西浦博士新发现:太湖蓝藻“除藻剂”有秘密

2022-11-02

气渐渐热了起来,太湖蓝藻又成为苏锡常地区人们的“敏感神经”。
今年3月1日,新版的《江苏省太湖蓝藻暴发应急预案》开始执行。按照太湖蓝藻暴发的严重程度和影响范围,太湖蓝藻暴发分为重大事件、较大事件和一般事件三级。对应响应级别分别为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级。具体指挥机构由“省防控太湖蓝藻应急处置工作领导小组”变更为“太湖蓝藻暴发应急指挥部”,由省政府(I级事件、Ⅱ级事件)或者地方政府(Ⅲ级)组织成立;总指挥级别升级,重大事件和较大事件,分别由省长和分管副省长担任总指挥。

2007年无锡太湖“臭水”事件后,在地球上存在了30多亿年的蓝藻,引起了全社会的关注。10多年来,治理蓝藻一直是太湖水环境治理工作的焦点之一,人们想出各种办法试图控制蓝藻,例如,人工围堵打捞、投放食草性鱼类、“减氮控磷”降低水体富营养化程度,等等。

在治理蓝藻的各种手段中,有一种因为操作简便、效果直接而经常被采用,这种手段就是投放除藻剂。

然而,西交利物浦大学博士生张小凯的研究成果将颠覆对除藻剂的传统认知,他发现,除藻剂如果不谨慎使用,很可能成为蓝藻的“肥料”,更有可能造成比蓝藻暴发本身还严重的后果。

目前,该研究成果已发表于环境科学与生态学水资源领域的国际顶级期刊《Water Research》(《水研究》)上。这一成果对太湖治理将产生重要参考意义。

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蓝藻:有时候很臭,有时候“真香”
首先,插播一下有关蓝藻的一些常识。
1、蓝藻不是一“种”藻,而是一“门”藻。

在生物学的物种分类中,共有“界门纲目科属种”七个层级,其中,“界”的范围最大,然后范围逐级递减,“种”的范围最小。按照这种分类方法,小哥以及正在读这篇推文的粉丝们,属于“动物界脊索动物门哺乳纲灵长目人科人属智人种”。

而“蓝藻”,是原核生物界中的第二层级“门”级分类,细分到“种”的话,全世界已知的约2000种,中国已有记录的约900种。

2、蓝藻在地球上已经有33亿-35亿年的历史,是最早能够进行光合作用的物种,对氧气的形成起到至关重要的作用。

3、蓝藻不都是蓝绿色的。有少数种类的蓝藻含有较多的藻红素,藻体多呈红色,如生于红海中的一种蓝藻,名叫红海束毛藻,由于它含的藻红素量多,藻体呈红色,而且繁殖的也快,故使海水也呈红色,红海便由此而得名。

4、有些蓝藻是可以吃的。比如“地木耳”(又名“地皮菜”),属于蓝藻门下的念珠藻目念珠藻科念珠藻属,是一种味道鲜美、富含各种营养元素的食材;又如发菜,也属于蓝藻门下的念珠藻目念珠藻科念珠藻属,因为与“发财”谐音,而备受东南亚华侨、港澳台同胞以及广东、广西、福建等省人群的青睐,但因为发菜的开采对生态造成了严重破坏,国家在2000年就明令严禁发菜的采集、收购、加工、销售和出口。

5、在太湖流域多次暴发的,是蓝藻门色球藻纲色球藻目色球藻科微囊藻属。蓝藻暴发并非太湖流域的独有现象,近年来,云南昆明滇池、安徽巢湖、南昌青山湖,美国犹他湖、伊利湖等都出现过蓝藻暴发。蓝藻暴发时,会在水面形成一层蓝绿色而有恶臭味的浮沫,称为“水华”。

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今天是2020年4月27日。

除藻剂:蓝藻“杀手”还是蓝藻“肥料”?

张小凯,西交利物浦大学环境科学专业博士。

2016年,张小凯将博士论文的主题确定为“基于生物有效性的太湖有毒物质及营养物质的环境风险评估”,太湖蓝藻治理是其中一部分内容。

太湖治理是江苏省生态文明建设的标志性工程,太湖蓝藻爆发也是许多环境科学类学者的研究重点。一直以来,大部分学者都把重点放在氮和磷的研究上,国家对于太湖蓝藻的治理措施也是以“减氮控磷”为重点,而其他重金属或微量元素对藻类生长的影响常常被忽视。

通过与中科院太湖湖泊生态系统研究站合作,张小凯收集了太湖中藻类爆发最严重(3号站)、较为严重(13号站)以及不受藻类爆发影响(28号站)的三个站点的样本,在其中加入硼、铁、钴、铜、钼、氮和磷溶液,经培养后观察来研究这些微量元素是否会对藻类生长产生影响。

在研究中,张小凯特别关注了铜对蓝藻生长的影响,因为,市面上有很多以硫酸铜为主要成分的除藻剂,因为操作方便、效果直接,投放硫酸铜除藻剂在实际治理蓝藻时经常被使用。

取自28号站点的样本中的藻类群落结构,以硅藻为主,蓝藻较少。张小凯将样本分成多份,其中的一份同时加入铜、氮、磷,经过四天培养后,发现藻类群落结构变成以蓝藻为主了;而那些只加入氮和磷的样本,则没有出现这样的变化——这表明铜的加入,改变了藻类的群落结构,其中显著变化之一就是蓝藻增多。

张小凯介绍,铜实际上是蓝藻生长必要的微量元素之一,而现实中之所以把硫酸铜当成除藻剂来使用,是因为蓝藻生长虽然离不开铜,但过量的铜则会破坏其生物结构。

张小凯告诉小哥,在蓝藻暴发时,硫酸铜除藻剂作为应急手段来使用是可以的,“要注意的是,硫酸铜在刚刚投放时在局部水域形成了高浓度的铜离子,确实可以杀死一批蓝藻;但铜离子浓度稀释下降到一定的程度时,就又符合蓝藻的生长需求,成了它们的‘肥料’。我们还通过研究发现铜与铁的交互作用也会对藻类生长产生影响。所以,在使用硫酸铜作除藻剂时,必须谨慎。”

“使用硫酸铜除藻剂的副作用也不容忽视。”张小凯说,那就是,铜离子是无法自然降解的,会造成湖泊底泥的重金属超标,铜也会被水生生物摄取并在其体内富集,通过食物链进入人体后,会对人体健康产生危害,“从某种意义上来说,这比蓝藻的危害更严重。”

据了解,关于铜元素对太湖蓝藻生长的影响,也是张小凯博士论文《基于生物有效性的太湖有毒物质及营养物质的环境风险评估》的一部分。他近日已经顺利通过了博士论文答辩,答辩过程得到了西交利物浦大学和英国伦敦大学国王学院两位考官的高度赞扬。

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“治蓝”:总体框架下需因地制宜

2016年3月,张小凯来苏州求学,到现在他已经喝了4年多的太湖水,对太湖的研究,进一步加深了他对第二故乡母亲湖感情。


张小凯告诉小哥,太湖蓝藻生成高峰期主要是在夏季特别炎热的那段时期,再加上3个站点相距甚远,分别在太湖的北边、东北边以及东南边,因此即使是乘坐快艇,3个站点轮流取样下来,也要用去半天多时间。“一般我们会提前一天住在太湖附近,并做好采集准备。当天早上5点就要起来准备出发,这样半天就能完成取样,”张小凯说,“但是太湖蓝藻生成高峰那几天也是台风高发期,经常会碰到临时封湖的情况,只能干等太湖解封才能出发。


据悉,张小凯将继续对太湖水环境进行研究。

事实上, 在2007年无锡蓝藻事件发生后不久,中科院南京地理与湖泊研究所专家秦伯强等人就提出,太湖蓝藻的暴发,是太湖富营养化的重要指标,是太湖富营养化发展严重的一个表征。太湖的富营养化之所以如此严重,与流域上快速发展经济及其污水排放增加有关。人类的经济活动不光导致工业污染物排放增加;同时,农业生产中大量使用化学肥料代替有机肥料,使得大量的肥料流失,造成面源污染。而随着人们生活水平的提高,城市化进程的加快,生活用水量在逐年上升。这些污染,最终都流入湖泊中。此外,围垦湖滨湿地、围网养殖、河道和湖岸的水泥忖砌都会改变其生态功能而加重其富营养化的进程。

10多年来,苏州一直在努力对太湖水环境进行综合治理。2008年开始,东太湖实施退垦还湖、拆除围网等治理工程,大堤沿线生态也得到修复,去年,彻底清除了太湖里所有养大闸蟹的围栏。2014年,苏州在全国率先制定了《苏州市生态补偿条例》。近年来,苏州已累计投入生态补偿资金超过80亿元,而太湖流域的镇村是生态补偿资金获益最集中的地方。

然而,作为太湖水环境中最受瞩目的蓝藻问题,依然未能有效根治。

张小凯认为,治理蓝藻,总体上要立足于从源头控制污染物进入太湖,压降氮磷,修复生态环境,但在具体操作上,由于太湖不同地区藻类丰度/群落组成的多样性以及对养分的响应不同,因此,采用一刀切的藻类爆发管理方法对于太湖等复杂淡水环境系统可能是不合适的。

“蓝藻已经在地球上存在了数十亿年,从某种意义上说,它们就是水环境的一部分,”张小凯说,因此,治理蓝藻不是要彻底灭绝蓝藻,而是要阻止其暴发成灾,“治理蓝藻的过程可能会很漫长,但现在党和政府高度重视科发发展,努力实践‘绿水青山就是金山银山’,我相信,终究有一天,我们会和蓝藻和平共处、相安无事。”