfate ）主要是由许多细菌产生的。还检测出 2 种藻源性代谢产物— MIB 和 GEO ，它们产生土腥味或霉味（ earthy or musty odor ），但是它们的浓度比二甲基三硫醚要低得多。 但是，笔者依据如下事实对 Yang 等（ 2007 ）的结论提出一些质疑： ① Yang 等（ 2007 ）推测氨氮浓度的升高通常与蓝藻水华无关，但是，在缺氧状态下厌氧微生物大量繁殖，对水中有机物进行厌氧分解，可产生硫化氢、甲烷、氨等有害气体，释放臭气；因此，如果蓝藻大量堆积腐烂，在氧气不足或缺氧状态下，蓝藻中丰富的含氮有机物可能被分解产生大量氨。 ② Yang 等（ 2007 ）检测出 MIB 和 GEO ，但是不知为何未给出 MIB 和 GEO 的实际浓度，只是描述比二甲基三硫化物要低得多， MIB 和 GEO 的嗅觉阈值也是很低的。 ③ Yang 等（ 2007 ）的采样时间为 6 月 4 日，此时，水污染事件已接近尾声，主要的水质指标已基本接近正常水平（ 图 3 、图 4 ），污水团可能大部分已经漂走； 3. 其它证据—高 Chl-a 含量表明污水团源自蓝藻 秦伯强等（ 2007 ）于 6 月 1 日下午测得贡湖水厂取水口及临近水域水样中叶绿素 a 很高，最高可达 980 μg/L ，并在现场观测到大量腐烂的蓝藻团块。事件发生期间，太湖的浮游植物以蓝藻占绝对优势，而只有当蓝藻高度堆积才能达到这样高的叶绿素 a 浓度 ， 并且只有当蓝藻高度腐烂才会有可能使水中的溶氧浓度接近零，因此，这个污水团应该主要就是由蓝藻高度堆积、腐烂形成的污水团！ 综上所述，关于引起无锡水污染事件的原因，基本都认为是污水团。但是关于污水团的成因有几种不同的说法， ① 因为蓝藻大量堆积、腐烂所致（ 秦伯强等 2007 ，叶建春 2007 ）， ② 主要是蓝藻堆积腐烂，也有一些陆源性污染物（ 张晓健等 2007 ，南京地理与湖泊研究所 2007 ）， ③ 陆源性污染物为主（ Yang etal. 2007 ）。从上面的分析来看，蓝藻的大量堆积和腐烂产生的衍生污染物可能是形成这个污水团的主体。 三、侵袭贡湖水厂取水口的污水团来自梅梁湾还是贡湖湾—来自湖流的证据显示，可能主要来自贡湖湾 1. 二种不同的观点 — 一些学者认为来自梅梁湾，另一些学者认为来自贡湖湾 由于贡湖水厂取水口位于梅梁湖和贡湖交界之处，且水面相对开阔，污水团不可能就地产生。针对贡湖湾的污水团究竟来自何方，迄今为止有二种完全不同的说法，一些学者认为来自梅梁湾，另一些学者认为来自贡湖湾。 叶建春（ 2007 ）等根据污水出现的时间序列判断贡湖水厂取水口的污水团有梅梁湾扩散而来（见第六章）。从 图 6 可以看出，梅梁湾的小湾里水厂出现水质恶化（表现在 DO 的聚降， NH 3 -N 的聚升）的时间比贡湖湾提前约半个月，因此，这自然让人怀疑贡湖水厂取水口的污水团是由梅梁湾的污水团扩散而来。 此外，以往也有研究表明，梅梁湾蓝藻水华大量出现的时间比贡湖湾藻早，譬如， Liu 等（ 2008 ）于 2004 年 11 月 — 2005 年 10 月期间的调查，梅梁湾蓝藻大量出现的时间比贡湖湾要早一些（ 图 13 ）。 南京地理与湖泊研究所（ 2007 ）认为，由于南泉水厂东部沿岸河汊、渔港以及芦苇丛处于南风、西南风、东风下风向，大太湖的蓝藻水华漂移到此处后，藻类极易堆积、腐烂沉降，在河口以及近岸淤积，加上贡湖北岸河口及其附近含有大量陆源污染沉积物，二者共同作用形成了复合污染沉积物，该复合污染沉积物比重轻，在南风、东风驱动的风浪作用下，发生再悬浮，使其厌氧降解形成的溶解有机物释放进入水体，形成污水团。该污水团在湖面风场、水厂取水口产生的引流和望虞河引江吞吐流共同作用下，向贡湖南泉水厂取水口移动，并进入取水口，造成水质恶化时间。 需要指出的是，贡湖水厂取水口附近的监测站（沙渚水质自动监测站）监测到的污水团的出现时间较晚，并不一定能说明贡湖取水口出现的污水团就一定来自梅梁湾。因为这并不能排除，在贡湖湾北岸大量的港湾、芦苇丛中也于同样时间已形成了污水团，只是没有扩散出来，因而未被沙渚水质自动监测站监测到而已。 2. 太湖的风生流特征 — E 、 S 风使贡湖湖水 向 梅梁湾流动， N 、 W 风则相反 对污水团来源的追踪，应该与当时湖水的动力学过程有密切关系，因此首先需要了解太湖的湖流特征。一般按性质可将湖流可分为三种基本类型—风生流、重力流和密度流。在太湖上述三种湖流可同时存在，由于太湖湖盆浅平，出入湖河渎港汊众多，主要出湖河流均建闸控制，除汛期外湖泊的重力流和密度流都较弱，风生流是形成太湖湖流的主要机制（黄漪平等 2001 ）。 由于太湖的水污染事件发生在北部湖区的贡湖湾和梅梁湾交界处，因此，以下重点关注北部湖湾的风生流特征。一般来说，浅水湖泊与深水湖泊相比，湖水运动机制更为复杂，难以形成稳定的湖流形态，规律性也相对较差。南京地理与湖泊所的水文学家根据二维数值模拟分析结果，归纳出太湖北部湖区稳定风生流主要特征如下（黄漪平等 2001 ）： ① 在E风作用下， 梅梁湾北部湖区形成反时针环流，梅梁湾与太湖交界处则表现为自东向西的切向流流态；贡湖形成以湖心东西轴线为中心的北部反时针、南部顺时针的辐散流流态，湖水以沿岸流的形式流入梅梁湾；竺山湖北部主体湖区形成反时针环流，并于太湖交界处出现自东向西的切向流动（ 图 4 ）。 图 4 10 m/s 、 E 风场作用下的太湖环流（引自黄漪平等 2001 ） Fig. 4 Current field of Lake Taihuunder E wind with 10 m/s speed (cited from Huang et al. 2001) ② 在 S 风作用下，梅梁湾形成以湖心南北轴线为中心的西部顺时针，东部反时针的幅合流流态，梅梁湾与太湖交界处形成以拖山为中心的顺时针环流；贡湖和竺山湖分别形成反时针环流，贡湖湖水以沿岸流的形式输入到梅梁湾，并参与梅梁湾的湖水交换，竺山湾与梅梁湾的水体交换微弱。 ③ 在N风作用下的梅梁湾的流态与S风作用下的梅梁湾的流态类型相同，但流向相反，梅梁湾湖水以沿岸流的形式输入到贡湖，参与贡湖水体交换； 并且竺山湾与梅梁湾的水体交换微弱。 ④ 在W风作用下的梅梁湾的流态与E风作用下的梅梁湾的流态类型相同，但流向相反； 梅梁湾的湖水以沿岸流的形式输入到贡湖湾，使得贡湖湖水得以交换更新；竺山湖湖水以言岸流的形式进入梅梁湾，但其影响范围主要在梅梁湾南部的拖山一带。 其余方位风场作用下的太湖北部湖湾区的风生流介乎于上述流态之间，属过渡类型（ 图 5 ）。因此，贡湖湾、梅梁湾和竺山湾稳定风生流流态为若干湖区的环流及沿岸流相互有机结合而成。 图 5 10 m/s 、 SW 风场作用下的太湖环流（引自黄漪平等 2001 ） Fig. 5 Current field of Lake Taihu underSW wind with 10 m/s speed (cited from Huang et al. 2001) 图 6 10 m/s 、 SE 风场作用下的太湖环流（引自黄漪平等 2001 ） Fig. 6 Current field of Lake Taihu underSE wind with 10 m/s speed (cited from Huang et al. 2001) 黄漪平等（ 2001 ）将太湖稳定的风生流归结为三种主要类型： ① 反时针环流主导型，该类型流场的对应风场为 SW （ 图 5 ）、 S 和 W 风； ②顺 时针环流主导型，特征与反时针环流主导型相同，只是流向相反，对应风场为 NE 、 N 和 E ； ③ 过渡型流态：其特征是反时针、顺时针的闭合环流都存在，但范围较小，不具有主导优势，其对应的风场为 SE （ 图 6 ）和 NW 。 综上所述，以东南 → 西北方向为界，则两侧风场作用下的湖泊流态具有截然不同的流态特征；太湖风生流对峙方位风场形成的风生流流型相似、流场相反，这意味着风场的调整将引起流场的大调整（黄漪平等 2001 ）。 这些模型的结果，与一些实测的结果也是吻合的。譬如，姜加虎（ 1997 ）于 1996 年 7 月 26 日、 30 日在梅梁湾和贡湖湾等湖区对流场进行了实测。 图 7 是梅梁湾 7 月 26 日 8:05-11.10 ，在贡湖 7 月 30 日 13 ： 40-17 ： 00 实测 0.5 m 深处的流场图。 图 7 梅梁湾（ 1996 年 7 月 26 日）和贡湖（ 1997 年 7 月 30 日）实测的流场图（风向 SE ）（引自 姜加虎 1997 ） Fig.7 Map of the current field in Meiliang Bay(measured on July 26, 1996) and Gonghu Bay (measured on July 30,1996) under SE wind (cited from Jiang 1997) 根据黄漪平等（ 2001 ）提出的稳定风生流基本模式可以看出， E 风和 S 风的情况下，贡湖湖水以沿岸流的形式输入到梅梁湾，而 N 风和 W 风，梅梁湾的湖水以沿岸流的形式输入到贡湖湾。 2. 太湖的风场特征— 5 月份盛行东南偏南风，这意味着主要湖流特征应该是贡湖湖水以沿岸流的形式输入到梅梁湾 由于，风生流是形成太湖湖流的主要机制，因此，太湖的风场对了解风生流的运动格局十分重要。一般来说，太湖地区夏季盛行偏 S 风，冬季盛行偏 N 风。根据 1997-2001 年期间中国科学院太湖生态系统研究站的观测资料，太湖月平均风场在 4-8 月期间，以东南系列风（ E — SSE ）和西南系列风（ S — WSW ）占绝对优势，特别是东南系列风（ E — SSE ）的比例最大（ 图 8 ）。 据江苏省气象局的资料（江苏省 2007 年 5 月气候影响评价）， 2007 年 5 月盛行东南偏南风。也就是说， 2007 年 5 月与往年的平均风场类似。根据图 9-7 可以推测，在东南偏南风的风场形成稳定风生流的情况下，主导性湖流过程应该是贡湖湖水以沿岸流的形式输入到梅梁湾。 因此，根据太湖历年和 2007 年主导风场和相应的风生流流场模式来推断， 2007 年 5 月在贡湖水厂取水口出现的污水团不大可能由梅梁湾扩散而来，而有可能自贡湖西岸的沿岸流的形式带过来。 图 8 1997-2001 年间，太湖月平均风场特征，观测地点在中国科学院太湖生态系统研究站。南—西西南包括南、南西南、西南和西西南，东—南东南包括东、东东南、东南和南东南，北—东东北包括北、北东北、东北和东东北，西—北西北包括西、西西北、西北和北西北（数据来源：秦伯强等 2004 ） Fig. 8 Characteristics of wind fieldover Lake Taihu. The observatory site was at theResearch Station of Lake Taihu Ecosystem. S-WSW includes S, SSW, SW and WSW,E-SSE includes E, ESE, SE and SSE, N-ENE includes N, NNE, NE and ENE, W-NNW includesW, WNW, NW and NNW (data sources: Qin et al. 2004) 四、污水团 是否来自 望虞河—不大可能全部来自望虞河的污水 因为望虞河中的污染状况也确实十分严重，在 2007 年 2 月就有 DO 接近零的河段， NH 3 -N 和 TP 水平比贡湖水厂污水团中还要高（ 表 1 ），而且在污水团中还检测出 大量的 工业源污染物—酚和甲苯等，这些都让人容易怀疑那个污水团（至少一部分）很有可能来自望虞河。 从时间上看， 2007 年的“引江济太”始于 5 月 6 日， 5 月 12 日，引水通过望亭枢纽开始进入贡湖。比贡湖水厂出现污水团的时间早 2 个星期。 据 2007 年 6 月 21 日江苏水利网（ http://www.hwcc.com.cn ）的报道， 5 月 30 日，省防指电令，临时关闭望虞河东岸所有引水口门，保证入湖水量；同时控制望虞河西岸沿江口门运用，减少望虞河西岸污水入湖，保证引江入湖水质。至 5 月 31 日，所有口门全部关闭。这说明， 5 月 28 日污染事件发生前，望虞河西岸的污水没有得到有效控制。 望虞河总长 60.8 km ，河底宽 80-90 m ，河底高程 -3.0 m ，估算容积约为 1.55 x 10 7 m 3 （ 0.155 亿 m 3 ） ，而贡湖湾的 库容约为 3.28 x 10 8 m 3 （ 3.28 亿 m 3 ），因此， 望虞河的库容仅为贡湖湾的 4.7% 。 5 月 27 日通过望亭枢纽累计送水量已达到 1.44 亿 m 3 ，为 望虞河 库容的 9.3 倍，相当于望虞河干流的水已被换掉了 9.3 次（假定没有支流的污水汇入的话）。 因此，如果仅有 望虞河干流中的污水 ， 引水 2 个星期后，望虞河中的主要污水应该早已被冲走，这些污水进入贡湖湾后，需要在贡湖湾内停留近 2 个星期才能赶上贡湖水厂出现污水团的时间。 根据太湖流域引江济太办公室发布的“引江济太简报”（二 00 七年第二期）的报道，“ 5 月 6 日常熟枢纽开泵引水后，望虞河水质逐月好转。… 长江清水不断向望亭立交方向逼近。 5 月 11 日，立交闸下水质已基本达到入湖要求，太湖局发布调令，开启望亭水利枢纽，将望虞河水引入太湖”。这实际上是通过 抬高望虞河干流水位，顶托望虞河西线的来水，减少支流污水汇入。但是，随着污水的汇集及支流水位的不断抬升，达到某个临界点后，大量的污水也可能重新涌进干流，形成巨大的污水团而进入贡湖。 但是，以下事实与上述推测有所矛盾： ① 金墅水厂和锡东水厂离望虞河入太湖的河口更近（ 图9 ），如果这个巨大的污水团是从望虞河中而来，那金墅水厂和锡东水厂应该首先遭遇，但是从水质指标（ 图6 ）来看，这二个水厂取水口的水质与平常相比未出现大的变化，要么这个污水团出了望虞河后就只贴着北岸走而避开了锡东水厂，或者先只沿中心线前行，当经过锡东水厂和金墅水厂后再往贡湖水厂方向逼近，这显得有些令人难以想象！ ② 侵袭 贡湖水厂取水口的污水团 Chl-a 含量很高，这显然不可能来源于望虞河，因为望虞河的污水主要是一些黑臭的污水。因此，贡湖水厂取水口出现的污水团也不可能全部来自望虞河。 图 9 太湖梅梁湾和贡湖湾中 4 个水厂（小湾里水厂、贡湖水厂、锡东水厂和金墅湾水厂）的位置示意图（引自叶建春 2007 ） Fig. 9 Map for the locations of fourwaterworks (Xiaowanli, Gonghu, Xidong and Jinshu) in Meiliang and Gonghu Baysof Lake Taihu (cited from Ye 2007) 五、从卫星遥感图看贡湖取水口的蓝藻 —5月27日在二湾交界的贡湖水厂取水口处，云集了大量蓝藻 从卫星遥感图（ 图 10 ）来看， 2007 年 5 月 13 日，在贡湖湾北岸已聚集了一个长条带状的蓝藻水华，贡湖湾整体的蓝藻量可能甚至多于梅梁湾。 5 月 19 日，梅梁湾（特别在湾的深部）蓝藻大量堆积，超过贡湖湾的分布面积， 5 月 27 日，梅梁湾几乎全部的湖面被蓝藻覆盖，梅梁湾和贡湖湾交界之处云集了大量蓝藻， 5 月 29 日梅梁湾和贡湖湾交界之处还有大量蓝藻，但贡湖湾内的蓝藻很少。因此，根据卫星遥感图来判断，梅梁湾和贡湖湾 二湾交界之处 （包围着贡湖水厂取水口） ，云集了大量蓝藻，并连成一片。 图10 2007年3月和5月太湖蓝藻EOS/MODIS卫星遥感图。椭圆圈为北半部湖区，圆圈外的红色箭头表示盛行风向（引自江苏省气象局 http://www.jsmb.gov.cn/ ） Fig. 10 EOS/MODIS satellite imagery of cyanobacterial blooms inLake Taihu during March and May 2007 (cited from Meteorological Administration ofJiangsu Province, http://www.jsmb.gov.cn/ ) 从小湾里水厂取水口的水质记录来看，梅梁湾出现高 NH 3 -N 和高 TP 的时间比贡湖水厂要早，开始下降的时间比贡湖水厂要晚，而且在 6 月底 DO 又出现接近零的情况（ 图 6 ）。这也就是说，在事件的时间序列上，人们很容易认为可能梅梁湾的污水团有部分扩散到贡湖水厂取水口来了，这与卫星遥感图（ 图 10 ）的结果似乎也是一致的。另一方面也很难找到证据说梅梁湾的污水团一点都没有扩散到贡湖湾来。 梅梁湾每年都堆积大量的蓝藻，这一方面由于梅梁湾本身的营养水平很高，蓝藻容易大量繁殖，另一方面由于太湖夏季盛行东南偏南风，蓝藻容易被漂到梅梁湾中，又不容易漂出来，而小湾里水厂在梅梁湾深处的东北岸边（ 图 9 ），当然最容易受到蓝藻堆积腐烂形成的污水的影响。 而贡湖水厂取水口位于梅梁湾和贡湖湾的交界处，虽然也在岸边，但是与小湾里水厂相比，所处的环境相对比较开阔，除非有特殊的水动力学条件，一般较小的污水团是很难停留数天的。也就是说， 2007 年 5 月底在贡湖水厂取水口出现了的污水团，要么规模很大，要么由于某种动力学机制在那儿停留了数天的时间。 六、污水团很可能来自贡湖湾— 可能 SE 风场下的沿岸流加上“引江济太”的吞吐流将贡湖北岸的污水团沿湖岸缓慢推向贡湖水厂取水口 蓝藻由于具有很强的浮力，可在湖面上形成厚厚的飘浮藻层，如果这种藻层缺乏流动（如在港湾、芦苇丛等水交换慢的地方）（ 图 11 、图 12 ），往往容易堆积形成厌氧环境，进一步腐烂则可形成散发出恶臭的污水团。贡湖水厂东部沿岸分布有大量河汊、渔港以及芦苇丛，漂移到贡湖湾的蓝藻容易在这些地方大量堆积和腐烂，形成臭气强烈的污水团。 从卫星遥感图（ 图 10 ）来看， 5 月 13 日 -5 月 19 日期间，风力等自然的水动力大于引水向湖心的推动力，表面水华的大体趋势仍然向贡湖湾聚集。 值得注意的是， 5 月 27 日，虽然梅梁湾和贡湖湾交界之处云集了大量蓝藻，贡湖湾靠北岸湾内大部分区域未见蓝藻水华，这也许是由于贡湖北岸的蓝藻在盛行的东南风（ SE ）风场（ 图 6 ）下出现的向西方向的沿岸流的作用下被牵引出来、加上“引江济太”的吞吐流的顶托作用（因为从望虞河的走向来看，入湖河水的走向应该偏向北岸）的结果。 这个污水团有多大？ 6 月 6 日 无锡市政府组织的专家组经研究分析认为约 3 km 2 。在 SE 风情况下，贡湖湾风生流稳定后的流速一般在 10 cm /s 以内（姜加虎 1997 ）。假定平均流速为 3-5 cm/s （这与 图 6 中的贡湖湾西岸的模拟流速相近），则 24 小时的水流移动距离可达 2.6-4.3 km ，假设上述 3 km 2 的污水团接近一正方形，则边长约 1.73 km 。按这样的推算，假如平均流速为 3-5 cm/s ，一个 3 km 2 的污水团，不到一天就应该消逝，而不可能持续长达一个星期。有以下几种可能： ① 或者这个污水团，比 3 km 2 大得多，②或者贡湖湾数公里长的污水团缓慢地向贡湖水厂取水口推进，③或者这个 3 km 2 大小的污水团受某种动力学机制的顶托，移动极为缓慢，导致了长时间的滞留。 根据 东南风（ SE ）风场的风生流模式（ 图 6 ），贡湖北岸的沿岸流大致应该流向梅梁湾内，也许是梅梁湾内的蓝藻过于密集，可能形成了与贡湖北岸沿岸流带来的蓝藻的相互顶托，再加上跨越梅梁湾和贡湖湾口的反时针环流的顶托作用，导致了 5 月底贡湖水厂取水口的污水团移动十分缓慢的现象。 那么，同处贡湖湾北岸的锡东水厂，为何在这次水污染事件中几乎未受影响？首先，锡东水厂再向北的岸边能用于蓝藻堆积腐烂形成污水团的场所已经少得多了，其次，贡湖水厂的取水口离岸距离很近（不足 300 m ），而锡东水厂的取水口离开岸边有近 2000 m ，很显然开阔的水流环境有利于水的交换，虽然锡东水厂水源保护栅拦中也有大量藻类堆积（ 图 13 ）。此外，锡东水厂和金墅湾水厂离望虞河入湖口很近（特别是金墅湾水厂），引自望虞河的江水产生的推动力相对较大，故推测来自贡湖湾北岸的污水团可能难以接近。 图 11 贡湖废弃港湾中的蓝藻水华（摄于 2007 年 7 月 24 日 ） Fig. 11 Cyanobacterial blooms in small abandoned baysof Gonghu in Lake Taihu (photo taken on July 24, 2007) 图 12 贡湖港湾中的蓝藻与生活的渔民（摄于 2007 年 7 月 24 日 ） Fig.12 Cyanobacterial blooms and fishermen in smallbays of Gonghu in Lake Taihu (photo taken on July 24, 2007) 图 13 贡湖锡东水厂水源保护区中堆积的蓝藻水华（摄于 2007 年 7 月 24 日 ） Fig.13 Accumulation of cyanobacterialblooms in the protected area of Xidong Waterworks in Gonghu of Lake Taihu(photo taken on July 24, 2007) 此外，为何在贡湖水厂取水口检测出大量的 酚和甲苯等源自工业的污染物？ 张晓健等（ 2007 ）只做了定性描述，并为给出具体的浓度，因此无法判断究竟高到何种程度，此外，在该取水口也找不到事件前后相关监测资料进行比较，因此也无法判断到底增加了多少。即使承认 酚和甲苯的含量很高，也许是数年“引江济太”使许多工业污染物在贡湖湾沉积物中长期积累，再在污水团这种特殊的环境下，从沉积物中大量溶出的结果，但这纯粹只是一种猜测！ 在太湖流域人们流传着一种称为“湖泛”的污染现象。在枯水年低水位期，于黄梅期或在汛间低水位、高温少雨晴好天气之际，在湖湾底泥沉积较厚的浅水区，由于太阳辐射增强，引起水温升高，底泥发生强烈厌氧分接，释放出甲烷、硫化氢等气体，水质变劣产生臭味，形成 “ 湖泛 ” 。据称在 1990 年、 1994 年和 1995 年，无锡梅园水厂附近就发生了“湖泛”，使居民用水几度告急。由于 2007 年贡湖水厂取水口中的污水团含有很高的 Chl-a 含量，因此不大可能仅由“湖泛”引起。 此外，根据南京地理所秦伯强研究员等在事发当时在贡湖水厂取水口的现场录像资料来看，在现场的污水团中，发现有大量蓝藻堆积腐烂后形成的特有的藻块，且散发出难闻的臭气。 也许， 2007 年 5 月在贡湖水厂取水口出现的污水团的一部分就是由于蓝藻在贡湖湾北岸的 河汊、渔港以及芦苇丛中 大量堆积、腐烂，再加上这种“湖泛”现象将几年来“引江济太”堆积在沉积物中的有机污染物“泛”起而共同形成的。 后来在太湖的原位实验研究十分完美地证实了蓝藻水华堆积腐烂产生与无锡水污染事件十分类似的异味化合物及同样量级的浓度，为无锡水污染事件中蓝藻水华的定罪提供了强有力的实验证据（Ma et al. 2013）。 结语 污水团为何物？ 张晓健等（ 2007 ）在 污水团中 含有大量的硫醇硫醚类，醛酮类（如β - 环柠檬醛）， 还检出了较高含量的吲哚和酚； Yang 等（ 2007 ）在 污水团中 含有大量二甲基三硫醚，还检测出 2 种藻源性代谢产物— MIB 和 GEO ，但浓度比二甲基三硫醚要低得多；秦伯强等（ 2007 ）在贡湖水厂取水口及临近水域水样中叶绿素 a 很高，最高可达 980 μg/L 。因此， 污水团来源复杂，但主体可能是蓝藻堆积、腐烂形成的衍生污染物。 推测最可能的一种情形就是， 2007 年 5 月在盛行的 SE 风场作用下，在贡湖北岸产生了自东向西的沿岸流，再加上“引江济太”的吞吐流的推动作用，将贡湖湾北岸数公里长分布的众多河汊、渔港以及芦苇丛中蓝藻大量堆积和腐烂形成的污水团沿着湖岸缓慢推向贡湖水厂取水口，并在取水口附近与梅梁湾蔓延过来的大量蓝藻相遇，而且可能进一步受跨越梅梁湾口和贡湖湾口的反时针环流的顶托作用，在二湾交界的贡湖水厂附近出现了污水团移动十分缓慢的现象，从而引发了这次震惊中外的贡湖水源水污染事件。 主要参考： 谢平 。太湖蓝藻的历史发展与水华灾害。科学出版社，2008，北京（ http://wetland.ihb.cas.cn/lwycbw/qt/ ） Tao et al. (2012) Use of a generalized additive model to investigate key abiotic factors affecting microcystin cellular quotas in heavy bloom areas of Lake Taihu. PLoS ONE 7: e32020. Chen et al. (2009) First identification of the hepatotoxic microcystins in the serum of a chronically exposed human population together with indication of hepatocellular damage. Toxicological Sciences 108 (1) : 81-89 He et al. (2017) Prolonged exposure to low‑dose microcystin induces nonalcoholicsteatohepatitis in mice: a systems toxicology study. Arch. Toxicol. 91: 465 – 480 Zhao et al. (2012) Genomic profiling of microRNAs and proteomics reveals an early molecular alteration associated with tumorigenesis induced by MC-LR in mice. Environ. Sci. Technol. 46: 34-41 Chen et al. (2017). Responses of the Proteome and Metabolome in Livers of Zebrafish Exposed Chronically to Environmentally Relevant Concentrations of Microcystin-LR. Environ. Sci. Technol. 51 596-607. Ma et al. (2013) Off-flavor compounds from decaying cyanobacterial blooms of Lake Taihu. J. Environ. Sci.-China. 25: 495-501.
8815 次阅读|3 个评论
蓝藻之殇：勿忘2007年无锡水污染事件（一）
热度 18 Wildbull 2017-3-12 09:25
十年前（ 2007年5月），在梅梁湾和贡湖湾交界的贡湖水厂发生了震惊中外的取水口水源水污染事件，造成了严重的社会影响。蓝藻被认为是这次水污染事件的元凶。遗憾的是，即使是今天，太湖蓝藻水华的威胁并未比10年前有所缓解。全国各地的蓝藻旋风似乎有愈演愈烈之势，云南洱海的蓝藻水华正在步入常态化。去年盛夏，在浙江的富春江中，延绵数十公里长的蓝藻水华实在令人震惊（下图）。按现在的趋势发展下去，浙江千岛湖的失守也不会遥远，因为那里的养分和蓝藻也在不断聚集之中。从大气的雾霾到水的绿“霾”，我们必须敲响警钟。在无锡水污染事件即将迎来十周年之际，解密那段大多数人并不确切知晓的历史过程，可为我们今天提供借鉴。 2016年8月，在浙江富春江中延绵数十公里长的蓝藻水华 一步步沦陷的云南洱海，蓝藻正在步入常态化 太湖的水污染事件并不罕见。20世纪90年代以来，太湖曾多次（1990年、1994年、1995年、1998年）发生饮用水污染事件，都集中在北部湖区主要是梅梁湾的水厂，发生在盛夏（7月或8月）。 一、水厂基本概况—贡湖水厂是无锡市的主要供水水源，日供水量为 110 万吨 无锡市的饮用水全部取自太湖，共有 6 个水厂，总取水量约占太湖取水总量的 60% 。贡湖水厂是无锡市的主要供水水源，日供水量为 110 万吨；无锡市的另外两个水厂—小湾里水厂和锡东水厂的取水口，分别是位于梅梁湾和贡湖湾，日供水分别为 60 万吨和 20 万吨。贡湖水厂、小湾里水厂和锡东水厂的位置图如 图 1 所示。贡湖水厂取水口离岸距离仅有约 300 m ，锡东水厂取水口离岸距离达到 2 km 。 太湖贡湖湾为太湖东北部的一个大湖湾，面积约 120 平方公里。贡湖水厂水源地位于太湖东北部梅梁湾与贡湖湾交界之处，水厂向东的湖岸带内侧分布有窄长的芦苇带，芦苇带宽度一般有几十米，其间还分布有若干废弃的港湾。 图 1 贡湖水厂位置示意图 Fig.1 Map for the location of Gonghu Waterworks 图 2 锡东水厂取水口（摄于 2007 年 7 月 24 日 ） Fig.2 Water intake of Xidong Waterworks (phototaken on July 24, 2007) 二、水污染事件取水口主要水质变化过程— DO → 0 ， NH 3 -N →5 mg/L, TN →11 mg/L ， TP→0.5mg/L 2007 年 4 月底，太湖西北部湖湾梅梁湖等出现蓝藻大规模暴发。根据水利部太湖流域管理局对小湾里水厂、锡东水厂、贡湖水厂水源地的监测， 5 月 6 日 叶绿素 a 含量在小湾里水厂水源地最高（ 259 μg/L ） ，贡湖水厂水源地次之（ 139 μg/L ） ，锡东水厂水源地为 53 μg/L ，叶绿素 a 在太湖西北部湖湾全部超过 40 μg/L （叶建春 2007 ） 。 至 5 月中旬，蓝藻在梅梁湖等湖湾进一步聚集，分布范围不断扩大。 5 月 16 日 太湖梅梁湖犊山口水质变黑，漫延并波及小湾里水厂，致使小湾里水厂于 22 日停止供水。现场监测发现，小湾里水厂水源地附近蓝藻大量死亡，水质发黑发臭，并逐步向梅梁湖湾口蔓延。 根据贡湖水厂水质自动监测站的资料（ 图 3 ， 图 4 ），可以看出： ① TN 于 5 月 27 日 开始从不到 4 mg/L 开始急剧上升，次日接近 11 mg/L ，至 6 月 1 日 在 8-10 mg/L 之间高位波动； ② NH 3 -N 也是从 27 日开始从约 0.3 mg/L 的水平急剧上升， 31 日达到最高（ 5 mg/L ）， 6 月 2 日下降到约 0.6mg/L ，后又出现一个小峰值（最高约 2.2 mg/L ）， 6 月 8 日 才重新下降到 0.5 mg/L 的水平； ③ TP 于 26 日从约 0.1 mg/L 的水平开始上升， 31 日达到最高（约 0.5 mg/L ）， 6 月 2 日下降到约 0.1 mg/L 的水平，后与 NH 4 -N 类似，又出现一个小高峰（最高约 0.3 mg/L ）， 6 月 6 日 以后，重新回到约 0.1 mg/L 的水平； ④ DO 从 27 日的约 6 mg/L 急剧下降，次日接近 0 mg/L ，至 6 月 1 日 在 0 mg/L 附近波动；后很快回升。 ⑤ pH 值变化不大，仅略有下降，约 1 个单位； ⑥ CODMn 的变化没有明显规律。 总体来看，高 TN 和厌氧状况持续了约 4 天时间，高 NH 4 -N 的时间更短，约 2 天，但是与正常水平相比， NH 4 -N 的上升幅度最大（约达 16 倍）， DO 的下降幅度最大（ 6 → 0 mg/L ）， TP 上升了约 5 倍， TN 上升了约 4 倍。 为何会出现 N 、 P 浓度的异常波动？贡湖水厂临近水域蓝藻的大量堆积、腐烂及厌氧分别形成的污水团，在某种动力学机制的作用下，进入并滞留在取水口可能是最可能的解释。 NH 3 -N 的急剧上高可能起因与大量的腐烂蓝藻的分解导致的厌氧环境。 图 3 2007 年 5 月 10 至 6 月 10 日期间，贡湖水厂水质自动监测站 CODMn 、 pH 、 DO 和 TN 的变动（引自叶建春 2007 ） Fig.3 Variation of CODMn, pH, DO and TN in the lakewater at the automatic monitoring station of Gonghu Waterworks in Lake Taihufrom May 10 to June 10 in2007 (cited from Ye 2007) 图 4 2007 年 5 月 10 至 6 月 10 日期间，贡湖水厂水质自动监测站 NH 4 -N 和 TP 的变动（引自叶建春 2007 ） Fig.4 Variation of NH 4 -N and TP in thelake water at the automatic monitoring station of Gonghu Waterworks in Lake Taihufrom May 10 to June 10 in2007 (cited from Ye 2007) 南京地理与湖泊所的研究人员于 2007 年 6 月 1 日下午 的调查发现，在贡湖水厂取水口附近，仍然漂浮着许多腐烂发臭的水华团。通过对当日在取水口附近 6 个样点（ 图 5 ）采集的水样进行的化学分析表明， TN 、 TP 和 Chl-a 浓度以 5 号和 6 号样点为最高，特别在 5 号点水样中分别高达 23.4 mg/L 、 1.05 mg/L 和 980 μg/L ， 6 号点水样中的 TP 和 Chl-a 含量也分别超过 0.9mg/L 和 500 μg/L ；这些值比太湖常规监测值高出许多倍，也就是说，靠近沿岸带的芦苇荡中的 TN 、 TP 和 Chl-a 浓度远远高于取水口附近（秦伯强等 2007 ，朱广伟等，未发表手稿）。 图 5 2007 年 6 月 1 日 贡湖水厂取水口附近采样点示意图 （朱广伟等提供） Fig.5 Map for the sampling sites near water intakeof Gonghu Waterworks on June 1, 2007 ( from Zhu et al.) 2007 年 5 月至 7 月期间，太湖梅梁湾和贡湖湾四个水厂的主要水质指标（ DO 、 NH 4 -N 和 TP ）的变化如 图 6 所示。贡湖湾内的锡东水厂和金墅湾水厂的主要水质指标稳定，没有出现大的波动，未出现水质污染事件。梅梁湾出现水质异常的时间早于贡湖水厂，有些指标（如 NH 4 -N ）异常波动持续的时间更长。 图 6 2007 年 5 月 -7 月期间，太湖梅梁湾和贡湖湾四个水厂取水口 DO 、 NH 4 -N 和 TP 的变化（引自叶建春 2007 ） Fig.6 Variation in the concentrations of DO, NH 4 -Nand TP in the water intakes of four waterworks in Meiliang and Gonghu Baysof Lake Taihu (cited from Ye 2007) 三、水污染事件的社会影响 —无锡市 70% 的水厂水质被污染，影响到 200 万人口的生活饮用水 2007 年 5 月 28 日 晚，污水团进入贡湖水厂，自来水恶臭难当，不仅不能喝，连洗澡都不能用，手沾一下那臭水，臭味半个小时都散不去。 29 日，抢购矿泉水的狂潮开始， 各大超市里的纯净水被一抢而空，据一个无锡市市民回忆，他从 5 点半下班，跑了 6 个超市，在人群里挤了三个小时，最后只抢到了 5 大桶水。 街边的小贩们乘机肆意拉抬瓶装水和桶装水价格，造成严重社会影响。 30 日上午，无锡市很多公司就已经开始放假。同时，中央电视台、新浪等都报道了无锡自来水变臭的消息，无锡臭水事件开始受到全国关注。 无锡市除锡东水厂之外，其余占全市供水70%的水厂水质都被污染，影响到200万人口的生活饮用水。 图 7 5 月 30 日 ， 忍受着来自被污染自来水散发出的刺鼻异味的无锡市居民（图片引自新华社） Fig.7 AWuxi citizensuffering from pungent odour from contaminated potable water 图 8 无锡超市的饮用纯净水被抢购一空 Fig.8 Bottled pure water was sold out in the supermarketof Wuxi City 图 9 5 月 30 日 ，无锡市市民在一处净水站排队等待灌水 Fig.9 Citizens were waiting in line forbarreled pure water 太湖梅粱湾由于污染严重，于1990年7月、1994年7月、1995年7月和1998年8月由于蓝藻大爆发、湖水发臭引发了4次突发性水污染事件，致使自来水厂停产，经济损失数十亿元（朱喜和张扬文2002）。 1990 年7月下旬，由于蓝藻大量繁殖，数量过多，在太湖北部沿岸曾形成厚达0.5ｍ的藻类聚集层，以五里湖和梅梁湖作为无锡市水源水的梅园水厂、马山水厂、疗养院水厂等自来水厂，因阻塞沙滤，日产量锐减，自来水质量也大大下降，水色呈淡绿色，且有浓臭的藻腥味。当时正值高温季节用水高峰期，全市30余万城市居民用水困难。由于自来水减产，不得不迫使116家工厂企业自8月23日起分批停产，造成严重经济损失和恶劣的社会影响（金相灿等1995）。 1994 年7月，整个无锡湾和西北湖区约120 km 2 的湖面，全部被绿色油漆似的蓝藻层覆盖。 无锡梅园水厂、马山水厂取水口长期为一大片蓝藻所包围，水质腥臭。 同时，西南风把平均水深仅两米的太湖底泥翻搅起来，腐烂的太湖底泥和水体混合在一起，引发了供水危机，当无锡市民拧开水龙头时，流淌出浑浊而又腥臭的污水。 但是，2007年5月的贡湖水厂水污染事件在危害范围和程度上均超出以往历次，这次危及到无锡市区70-80%、超过250万人口的饮用水安全和部分工业用水。1990年，江南地区普遍使用深水井，尽管工厂停产，但居民的生活用水可以得到一定的供给。最近，因为苏州等地出现的严重地面下沉，江南地区所有的深水井都被勒令封闭，因而失去了备用水源，使这次危机的影响更深。 四、水污染事件中的图片记录—贡湖水厂水源保护区及附近水域以及太湖沿岸，蓝藻堆积之深、腐烂和恶臭程度之严重，让人触目惊心 一些网友或记者于 2007 年 5 月 30-31 日从贡湖水厂水源保护区（ 图 10 ）及附近水域（ 图 11 、图 12 ）或太湖沿岸（ 图 13 、图 14 ）拍摄到许多蓝藻水华的图片，有些地方蓝藻堆积之深、腐烂和恶臭程度之严重，让人触目惊心（如 图 13 ） ! 这些高度腐烂和散发出剧烈恶臭的蓝藻可能就是制造污水团的元凶！ 图 10 2007 年 5 月 30 日 在贡湖水厂 取水口附近的蓝藻水华（引自东林书院网站上笔名为“爱琴海的珍珠”的市民） Fig.10 Cyanobacterial blooms near the water intakeof Gonghu Waterworks on May 30, 2007 (cited from a citizen with a pen name of Penelopin the web of Donglin Academy) 图 11 2007 年 5 月 30 日 在贡湖水厂 取水口附近的蓝藻水华（引自东林书院网站上笔名为“爱琴海的珍珠”的市民） Fig.11 Cyanobacterial blooms near the water intakeof Gonghu Waterworks on May 30, 2007 (cited from a citizen with a pen name of Penelopin the web of Donglin Academy) 图12 2007年5月31日，无锡市贡湖水厂的工作人员在取水口附近水域打捞蓝藻（引自新华社） Fig.12 Worker were artificially collectingcyanobacterial blooms near the water intake of Gonghu Waterworks on May 31,2007 (cited from Xinhuanet) 图 13 2007 年 5 月 30 日 ， 在太湖边堆积的蓝藻水华 Fig.13 Accumulation of cyanobacterial blooms nearthe shore of Lake Taihu on May 30, 2007 图 14 太湖的蓝藻水华（ 引自笔名为“公主坟 DE 猫咪森林”的作者于 2007 年 5 月 31 日 发表在网络的文章， http://www.xici.net ） Fig.14 Cyanobacterial blooms in Lake Taihu (cited from a web article published on May31, 2007, by an author with a pen name of ” Maomi Forestry of Princess Tomb ” , http://www.xici.net ) 五、水污染事件 1 个半月后的现场调查—贡湖水厂东部沿岸的芦苇和港湾中仍然堆积有大量腐烂发臭的蓝藻 笔者于 2007 年 7 月 24 日 对贡湖水厂东部沿岸进行了实地考察，发现在芦苇丛（图）和港湾中仍然有大量堆积腐烂的蓝藻（ 图 15 、图 16 ）。尤其是在一些废弃港湾中高度腐烂的蓝藻散发出一种扑鼻而来的难以忍受的恶臭味，而一些以船为生的渔民竟然还能生活在这样的环境中！ 图 15 太湖贡湖湾北岸岸边芦苇丛中的蓝藻水华 Fig.15 Cyanobacterial blooms in reed near the northshore of the Gonghu Bay in Lake Taihu 图 16 贡湖北岸港湾中堆积的腐烂发臭的蓝藻 Fig.16 Decaying cyanobacterial blooms with odour insmall bays of the north shore in Gonghu Bay of Lake Taihu 六、人工捞藻行动—领略太湖蓝藻的一片“风光”，一场惨烈的“人—藻”大战！ 贡湖水污染事件发生后，各级政府动用了大量人力和财力，在太湖进行了大规模的人工和半机械捞藻和吸藻。在炎热的夏天，农民门不得不忍受着十分强烈的蓝藻腥臭味，捞起的蓝藻再通过机械运送到太湖岸边的洼地，任其自然腐烂分解，偶尔也看到一些士兵肩挑着木桶，进行蓝藻藻奖的运送（ 图 17、 图 18 、图 19 、图 20 ）。当我在现场拍摄这些照片的时候，遇到一些高度腐烂的蓝藻，其散发出的恶臭简直快要让人窒息！ 6 月 20 日 ，当我询问几个捞藻的乡亲时，他们告诉我他们那儿的蓝藻可堆积到很人可以在上面走的厚度。我当时暗地里想这未免也太夸张了吧！可是， 7 月 24 日 ，在贡湖北岸的一个堆满了蓝藻的港湾岸边，当我踏上了一块木制的跳板，稍微晃了一下，我再仔细一看，原来这个跳板就架在蓝藻上，可能是这个地方的蓝藻不断的堆积，形成了厚厚的蓝藻层，由于蓝藻的浮力很强，上面的蓝藻不断地被晒干，下面的还在不断累积，天长日久下来，这个蓝藻层厚得几乎可以承受得起人的重量！ 从这些图片，使人领略到太湖蓝藻的一片“风光”，所见到的蓝藻藻浆的浓厚程度令人十分震撼！ 2007 年夏天，在太湖上演了一场多么惨烈的“人—藻”大战！我嘲笑自己像一个战地记者！ 图 17 参与太湖蓝藻收集的农民和士兵（上图摄于 2007 年 7 月 24 日 ，下图摄于 2007 年 6 月 20 日 ） Fig.17 Farmers and soldiers in artificiallycollecting cyanobacteria in Lake Taihu (upper photo takenon July 24, 2007, lower photo taken on June 20, 2007) 图 18 正在收集太湖蓝藻的农民（摄于 2007 年 6 月 20 日 ） Fig.18 Farmers in artificially collecting cyanobacteriain Lake Taihu (photo taken on June 20, 2007) 图 19 机械将收集的太湖蓝藻注入岸边附近的洼地中（摄于 2007 年 6 月 20 日 ） Fig.19 Amachine in transporting cyanobacteria collected into a billabong near Lake Taihu (photo taken on June 20, 2007) 图 20 太湖岸边蓝藻堆积地中正在腐乱的蓝藻（摄于 2007 年 6 月 20 日 ） Fig.20 Decaying cyanobacteria in a billabong near Lake Taihu(photo taken on June 20, 2007) 结语 位于梅梁湾和贡湖湾交界之处的贡湖水厂是无锡市的主要供水水源，日供水量为 110 万吨。 2007 年 5 月 27 日 开始受不明污水团侵袭，水质恶变： DO → 0 ， NH 3 -N →5 mg/L, TN →11 mg/L ， TP→0.5mg/L 。 28 日晚，贡湖水厂供应的自来水恶臭难当，不仅不能喝，连洗澡都不能用。 无锡市除锡东水厂之外，其余占全市供水70%的水厂水质都被污染，影响到200万人口的生活饮用水。 在此次水危机过程中， 高 TN 和厌氧状况持续了约 4 天时间，高 NH 4 -N 的时间更短，约 2 天，但是与正常水平相比， NH 4 -N 的上升幅度最大（约达 16 倍）， DO 的下降幅度最大（ 6 → 0 mg/L ）， TP 上升了约 5 倍， TN 上升了约 4 倍。 从 水污染事件中的图片记录来看，贡湖水厂水源保护区及附近水域以及太湖沿岸，蓝藻堆积之深、腐烂和恶臭程度之严重，让人触目惊心。水污染事件 1 个半月后的现场调查显示，贡湖水厂东部沿岸的芦苇和港湾中仍然堆积有大量腐烂发臭的蓝藻。 贡湖水污染事件发生后，各级政府动用了大量人力和财力，在太湖进行了大规模的人工和半机械捞藻和吸藻。 2007 年夏天，在太湖上演了一场惨烈的“人—藻”大战！ 主要参考： 谢平 。太湖蓝藻的历史发展与水华灾害。科学出版社，2008，北京( http://wetland.ihb.cas.cn/lwycbw/qt/ )
56171 次阅读|24 个评论
警钟——“碧水”孕育美丽的杀手
热度 43 Wildbull 2015-10-12 06:55
最新研究发现： 低剂量（接近世界卫生组织建议的TDI值）慢性微囊藻毒素（microcystiin）暴露，导致了哺乳动物非酒精性脂肪肝炎，有诱发肝癌的风险。对长期饮用太湖水、巢湖水等的居民的健康风险应高度关注。 何君等以BALB/c小鼠为模型，运用系统毒理学研究了MC慢性暴露对哺乳动物的肝毒性及其致毒机制。该研究首次证实MC-LR灌胃染毒（40, 200 μg/kg/d）90天能显著抑制肝脏脂肪酸 β 氧化，阻碍脂蛋白分泌并促进肝脏炎症，导致小鼠非酒精性脂肪性肝炎发生，这可能是MC-LR诱发肝癌的重要途径，为认识MC的促癌机制提供了新的视角。该研究结果已在线发表于Archives of Toxicology上（免费下载）： Prolonged exposure to low-dose microcystin induces nonalcoholic steathepatiyis (2017).pdf Jun He, Guangyu Li, Jun Chen, Juan Lin, Cheng Zeng, Jing Chen, Junliang Deng, Ping Xie* (2017) Prolonged exposure to low‑dose microcystin induces nonalcoholicsteatohepatitis in mice: a systems toxicology study. Arch. Toxicol. 91: 465–480. 本 博文已在《水生态学杂志》正式发表 ， 题目： 蓝藻水华及其次生危害 （ 全文免费下载地址： http://sstxzz.ihe.ac.cn/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=201505130240flag=1journal_id=sstxzzyear_id=2015 ） 人们常常赞美道——“碧水蓝天”，可真正的碧水却会隐藏一类可怕的杀手——蓝藻，因为蓝藻会产生一类毒性很强的生物毒素——微囊藻毒素，它危害肝脏、肾脏、性腺、神经等多种系统，特别是对哺乳动物毒性很强…… 一、壮观的“碧水” 陆地上养分（氮、磷）贫瘠，而水中却堆积如山，这是一个多么无情的玩笑，同样的元素放错了地方，“宝”却变成了“害” …… 地球上的水资源大部分以海水和冰川的形式而存在，湖泊、河流、水库中的淡水资源不足总量的 0.01% ，可它为人类及其它所有陆生动物提供了宝贵的饮用水源，而清辙而甘甜的水质是健康的保障。 但是，当水体中 N 、 P 富集时，一种古老而原始的低等植物——蓝藻（也称之为蓝细菌）往往大量爆发，并常常在水体表面形成一层厚厚的水华。那 N 、 P 从何而来呢？主要来自生活污水的排放以及农业面源的输入。富营养化的产物不一定都是蓝藻水华，还会产生硅藻水华（常常出现于河流）、甲藻水华（常常出现于鱼池）、绿藻水华等，但经验上，出现蓝藻水华的概率最大（谢平 2007 ， Yang etal. 2012 ）。 我国深受蓝藻水华折磨的最著名的湖泊有滇池、太湖和巢湖（ 图 1 ），周边的自来水厂大部分已经关闭，损失惨重，剩下的一些水厂其源水的安全状况也令人堪忧。在过去的二十年，国家和地方政府在“三湖”治理上已耗资数千亿，但依然挡不住滚滚的“绿波”，乐观的估计还要继续奋斗 20 年（谢平 2008 ， 2009 ），悲观的说也许遥遥无期 …… 不仅如此，浩瀚的洞庭湖和鄱阳湖（ 图 2 ）似乎准备赴其后尘，云南秀丽的洱海（ 图 3 ，图 4 ）也即将步入水华的常态化状态 …… 。当然，蓝藻水华也非中国特有，全世界都有发生，有些惨况比中国一点都不逊色（ 图 5 ）。 小小的蓝藻（通常只有几个微米大小，只有聚集成群时才可以被肉眼识别），受到国家领导人的高度重视。原国务院副总理李岚清曾指出，“ 富营养化引起的蓝藻爆发是严重的湖泊公害，对此要作为重大科研课题加紧研究和治理，否则我们无法向人民交待 ”。前国务院总理温家宝在对无锡水污染事件考察期间曾指出，“ 当务之急是采取有效措施，切实预防蓝藻再次大规模暴发，确保城乡居民饮用水安全 ”。 图 1 壮观的蓝藻水华（滇池、太湖和巢湖） 图 2 洞庭湖和鄱阳湖局部水域的蓝藻水华 图 3 云南洱海蓝藻水华的演变趋势，水华发生日益频繁。 2013 年夏季，水华最盛时覆盖了近 80% 的湖面，令人吃惊的是，从一只死在岸边水华中的野鸟（下排最右边的图片）体内还检测出了微囊藻毒素 图 4 2013 年发生在云南洱海的蓝藻水华的卫星遥感图（由虞功亮博士和李仁辉教授提供） 图 5 世界各地的蓝藻水华 二、美丽的杀手 蓝藻的主要危害之一就是产生各种各样的生物毒素（ 表 1 ），其中一类毒性很强的生物毒素——微囊藻毒素（如 图 6 ）最为常见，危害最大，受到广泛关注。已知微囊藻毒素有 90 多种异构体。虽然微囊藻毒素还未达到用于制造大规模杀伤性生物武器（ Mass Casualty Biological Weapon, MCBW ）的程度（由于生产困难、毒性还不是足够强烈），但其毒性已经达到引起军事专家关注的程度（ 表 2 ）。一些神经毒素能有效地终止神经和肌肉的功能而不引起组织显微结构的破坏，而其它一些毒素直接破坏和损伤组织，对这些毒素，预防十分重要，因为常常在数分钟或数小时内就可发生不可逆的病理变化，微囊藻毒素就属于这种类型。 微囊藻毒素专一性地与细胞（如肝、肾）内的蛋白磷酸酶结合，在致死剂量暴露的情况下， 15-60 min 之内即发生不可逆的器官损伤，在这种情况下，具有重要功能的肝脏、肾脏等被严重损伤以致治疗可能作用甚微或毫无价值。最新的研究表明，这种毒素对生殖、神经和心脏等的影响亦不可小视（ Qiu et al. 2009, Liu et al. 2010, Li et al.2012, Zhao et al. 2012, Chen et al. 2015 ）。 微囊藻毒素的化学性质十分稳定，能耐高温（达 300 ℃ ），耐酸碱，因此，泡茶和烹饪对其影响甚微（ Zhang et al. 2010 ）。这也意味，在自来水中或进入水产品中的毒素大部分将通过饮水或食物链危害消费者的健康，长期的慢性暴露将带来不容忽视的健康风险（ Xie et al. 2005, 谢平 2006 ， Chen et al. 2009, Zhang et al. 2009 ）。 图 6 常见的一种微囊藻毒素 MC-LR 的化学结构图 表 1 蓝藻毒素的名称及产毒生物 毒素类别 Toxic group 毒性或刺激效应 Toxic or irritant effect 产毒蓝藻属名 Producer of cyanobacteria genera 环肽 Cyclic peptides 微囊藻毒素 Microcystins 肝毒性 Hepatotoxic 鱼腥藻 Anabaena , 项圈藻 Anabaenopsis , 隐球藻 Aphanocapsa , 陆生软管藻 Hapalosiphon , 微囊藻 Microcystis , 念珠藻 Nostoc , 颤藻 Oscillatoria 节球藻毒素 Nodularins 肝毒性 Hepatotoxic 节球藻（主要在咸淡水） Nodularin (mainly brackish water) 生物碱 Alkaloids 神经毒性生物碱 Neurotoxic alkaloids 类毒素 -a Anatoxin-a 神经毒性 Neurotoxic 鱼腥藻 Anabaena , 束丝藻 Aphanizomenon , 颤藻 Oscillatoria 拟类毒素 -a(s) Anatoxin-a(s) 神经毒性 Neurot oxic 鱼腥藻 Anabaena , 颤藻 Oscillatoria 石房蛤毒素 Saxitoxins 神经毒性 Neurotoxic 鱼腥藻 Anabaena , 束丝藻 Aphanizomenon , 拟柱胞藻 Clindrospermopsis , 鞘丝藻 Lyngbya 细胞毒性的生物碱 Cytotoxic alkaloids 筒胞藻毒素 Cylindrospermopsin 细胞毒性 Cytotoxic, 肝毒性 hepatotoxic, 神经毒性 neurototoxic, 遗传毒性 genotoxic 鱼腥藻 Anabaena , 束丝藻 Aphanizomenon , 拟柱胞藻 Clindrospermopsis , Umezakia 皮炎毒性生物碱 Dermatotoxic alkaloids 海洋蓝藻 Marine cyanobacteria 海兔毒素 Aplysiatoxin 皮炎毒性 Dermatotoxic 鞘丝藻 Lyngbya , 裂须藻 Schizothrix , 颤藻 Oscillatoria 皮炎毒性 Dermatotoxic 鞘丝藻 Lyngbya , 裂须藻 Schizothrix , 颤藻 Oscillatoria 鞘丝藻毒素 Lyngbyatoxin-a 皮炎毒性 Dermatotoxic, 口腔和肠胃发炎 oral and gastrointestinal inflammation 鞘丝藻 Lyngbya 脂多糖内毒素 Lipopolysaccharides (LPS) 具有刺激任何暴露组织的可能 Potentially irritates any exposed tissue 所有 All （引自 Svrcek and Smith 2004 ） 表 2 所选的毒素与化学毒剂对实验小白鼠致死性的比较 试剂 Agent LD 50 (μg kg -1 ) 分子量 Molecular weight 来源 Source 肉毒菌毒素 Botulinum Toxin 0.001 150,000 细菌 Bacterium 志贺毒素 Shiga Toxin 0.002 55,000 细菌 Bacterium 破伤风毒素 Tetanus Toxin 0.002 150,000 细菌 Bacterium 相思子豆毒素 Abrin 0.04 65,000 植物（相思豆） Plant (Rosary Pea) 白喉毒素 Diphtheria Toxin 0.10 62,000 细菌 Bacterium 刺尾鱼毒素 Maitotoxin 0.10 3,400 海洋鞭毛类 Marine Dinoflagellate 岩沙海葵毒素 Palytoxin 0.15 2,700 海洋软珊瑚 Marine Soft Coral 雪卡毒素 Ciguatoxin 0.40 1,000 鱼 / 海洋双鞭毛类 Fish/Marine Dinoflagellate 组织毒素 Textilotoxin 0.60 80,000 毒蛇 Elapid Snake 产气荚膜梭菌毒素 Clostridium perfringens toxins 0.1-5.0 35,000-40,000 细菌 Bacterium 哥伦比亚箭毒蛙毒素 Batrachotoxin 2.0 539 箭毒蛙 Arrow-Poison Frog 篦麻毒素 Ricin 3.0 64,000 植物（蓖麻子） Plant (Castor Bean) 海蜗牛毒素 -Conotoxin 5.0 1,500 海蜗牛 Cone Snail 泰攀蛇毒素 Taipoxin 5.0 46,000 毒蛇 Elapid Snake 河豚毒素 Tetrodotoxin 8.0 319 河豚 Puffer Fish 蝎毒素 -Tityustoxin 9.0 8,000 蝎子 Scorpion 石房蛤毒素 Saxitoxin 10.0 ( 吸入 Inhal, 2.0) 299 海洋双鞭毛类 Marine Dinoflagellate VX 神经毒剂 VX 15.0 267 化学毒剂 Chemical Agent 葡萄球菌肠毒素Ｂ (Rhesus/Aerosol) SEB (Rhesus/Aerosol) 27.0 ( 半数有效剂量 ED 50~ pg) 28,494 细菌 Bacterium 拟类毒素 -A(s) Anatoxin-A(s) 50.0 500 蓝藻 Blue-Green Alga 微囊藻毒素 -LR Microcystin-LR 50.0 994 蓝藻 Blue-Green Alga 索 曼毒剂（ GD ） Soman (GD) 64.0 182 化学毒剂 Chemical Agent 沙林毒气（ GB ） Sarin (GB) 100.0 140 化学毒气 Chemical Agent 乌头碱 Aconitine 100.0 647 植物（乌头） Plant (Monkshood) T-2 毒素 T-2 Toxin 1,210.0 466 真菌毒素 Fungal Mycotoxin （引自 Franz1997 ） 产毒蓝藻众多，它们在显微镜下十分艳丽（ 图 7 ）。水体中的蓝藻水华可由一至数个优势种组成，已知的蓝藻水华中有 60-70% 含有产毒的株系。在某一个期间的水华可产生几种微囊藻毒素，有时甚至可达 20 多种。一种蓝藻水华的毒性取决于有毒株细胞的浓度，以及所出现的毒素的相对毒性。已报道的从自然水体中采集的水华蓝藻中的 MC 含量，以中国的 7300μg g -1 dw （ Zhang et al. 1991 ）和葡萄牙的 7100 μg g -1 dw （ Vasconelos et al. 1996 ）为最高。 图 7 艳丽的产毒蓝藻 三、可怕的案例 微囊藻毒素对人类健康危害公认的证据或事件如 图 8 所示，其中有两项来自中国，一项研究表明，我国南方原发性肝癌的高发病率被认为与饮水中的微囊藻毒素污染有密切关系。世界最著名的藻毒素污染致人类死亡事件发生在 1996 年，巴西血透析水被污染事件，导致 60 多人死亡，震惊全世界（ 图 9 ）。世界卫生组织因此而制定了饮用水中 MC-LR 的临时性指导值（ 1 μ g/L ）。虽然关于微囊藻毒素的致癌性还存在一定的分歧。 图 8 蓝藻毒素重大进展或事件回顾 图 9 导致 60 多人死亡的巴西透析水藻毒素污染事件 最近的研究（ Chen et al. 2009a ）表明，巢湖专业渔民长期暴露于蓝藻毒素的高风险之中，因为他们饮用未经处理的巢湖水，取食含有毒素的各种水产品。通过对在湖面生活过 5-10 年的专业渔民的流行病学调查，从渔民的血液中普遍检测出毒素（ 图 10 ），通过与 21 种血液生化指标的相关分析，发现引发了一些个体的实质性肝损伤（ 图 11 ）。这亦是在世界上首次从自然染毒人群的血液中检测出蓝藻毒素的存在，并发现了其损伤人肝功能的直接证据，虽然科学界对人类的近亲——小鼠和大鼠进行了无数次类似的染毒实验。 图 10 巢湖渔民血液中的 MC 含量（引自 Chenet al. 2009a ） 图 11 根据巢湖渔民血液样本中的微囊藻毒素浓度和 21 种血液生化指标做成的 PCCA 图，血清中微囊藻毒素含量与主要肝功能指标间存在正相关关系（引自 Chen et al. 2009a ） 进一步对从巢湖中捕获的甲壳动物、软体动物和鱼类器官中的毒素含量进行了分析（ 图 12 ），并结合水中的毒素含量，计算出每个渔民 MC 的日摄食量为 2.2-3.9μg MC-Lreq ，接近或超过了世界卫生组织确定的日容许摄入量（ 2.4 μg MC-LReq) ，这表明世界卫生组织制定的日允许摄入值存在健康风险，需要向下修订（ Chen et al. 2009a ）。利用大鼠的代谢组学研究也支撑了这一结论（ He et al. 2012 ）。 图 12 安徽巢湖甲壳动物、软体动物和鱼类肌肉 / 足中的毒素含量（引自 Chenet al. 2009a ） 四、知情、对策与展望 蓝藻近在咫尺，风险到底几何？蓝藻毒素的暴露途径包括饮水摄入（主要途径）、水产品消费 （我国民众 MC 摄入的重要途径之一）、静脉输入（透析病人）和娱乐活动的皮肤暴露（ 图 13 ）。我国是淡水水产品生产与消费大国，根据农业部 2012 年渔业经济统计公报，我国水产品养殖总量占世界的 60% 以上，淡水占 49% 。与欧美国家相比，我国湖泊蓝藻水华发生总体情况更为严重，蓝藻毒素对淡水水产品安全性的风险更大！ 图 13 微囊藻毒素通过食物链向人的传递 图 14 江苏太湖各种鱼类、甲鱼、家鸭以及水鸟中的微囊藻毒素含量（引自 Chen et al. 2009b ） 基于以往的研究数据（如 图 12 、 图 14 ），对太湖和巢湖各种水产品的食用安全性进行了初步分析（ 图 15 ），总体来说，食用上述无脊椎动物的整体（即包括各种内脏，如肝胰腺、性腺等）都存在健康风险，其中蚌的风险最大（食用足也不安全）。当然，这些阈值还依赖于每年蓝藻水华的严重程度、产毒状况等（ Tao et al. 2012 ）。当然，这是水华盛行期间的数据，这时的消费风险最大，而进入冬季，动物体内的蓝藻毒素大部分将被代谢掉，毒素含一般量亦会下降到安全消费的水平。当然，这与种类也有一定关系，有的降解能力较强，有的则较弱。此外，水华的持续时间亦会产生影响，像滇池这样水华一年四季都不消退的湖泊，风险就会一直存在，而在太湖和巢湖，冬季水产品的安全性就要好得多。还有，不同的湖泊，即使蓝藻的生物量相似，也会因为蓝藻产毒能力的差异而使水产品的安全状况有所差异。 图 15 基于动物体内微囊藻毒素含量以及每人每日平均消费量，对太湖和巢湖经济水产品的食用安全性的评估 迄今为止，人们并不清楚如此之多的蓝藻为何要产生这般强烈的毒素，没有任何可靠的证据证明它就是为了某个目的，只知道很多蓝藻产它，但同样一个种类有时也可以变成无毒株。毒性的存在也妨碍了蓝藻的资源化利用，如它无法作为猪或家禽的饲料（虽然蓝藻的蛋白质含量很高）。但有些土著的鱼类（如鲢、鳙）却能以有毒蓝藻为食，并能快速生长，在冬季还能将体内的毒素降解到人类可以安全消费的水平（ Chen et al. 2006, 2007 ）。在武汉东湖面积达 12km 2 的主题湖区，用这种技术（称之为非经典生物操纵技术）成功清除与遏制东湖的蓝藻水华达 30 年之久，每年通过渔获物净带走的 N 和 P 相当于水柱现存量的 19.2% 和 140% ，当然，污水输入的 N 、 P 远大于这个量（ Xie Liu 2001 ，谢平 2003 ）。 遗憾的是，这种生物控藻技术只能使普通的渔民受惠，而不能给那些水处理企业或设备制造商或收藻船制造者等带来利润，因此决策者毫无兴趣。更为讽刺的是，有聪明的科学家仿造鲢的原理制造出了一种仿生收藻船（虽然也能应一下急，但仅限于非常局部的蓝藻堆积地，而不可能解决大面积的水华问题），其实这种“高科技”产品的发明人就是食藻鱼，真品一钱不值（有时还要被冤枉成“坏蛋”而被斩尽杀绝），而它的仿制品却价格不菲，一条就数百万元，政府倒是乐意掏钱去购买，还要花钱雇人买油去运行，所收的蓝藻有时还要买地挖坑去填埋 ……GDP 是一连串地增加了，秀也做了 …… 决策者就这么“任性”，宁愿花冤枉钱去收藻，也不要勤勉的食藻鱼，尽管后者还能带来可观的经济收益。期待有一天这种境况能够得到改善。 一些环境政策的决策者，对自然生态系统的认知十分局限，谈“鱼”色变，认为渔业是水体富营养化的罪魁祸首，虽然不排除在一些水体还存在不合理的渔业方式（如投肥、投饵），像三湖这样的大型湖泊并未存在规模化的渔业养殖活动，富营养化的主要原因还是生活污水和农业面源的输入。自然生态系统就是由生产者、消费者和分解者所组成，鱼类是水体的主要消费者，它通过牧食或捕食，直接或间接地收割初级生产者，并通过生长将 N 、 P 富集于身体之中，再通过渔获物将所富集的 N 、 P 从生态系统中移出，从而达到改善水质的效果。只要我们维护与管理好一种良性的生态系统结构，维持好生态系统的代谢机制，就既能有利于水质改善，也能收获优质的鱼产品，最终，就可以同时满足人们对清洁饮水和优质动物蛋白的需求。因此，可以预料，在大型湖泊，以水质保护为前提的集流域污染源控制、生态修复 （ 保育）与生态渔业等为一体的政府、企业家和科学家合作运营模式也许是未来的一个重要发展方向，期待出现一种全新的“大湖生态模式”。 如何保护好饮用水源的安全是我们未来将要面临的重大挑战（ 图 16 ）。水处理专家可能认为技术可以解决一切问题，但实际情况则是，当水污染到一定程度之后，任何技术都变得束手无策，成本的飙升将会迫使人们去寻找替代水源，而且处理过程中的副产物也是一个问题。因此，早在数十年前开始，人们就从沉淀池走向了水源地、再扩展到涵养它的大水体（湖泊、水库或河流）、并最终延伸到了整个流域。在这个过程中，管理的作用显得日益重要。但这与社会发展的矛盾越来越突出，而且变成了一个综合性的技术与管理问题，这里人们更加关注一些宏观尺度的问题，譬如水域生态系统的调控、修复与重建、面源污染控制、产业结构调整、流域生态圈层构建等，这种尺度的综合技术与管理问题将科学家、政治家、企业家和社会公众等不同类型的人群扭在了一起。其实，这是一个极为复杂的系统工程，设想一下，要成功地对像太湖这样一个涵盖 36900 平方公里的巨大流域进行有效的生态与水质管控，无论是在理论上还是实践上都没有成熟的经验可以借鉴，都还得进行持续的艰苦探索！ 图 16 蓝藻生态风险的管控对策 包括水在内的许多环境问题还有更深、更复杂的渊源。技术的盲目崇拜者认为技术可以解决一切，这实际上是在妄想人可以超越自然界，但这是不可能的，因此，那些所谓的可持续发展（增长）观念也只是一种蛊惑人心的口号，因为地球在空间上是有限的，它的承载能力亦如此。在人类尚未统治自然界之前，数以千万计的物种共存在这个地球表面，在一定的气候背景和生存条件下，一个物种大致会保持一种震荡的平衡趋势，一个典型的例子就是猞猁和兔子，它们每隔 10 年左右出现一个波动周期（ 图 17 ，左上图 ），但是，人类凭借自己的智慧和技术，开始掌控自然界，将自然界中每一寸可用的土地据为己有，打破了自身的平衡波动模式，导致了人口的狂飙（ 图 17 ，左下图 ）。 图 17 种群的极限——人类也是一个动物种群 几个方面的因素助推了这一过程。首先是医疗的进步，大大降低了疾病导致的死亡率。 再就是 农业的进步： ① 人类不断扩展耕地，把大地一步步变成自己的粮食生产基地，这直接导致了大量的动植物栖息地的丧失，无数的物种惨遭绝灭； ② 通过肥料提升农作物产量，人们利用埋藏的化石能源，把空气中不能被利用的分子态氮用化学的方法变成作物可利用的氮肥（现在全世界人工固氮总量可能超过了自然生物固氮的总和），开采埋藏的磷矿； ③ 人们通过大量的农药，控制虫害与杂草，保证稳定的产量； ④ 人们通过品种的选育，培育所谓超级稻，增加粮食产量； ⑤ 在水资源短缺的北方，人们疯狂地开采地下水（有地方深达数十米），利用着数万年前的库存水，或者把南方的水调往北方，甚至通过人工降水等手段；等等。 不可否认，这确实是在一步步提升这个美丽的地球养育我们人类的承载能力，但问题是我们却在一步步地将它蹂躏与摧毁，淡水的持续环境恶化就是这部史诗般的宏大悲剧的情景之一，巨量的养分在人工的农业生态系统中循环之后大量流入容量极为有限的河湖之中（全球淡水资源不足整个水资源量的 0.01% ），从而导演了触目惊心的富营养化和蓝藻水华。事实上，我们是在一步一步地蚕食地球环境的可塑性，使这根本已紧蹦的玄不断更新极限 …… 但可以确信的是，成长终会引来嘎然而止的那一天，如果我们放纵自身，总有一天会重蹈 St Paul 岛上驯鹿种群崩溃（ 图 17 ，右图 ）的命运！ 放眼未来，我们需要目光远大的政治家与各类具有良知的科学家的精诚合作，掌控流域的生态环境承载能力，优化流域的产业结构，构建、修复与保护自然原始的水生态系统，特别是要恢复有水下森林美誉的水生植被，保育好珍稀的物种及其栖息之地，继承与发展传统的生态渔业模式。要实现对水生态系统的科学管控，生产优质的自来水，收获优质的渔产品（这需要将渔业巧妙地组合到生态系统的自然代谢之中），提供生态的休闲地，保护好人类的健康！ 回首今天的生物学，似乎滑落到了畸形的边缘——微观的分子生物学万紫千红，宏观的全球变化生物学风光无限，而中观的生态学（个体、种群、群落和生态系统）大有日薄西山之势。但不要忘记，中观生态学曾是生态学的发源，它伴随着农耕社会一直延续到了今天，但却几乎要被一种极不科学的“科学评价体系”—— SCI 影响因子所销毁（这个领域在一些大学早已消逝）。但是，未来为了解决生态环境领域的实际问题，最需要的恰恰还是中尺度的生态学研究。 我们人类寄居的这个自然界亦是由无数种大大小小的循环构成的一种极为错综复杂的地球系统，如生态系统中的生产者—消费者—分解者就是贯穿了一系列生源要素（ C 、 N 、 P 、 S 等）的循环。德国哲学家叔本华曾说，“不论在哪里都无例外，自然的纯粹象征是圆形，因为圆形是循环的图示。这实是自然界中最普遍的形式，上至天体的运行，下至有机体的生生死死，万物之中的所行所为，只有借这种图示，才可能在时间的流动中产生一种现实存在，即眼前的自然”。这亦是我们尊重自然与敬畏自然的伦理基石。人类可以实现的绝非可持续的增长，而是在一定平衡域附近震荡的良性循环，这亦是生态文明的原点之一！ 主要参考资料 1. 谢平。鲢、鳙与藻类水华控制。科学出版社， 2003 ，北京 （电子版免费下载地址： http://wetland.ihb.cas.cn/lwycbw/qt/ ） 2. 谢平。水生动物体内的微囊藻毒素及其对人类健康的潜在威胁。科学出版社， 2006 ，北京 （电子版免费下载地址： http://wetland.ihb.cas.cn/lwycbw/qt/ ） 3. 谢平。论蓝藻水华的发生机制—从生物进化、生物地球化学和生态学视点。科学出版社， 2007 ，北京 （电子版免费下载地址： http://wetland.ihb.cas.cn/lwycbw/qt/ ） 4. 谢平。太湖蓝藻的历史发展与水华灾害。科学出版社， 2008 ，北京 （电子版免费下载地址： http://wetland.ihb.cas.cn/lwycbw/qt/ ） 5. 谢平。 翻阅巢湖的历史—蓝藻、富营养化及地质演化。科学出版社， 2009 ，北京 （电子版免费下载地址： http://wetland.ihb.cas.cn/lwycbw/qt/ ） 6. ChenJ, Xie P, Li L Xu J. 2009a. First identification of the hepatotoxicmicrocystins in the serum of a chronically exposed human population togetherwith indication of hepatocellular damage. Toxicol. Sci. 108 ： 81-89 (pdf: http://toxsci.oxfordjournals.org/content/108/1/81.full.pdf+html ) 7. ChenJ, Xie P, Zhang D, Ke ZX Yang H. 2006. In situ studies on thebioaccumulation of microcystins in the phytoplanktivorous silver carp(Hypophthalmichthys molitrix) stocked in Lake Taihu with dense toxicMicrocystis blooms. Aquaculture 261: 1026-1038 8. ChenJ, Xie P, Zhang D, Lei H. 2007. In situ studies on the distribution patternsand dynamics of microcystins in a biomanipulation fish - bighead carp(Aristichthys nobilis). Environ. Pollut. 147: 150-157 9. ChenJ, Zhang DW, Xie P Ma ZM. 2009b. Simultaneous determination ofmicrocystin contaminations in various vertebrates (fish, turtle, duck and waterbird) from a large eutrophic Chinese lake, Lake Taihu, with toxic Microcystis blooms. Sci. Total Environ. 407:3317–3322 10. Chen L, Chen J, Zhang XZ Xie P. 2015.A review of reproductive toxicity of microcystins. J. Hazard. Mater. (in press) 11. He J, Chen J, Wu LY, Li GY, Xie P. 2012.Metabolic response to oral microcystin-LR exposure in the rat by NMR-based metabonomicstudy. J. Proteom. Res. 11: 5934-5946 12. Li GY, Cai F, Yan W et al. 2012. A proteomicanalysis of MCLR-induced neurotoxicity: implications for Alzheimer's disease. ToxicolSci 127: 485-495 13. Liu Y, Xie P et al. 2010. Microcystinextracts induce ultrastructural damage and biochemical disturbance in malerabbit testis. Environ. Toxicol. 25: 9-17 14. Qiu T, Xie P, Liu Y, Li GY, Xiong Q, Hao L Li HY. 2009. The profound effects of microcystin on cardiac antioxidantenzymes, mitochondrial function and cardiac toxicity in rat. Toxicology 257: 86-94 15. Tao M, Xie P, Chen J, Qin BQ, Zhang DW, NiuY, Zhang M, Wang Q, Wu LY. 2012. Use of a generalized additive model toinvestigate key abiotic factors affecting microcystin cellular quotas in heavybloom areas of Lake Taihu. PLoS ONE 7: e32020 16. Xie LQ, Xie P, Guo LG, Li L, Yuichi M Park HD. 2005. Organ distribution and bioaccumulation of microcystins infreshwater fishes with different trophic levels from the eutrophic Lake Chaohu,China. Environ Toxicol. 20: 293-300 17. Xie P Liu JK. 2001. Practical successof biomanipulation using filter-feeding fish to control cyanobacteria blooms: asynthesis of decades of research and application in a subtropicalhypereutrophic lake. TheScientificWorld 1: 337-356 18. Yang Q, Xie P, Shen H, Xu J, Wang PL, ZhangB. 2012. A novel flushing strategy for diatom bloom prevention in thelower-middle Hanjiang River. Water Res . 46: 2525-2534 19. Zhang DW, Xie P, Chen J. 2010. Effects oftemperature on the stability of microcystins in muscle of fish and itsconsequences for food safety. Bull Environ Contam Toxicol 84 ： 202-207 20. Zhang DW, Xie P, Liu YQ, Qiu T. 2009.Transfer, distr ibution and bioaccumulation of microcystins in the aquatic foodweb in Lake Taihu, China, with potential risks to human health. Sci.Total Environ. 407: 2191-2199 21. Zhao SJ, Xie P, Li GY, Cai Y, Xiong Q, ZhaoYY. 2012. The proteomic study on cellular responses of the testes of zebrafish ( Danio rerio ) exposed to microcystin-RR. Proteomics 12: 300–312 22. Zhao YY, Xie P, Fan HH. 2012. Genomicprofiling of microRNAs and proteomics reveals an early molecular alterationassociated with tumorigenesis induced by MC-LR in mice. Environ Sci. Technol. 46:34–41
21332 次阅读|170 个评论
误区：滤食性鱼类一定能够控制蓝藻水华？
morrison 2009-9-2 10:08
控藻的方法有物理的、化学的、生物操纵以及机械除藻等。其中，利用滤食性鱼类鲢（ Hypophthalmichthys molitrix ）、鳙（ Aristichthys nobilis ）控制蓝藻水华被认为是一个有效的办法，并在很多水体开始广泛的实践 。但是从这些实践的效果来看，既有成功的 ， 也有不明显的 。因此怀疑者和反对者认为滤食性鱼类虽然可以抑制大型浮游植物的发展，但同时促进了小型浮游植物的发展，也抑制了大型浮游动物的发展 ，而且水体富营养化程度也并没有降低 。因而不利于水环境的改善。但这些似乎并没有妨碍利用滤食性鱼类控制蓝藻水华技术的广泛利用，相反逐渐形成一种定律： 只要是水体出现了蓝藻水华，放养滤食性鱼类就成了控制水华时当然的措施，并潜意识地认为滤食性鱼类一定能够控制蓝藻水华。这可能是一种思路上的误区 。其实湖泊所发生的蓝藻水华因水体环境不一样而出现了多种水华类型，如微囊藻型（太湖）、微囊藻＋鱼腥藻型（巢湖）、微囊藻＋束丝藻型（滇池）、微囊藻＋束丝藻＋鱼腥藻型（洱海）等。即使同样是微囊藻水华，不同湖泊其优势种类也不尽相同，而且各湖泊的优势种类也经常出现转换，如太湖的蓝藻水华优势群体在水华微囊藻( Microcystis flos-aquae )和铜绿微囊藻( M. aeruginosa )－惠氏微囊藻(M.wesenbergii)之间转换，而洱海多为束丝藻－鱼腥藻－微囊藻之间转换，其微囊藻多为绿色微囊藻( M viridis )、挪氏微囊藻( M. novacekii )和铜绿微囊藻。滇池多为束丝藻－微囊藻之间转换，而鱼腥藻也常见，其中微囊藻却多达10种 。总之，各湖泊的水华蓝藻种类组成并不完全相同。针对不同的蓝藻水华采用千篇一律的鱼类控藻治理方案，是否都能够取得成功？显然在不清楚滤食性鱼类是否完全能够摄食消化这些水华蓝藻种类的情况下，随意大规模引入这些鱼类，可能对水体生态系统的结构和功能产生严重的影响 ，其影响很可能比其它化学或物理变化更深远的 。 滤食性鱼类鲢鳙的食物包括浮游植物和浮游动物 。鲢鳙利用鳃耙、鳃耙网、腭皱、和鳃耙管构成的滤食器官滤食 ，能够有效地摄取大多数大型藻类和形成水华的蓝藻群体。鲢滤食的藻类大小为8-100m，鳙滤食的藻类大小为17-3000m 。尽管鲢鳙能够有效地滤食藻类，但鲢鳙的肠道由于肠液的pH值通常大于6，且缺乏纤维素酶，进而无法对浮游植物的纤维素细胞壁酸解和酶解 ，鲢鳙对藻类的消化主要发生在食道内，是依靠咽头齿的机械研碎作用 。因此鲢鳙对藻类的消化是有限的。在其所排泄的鱼粪中含有大量未被消化的藻类，有的形态依然完整，保持其细胞活性 。因此鱼粪也被称为假粪(pseudofaeces)。鱼粪中仍保持完整形态的各藻类数量比例因藻类属种的不同而存在差异 ，即经过鲢鳙摄食消化后，藻类细胞壁和胶被厚实的种类不容易被研碎和消化，在鱼粪中会保留更多的完整细胞，相反细胞壁和胶被薄的种类容易被研碎和消化，在鱼粪中完整细胞就会少些。但是一些对这种现象的研究，目前多停留在鲢鳙对各大类群藻类（例如蓝藻，绿藻，裸藻等）的消化的粗旷区分上 。除了少数对个别藻类的属间消化做了研究外 ，还缺乏对藻类各种更细分的消化差异研究。 推测导致滤食性鱼类对藻类消化利用产生差异的原因，可能是因为藻类形态和化学组分的差异。微囊藻是一类外具胶被的单细胞群体，包括10种 ，各种类的胶被厚薄以及坚硬不一致。惠氏微囊藻的胶被最厚且最坚实、绿色微囊藻次之、鱼害微囊藻( M. ichthyoblabe )最薄。水华微囊藻、铜绿微囊藻和史密斯微囊( M. smithii )藻介于绿色微囊藻和鱼害微囊藻之间。浮游的鱼腥藻( Anabana )是一类单丝体藻类，为螺旋状或直丝状，个别成束，如水华鱼腥藻( A. flos-aquae )为不规则卷曲、乌克兰鱼腥藻( A. ucrainica )为规则螺旋体、近亲鱼腥藻( A. affinis )则为束丝状群体。鱼腥藻很多种类无鞘，或具不明显的胶鞘。而束丝藻( Aphanizonmenon )则是成束或单一的丝状体，依沙束丝藻( A. issatschenkoi )和柔细束丝藻( A.gracile )为单丝状，水华束丝藻( A. flos-aquae )为束状。拉氏拟柱孢藻( Cylindrospermopsis raciborskii )为螺旋状或直丝状。由此可以看出，这些常见的水华蓝藻种类的胶鞘或有或无，或厚或薄，藻体或单丝或群体，或螺旋或直丝，形态千差万别。因此，鲢鳙对各藻类的消化无法一视同仁，出现了不同程度的差异。但这个推测需要严格的控制实验来验证。遗憾的是，一些消化实验所采用的藻种源于室内多年培养，其细胞形态早已变化，如微囊藻已经由野外的群体形态变为了单细胞，而单细胞藻比群体有利于鱼类消化，这对实验产生干扰，不能够反映自然条件下鱼类对藻类消化利用的真实情况。因此采用能够保持野外原始形态的藻种进行鱼类的消化实验十分重要和关键。 鲢鳙采用连续过滤浮游生物的方式进食，是其对藻类的不完全消化机制的一种适应性策略 。不完全消化策略的结果使得不易被消化的浮游植物种类被大量保留，容易被消化的种类却被逐渐减少。我们称这种现象为滤食性鱼类的 消化选择 （digesting selectivity）。这种消化选择的后果将会影响到利用滤食性鱼类控制蓝藻水华的直接效果，即滤食性鱼类的消化选择可能并不导致浮游植物总生物量下降。在容易被消化的种类逐渐减少的时候，其缺失的生态位将会被那些不易被消化的种类以及一些小型种类所占居，并迅速发展，平衡了总生物量的变动。如果我们只关注浮游植物的总生物量的变化，则可能会掩盖滤食性鱼类不能对难消化种类进行控制的事实，同时也会削弱对滤食性鱼类实际控藻能力的认识。因此， 滤食性鱼类的不完全消化策略导致的消化选择可能是影响目前在一些水体应用鱼类控藻效果不明显的一个很重要的隐蔽原因。 如果长时间保持这种消化选择的后果，使浮游植物向难消化的类群演替，可能最终会导致水体中浮游植物的种类组成发生改变，和影响到生态系统的结构和功能上的变化。 主要参考文献 1. 谢平.2003.鲢、鳙与藻类水华控制.北京：科学出版社. 2. 谢平.2007. 论蓝藻水华的发生机制从生物进化、生物地球化学和生态学的视点.北京：科学出版社. 3. 陆开宏，晏维金，苏尚安.2002富营养水体治理与修复的环境生态工程－利用明矾浆和鱼类控制桥墩水库蓝藻水华.环境科学学报，22:732-737. 4. 刘建康，谢平.1999. 揭开武汉东湖蓝藻水华消失之谜.长江流域资源与环境，8(3):312-319. 5.Smith D W. 1985. Biological control of excessive phytoplankton. growth and the enhancement of aquacultural production. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 42: 1940-1945. 6.Domaizon I, Devaux J. 1999. Experimental study of the impacts of silver carp on plankton communities of eutrophic Villerest reservoir (France). Aquatic Ecology, 33: 193-204. 7. 唐汇娟，谢平.2006. 围隔中不同密度鲢对浮游植物的影响.华中农业大学学报，25(3):277-280. 8. 张国华，曹文宣，陈宜瑜. 1997.湖泊放养渔业对我国湖泊生态系统的影响.水生生物学报，21(3):272-280. 9. 虞功亮, 宋立荣，李仁辉.2007.中国淡水微囊藻分类学研究－以滇池为例. 植物分类学报，45:353-358. 10.Omer-Cooper J. 1947.The Armstrong college zoological expedition to Siwa Oasis, (Lybyan Desent)1935. General Report Proc. Egypt.Acad.Sci., 3:1-53. 11． 倪达书，蒋燮治.1954.花鲢和白鲢的食料问题.动物学报.6(1):59-71. 12. 刘焕亮，崔和，李立萍，孙长铭，朱文慧.1992.鳙滤食器官胚后发育生物学的研究.大连水产学院学报，7:1-9. 13.Cremer M C, Smitherman R O. 1980. Food habits and growth of silver carp and bighead carp in cages and ponds. Aquaculture, 20:57-64. 14. 陆开宏，王扬才，蔡惠凤.2005. 2种摄藻鱼消化酶活性及消化器官组织形态比较研究.水利渔业，25(5):37-39,64. 15.Bitterlich G. 1985. Digestive enzyme patterns of two stomachless filter feeders silver carp, Hypophthalmichthys molitrix Val.,and bighead carp, Aristichthys nobilis Rich. J.Fish Biol., 27:102-112. 16. 董双林.1992.鲢、鳙摄食生物学的实验研究.青岛海洋大学（博士论文）. 17. Xie P, Liu J.2001.Practical success of biomanipulation using filter- feeding fish to control cyanobacteria blooms - a synthesis of decades of research and application in a subtropical hypereutrophic lake. The Scientific World, 1:337-356. 18. Xie P. 1999.Gut contents of silver carp, Hypophthalmichthys molitrix , and the disruption of centric Diatom, Cylotella, on passage through t he esophagus and intestine. Aquaculture, 180:295-305. 19. 朱蕙，邓文瑾.1983.鱼类对藻类消化吸收的研究()：鲢、鳙对微囊藻和裸藻的消化吸收.鱼类学论文集，3:77-91.
个人分类: 科研笔记|16280 次阅读|3 个评论
更多...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-5-25 05:31

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部