两类蓝藻水华生态模型的动力学性态分析

中国太湖蓝藻水华发生的生态学机制研究
近年来中国太湖频繁出现蓝藻水华，给当地的生态环境和水资源带来了很大的
威胁。

为了探究这一问题，很多学者对太湖蓝藻水华发生的生态学机制进行了深入的研究。

首先，太湖水华形成的根本原因是水体富营养化，这一现象的产生是由于人类
活动和自然因素等多种因素综合作用的结果。

太湖周边的人口不断增多，随之而来的是大量的化学污染物、生活垃圾和废水排放。

这些垃圾和废水中包含了丰富的营养物质，如氮、磷等，这些养分在水中会转化为植物生长所需的有机物质，形成水体富营养化的现象。

其次，太湖水体富营养化的产生又加速了藻类生长的速度。

水华是以蓝藻为主的。

蓝藻是一种单细胞生物，其存在形式通常是细胞在水体中聚集，形成大量类似显微镜下观察到的绿色细胞。

太湖的富营养化使得水体中的营养物质含量非常高，对蓝藻的生长起到了极大的促进作用。

除此之外，太湖蓝藻水华的形成还与环境因素的影响有关。

在太湖生态系统中，夏季的气温和光照强度都非常高，这为蓝藻的生长创造了非常有利的环境条件。

此外，太湖的水体水动力学也非常重要，由于太湖的面积较大，因此水流运动较慢，这为蓝藻在水体中停留生长提供了足够的时间和空间。

总之，太湖蓝藻水华发生的生态学机制非常复杂，需要多个因素的综合作用才
能真正达到发生水华的程度。

因此，为了预防和治理水华问题，不仅需要从源头上控制污染物的排放，还需要综合考虑水文、生态、环境等因素，制定出一系列科学合理的管理办法，以达到最佳的治理效果。

第23卷　第11期2008年11月地球科学进展ADVANCES IN E ARTH SC I E NCEVol.23　No.11Nov.,2008文章编号:100128166(2008)1121115209湖泊蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究3吴庆龙1,谢　平2,杨柳燕3,高　光1,刘正文1,潘　纲4,朱本占5(1.中国科学院南京地理与湖泊研究所,湖泊与环境国家重点实验室,江苏　南京　210008;2.中国科学院水生生物研究所,淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北　武汉　430072;3.南京大学,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏　南京　210092;4.中国科学院生态环境研究中心,环境水质学国家重点实验室,北京　100085;5.中国科学院生态环境研究中心,环境化学与生态毒理学国家重点实验室,北京　100085)摘　要:湖泊具有供水、渔业、旅游、维持区域生态系统平衡等功能,是支撑我国经济和社会发展的重要资源之一。

但是近30年来,湖泊富营养化所导致的蓝藻水华频繁暴发,生态灾害事件频发,严重影响湖泊功能的发挥,制约区域经济可持续发展。

针对国家在保障区域水安全和生态安全、保护人民健康及建设和谐社会等方面的重大需求,国家重点基础研究发展计划项目“湖泊蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究”于2008年7月正式立项。

项目拟解决的关键科学问题包括:①湖泊蓝藻水华主要衍生污染物的形成机理、迁移转化规律和毒理效应;②蓝藻水华导致湖泊生态系统结构变化和功能退化的机理;③蓝藻水华生态灾害评估及调控机理。

针对上述科学问题,项目以蓝藻水华污染物的产生、湖泊生态系统结构与功能的响应以及生态灾害的评估与调控为研究主线,重点开展以下几个方面的研究:①蓝藻水华衍生污染物的产生及其环境过程;②蓝藻水华衍生污染物的毒理效应与生态和健康风险;③蓝藻水华导致湖泊生态系统结构变化与功能退化的关键过程和机制;④蓝藻水华灾害治理和调控的的技术原理和途径。

收稿日期：2022-04-01修回日期：2022-09-30基金项目：国家自然科学基金(41901135；U21A2039)；长江科学院开放基金(CKWV2019770/KY)；湖北省教育厅项目(Q20191303)。

作者简介：李滔,1998年生,男,硕士研究生,研究方向为水环境与水生态。

E-mail:***************通信作者：杨军,1986年生,男,副教授,主要从事水环境与水生态、浮游植物和湿地水体修复研究。

E-mail:junyang2@湖北长湖蓝藻季节动态及其驱动因子分析李滔1，章叶飞1，王海艳1，熊勤学1,2，张露1，习小杰1，陈如1，刘章勇1,2，朱建强1,2，杨军1,2（1.长江大学农学院，湖北荆州434025；2.长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北荆州434025）摘要：长湖是调控长江中游地区生态平衡重要的湿地生态系统，为了解长湖蓝藻季节动态并进一步探究蓝藻与环境因子的相关关系，根据其湖形特征设置5个采样点，于2020年4月至2021年3月对长湖蓝藻及水环境进行了逐月采样调查与分析。

结果显示，调查期间共检出蓝藻18种（属），主要优势种为棒胶藻属（Rhabdogloea sp.）、惠氏微囊藻（Microcystis wesenbergii ）和假鱼腥藻属（Pseudanabaena sp.）。

二维非度量多维尺度（NMDS ）分析显示，长湖蓝藻生物量季节变化明显，5、6、8月的蓝藻生物量较高，为6.88~15.50mg/L ，占浮游植物总生物量的24.0%~43.8%；冬季和初春较低，为0.13~0.29mg/L ，占浮游植物总生物量的0.5%~2.8%。

逐步回归分析显示，气温、气压、总磷、降雨量和溶解氧是影响蓝藻的重要因子，共解释了蓝藻生物量变化的70.0%。

结构方程模型展示了环境因子与蓝藻生物量的关系，气温和溶解氧的上升可促进蓝藻生长，而气压、总磷和降雨量正好相反，环境因子可直接或间接地通过改变湖泊的湖沼学特征影响蓝藻生物量。

科技成果——浅水湖泊蓝藻水华聚集动态模拟和预警技术技术开发单位环保部南京所适用范围技术适用于中、小型湖泊水体的蓝藻水华预测预警成果简介本研究基于重污染区域内的实时水环境自动监测数据以及水文气象、水下地形、遥感影像等资料，通过构建综合考虑水动力条件、气象条件、营养盐条件和底泥影响的水质蓝藻预测预警模型，并使用长时间序列、大量而又系统的实测资料进行模型的参数率定，实现在太湖重污染区的水质和蓝藻水华的初步业务化预测预警。

工艺流程1、数据采集与模型计算网格划分：根据水体基本水动力和水质特征，选取模型所需要使用的水动力子模块、浮游植物生态子模块等，并完成模型构建的准备工作。

2、模型构建与求解：在第一阶段研究工作的基础上建立浅水湖泊二维水动力和物质输移的基本方程，将浮游植物生态学机理中较为成熟的动力学方程耦合到物质输移方程的源汇项，建立起综合考虑水动力条件、气象条件、营养盐条件和底泥影响的蓝藻生消模型，并运用有限体积法对构建的模型进行求解。

3、使用实测资料进行模型的参数率定，并进行模型的验证计算，最后在计算的各项结果达到一定精度的条件下将模型应用于蓝藻水华的预测预警。

关键技术该技术基于浅水湖泊二维水动力和物质输移的基本方程，将浮游植物生态学机理中较为成熟的动力学方程耦合到物质输移方程的源汇项，建立起综合考虑水动力条件、气象条件、营养盐条件和底泥影响的蓝藻生消模型，并运用有限体积法对构建的模型进行求解。

应用情况太湖梅梁湾藻华预测预警模型及相关算法在《太湖重污染区水环境风险评估预警技术研发综合运用示范》系统中实现，目前，已经应用在江苏省环保厅的太湖蓝藻藻华日常预测和预警工作中。

典型案例（一）项目概况将浮游植物生态学机理中较为成熟的动力学方程耦合到物质输移方程的源汇项，构建了综合考虑水动力条件、气象条件、营养盐条件和底泥影响的二维水动力学模型耦合浮游植物生态学模型的蓝藻生消模型，整合模型以及遥感监测系统和在线监测系统，构建了太湖重污染区水环境风险评估预警平台，实现了浅水湖湾氮、磷污染源源解析与总量估算。

蓝藻水华暴发过程中的浮力调节机制
蓝藻水华暴发是由于蓝藻数量迅速增多，导致水体中的藻类浓度达到大量的程度。

在蓝藻水华暴发过程中，浮力调节是一个重要的机制。

蓝藻是一种厌氧菌，它们通常生长在水体中的表层，因为此处的光照和温度最适合它们的生长。

蓝藻细胞通常具有气泡负责浮力调节。

这些气泡受到蓝藻细胞内部产生的气体（如甲烷）的控制，并通过调整气泡的大小和数量，调节蓝藻细胞在水中的浮力。

在蓝藻水华暴发过程中，由于蓝藻数量迅速增多，细胞密度很高，会导致蓝藻细胞产生更多的气泡，以增加细胞的浮力。

这些气泡可以使蓝藻细胞浮在水体表面，从而获得更多的光合作用和光照，进一步促进蓝藻的生长。

然而，过高的浮力会导致水体中的蓝藻水华聚集在水体表面，形成大规模的藻类堆积，严重影响水体生态系统的平衡。

此时，浮力调节机制可能会失效，光照不足、温度变化等因素可能导致蓝藻细胞死亡并沉入水体底部。

这种死亡和沉积的蓝藻细胞会消耗水体中的氧气，导致水体缺氧，破坏水生生态系统的稳定性。

因此，了解和控制蓝藻水华暴发过程中的浮力调节机制，对于保护水体生态环境具有重要意义。

通过合理管理水体养分、控制蓝藻细胞密度等措施，可以减少蓝藻水华的暴发，并维持水体的健康和稳定。

２０１０ ２０２１年巢湖蓝藻水华暴发的动态变化规律及驱动因素分析高芮，陈希子，钱圆，钱华㊀（安徽省巢湖管理局湖泊生态环境研究院，安徽合肥２３８０００）摘要㊀为了解巢湖蓝藻水华暴发的动态变化规律及其影响因素，基于２０１０ ２０２１年巢湖水华暴发面积㊁频次㊁藻密度及叶绿体ａ含量，分析了巢湖近１０年蓝藻水华暴发的动态变化规律㊂结果表明，巢湖蓝藻在每年４ ９月增殖较快，巢湖蓝藻水华暴发面积在２０１０ ２０１８年呈上升趋势，２０１８年达４３４ｋｍ２，为巢湖蓝藻水华暴发的拐点，此后水华面积下降㊂２０１７ ２０２１年巢湖藻密度稳中有降，水华面积呈下降趋势，但水华暴发频次未见减少㊂基于近１０年巢湖营养盐浓度㊁气温㊁水位㊁降雨量㊁日照时数数据与蓝藻水华暴发面积的相关分析表明，氮㊁磷营养盐是诱发巢湖藻类增殖的主要原因，气温㊁降雨量㊁日照时数㊁水位等气象水文因子为巢湖蓝藻水华暴发的驱动因素㊂关键词㊀巢湖；蓝藻水华；动态变化；驱动因素中图分类号㊀Ｘ５２４㊀㊀文献标识码㊀Ａ㊀㊀文章编号㊀０５１７－６６１１（２０２３）１８－００６９－０５ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２３．１８．０１６㊀㊀㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：ＡｎａｌｙｓｉｓｔｏＤｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅｓａｎｄＤｒｉｖｉｎｇＦａｃｔｏｒｓｏｆＣｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａＢｌｏｏｍｓｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅｆｒｏｍ２０１２ｔｏ２０２１ＧＡＯＲｕｉ，ＣＨＥＮＸｉ⁃ｚｉ，ＱＩＡＮＹｕａｎｅｔａｌ㊀（ＬａｋｅＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｎｈｕｉＣｈａｏｈｕＭａｎａｇｅｍｅｎｔＢｕｒｅａｕ，Ｈｅｆｅｉ，Ａｎｈｕｉ２３８０００）Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀ＴｏｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅｓａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｂｌｏｏｍｓｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅ，ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅｓｏｆｃｙａｎｏｂａｃ⁃ｔｅｒｉａｂｌｏｏｍｓｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅｉｎｔｈｅｐａｓｔ１０ｙｅａｒｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｗａｔｅｒｂｌｏｏｍａｒｅａ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ａｌｇａｌｄｅｎｓｉｔｙ，ａｎｄｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｃｏｎｔｅｎｆｒｏｍ２０１０ｔｏ２０２１．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｂｌｏｏｍｓｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｅｆａｓｔｅｒｆｒｏｍＡｐｒｉｌｔｏＳｅｐｔｅｍｂｅｒｅａｃｈｙｅａｒ，ａｎｄｔｈｅａｒｅａｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｂｌｏｏｍｓｓｈｏｗｅｄａｎｕｐｗａｒｄｔｒｅｎｄｆｒｏｍ２０１０ｔｏ２０１８，ｗｉｔｈａｔｏｔａｌａｒｅａｏｆ４３４ｋｍ２ｉｎ２０１８，ａｓａｔｕｒｎｉｎｇｐｏｉｎｔｏｆｔｈｅｏｕｔｂｒｅａｋｏｆｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｂｌｏｏｍｓｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅ．Ｆｏｌｌｏｗｅｄ，ｔｈｅａｒｅａｏｆｔｈｅｂｌｏｏｍｓｈａｓｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｆｒｏｍ２０１７ｔｏ２０２１，ｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆａｌｇａｅｓｔｅａｄｉｌｙｄｅ⁃ｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｒｅａｏｆａｌｇａｅｈａｓｓｈｏｗｎａｄｏｗｎｗａｒｄｔｒｅｎｄ，ｂｕｔｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｂｌｏｏｍｓｏｕｔｂｒｅａｋｓｈａｓｎｏｔｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｂｅｔｗｅｅｎｎｕｔｒｉｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗａｔｅｒｌｅｖｅｌ，ｒａｉｎｆａｌｌ，ｓｕｎｓｈｉｎｅｈｏｕｒｓｄａｔａｉｎｔｈｅｐａｓｔ１０ｙｅａｒｓａｎｄｔｈｅｏｕｔ⁃ｂｒｅａｋａｒｅａｏｆｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｂｌｏｏｍｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｎｅｄｔｈａｔｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｎｕｔｒｉｅｎｔｓａｒｅｔｈｅｍａｉｎｃａｕｓｅｓｏｆｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｂｌｏｏｍｓｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅ，ａｎｄｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒａｉｎｆａｌｌ，ｓｕｎｓｈｉｎｅｈｏｕｒｓ，ａｎｄｗａｔｅｒｌｅｖｅｌａｒｅｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｆｏｒｔｈｅｏｕｔｂｒｅａｋｏｆｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｂｌｏｏｍｓｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀ＣｈａｏｈｕＬａｋｅ；Ｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｂｌｏｏｍｓ；Ｄｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅｓ；Ｄｒｉｖｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ基金项目㊀国家自然科学基金面上项目（５２０７００６３）㊂作者简介㊀高芮（１９８４ ），男，安徽庐江人，高级工程师，硕士，从事流域水环境治理和湖泊蓝藻水华防控研究㊂收稿日期㊀２０２３－０５－３０㊀㊀蓝藻是淡水湖泊中较常见的浮游植物种类，在适宜的气象条件和营养盐浓度下，就会暴发性地生长，形成蓝藻水华［１］㊂蓝藻水华导致水质恶化，继而破坏湖泊生态系统结构，引起水生态系统功能退化，造成严重的生态环境风险或直接的环境污染［２－３］㊂因此，掌握巢湖蓝藻水华的动态变化特征，对控制水华及建立预警机制㊁评价蓝藻生态环境风险㊁研究蓝藻水华暴发的原因非常重要㊂巢湖蓝藻水华历史悠久，可以追溯到１９世纪末㊂据生长在巢湖周边群众反映，当地人沿巢湖一带每年捞取数百万担蓝藻作为农田肥料，称之为 巢湖之宝，禾苗之父 ［４］㊂随着湖泊营养盐的累积，巢湖蓝藻水华自２０世纪８０年代逐渐加剧，至２０世纪９０年代初期，进入到蓝藻水华历史上的高峰期；自２００５年，大规模水华发生的频度由原先集中在６月，发展至目前１ １１月均有发生；从暴发范围上，从原先主要集中于西半湖，发展至目前扩延到东半湖龟山一带的全湖性水华暴发［５］㊂蓝藻水华的发生使得巢湖的生态服务功能和价值减弱，制约了区域社会经济可持续发展，因此有必要开展巢湖蓝藻水华近年来的动态变化特征研究㊂蓝藻水华暴发是湖泊受物理㊁化学㊁生物等因素综合影响的结果㊂一方面为内在因素，如较高的湖泊富营养化状态是蓝藻水华发生的根本原因，包括藻类生长需要的营养物质㊁藻类自身的生理结构［６］㊂另外一方面为外在因素，如在营养盐充足的情况下，环境因素对蓝藻水华的暴发和扩散起到重要作用［６－８］，如风速㊁温度㊁降水等气象条件对蓝藻水华暴发有不容忽视的影响［９－１０］㊂因此，有必要开展巢湖蓝藻水华暴发的驱动力因素研究，可结合风力㊁降雨㊁温度等环境条件，来提前预测巢湖蓝藻水华暴发现象，便于采取相关对策㊂该研究对２０１０ ２０２２年巢湖蓝藻水华的时空变化特征进行分析，并进一步探究巢湖蓝藻水华暴发与气象因素间的响应关系，为巢湖蓝藻水华的预测预警及控制提供参考㊂１㊀材料与方法１．１㊀数据来源㊀为保证长序列数据分析的科学性和代表性，蓝藻水华监测数据采用２０１０ ２０２１年安徽省巢湖管理局环境保护监测站对巢湖湖区的蓝藻应急监测数据，如藻密度均值㊁叶绿素ａ浓度均值㊁ｐＨ㊁ＤＯ㊁ＣＯＤＭｎ㊁氨氮㊁总磷㊁总氮；采用生态环境部卫星环境应用中心‘巢湖水华遥感监测日报“数据来统计２０１０ ２０２１年巢湖蓝藻水华暴发频次㊁累积面积；累积气温㊁日降雨量及日照时数等气象数据采用巢湖湖区航标气象站自动监测数据；水文数据水位采用巢湖中庙水文站自动监测数据㊂所有自动监测数据经人工清洗后使用㊂１．２㊀分析方法㊀采用Ｏｒｉｇｉｎ２０２３软件对试验数据处理分析及作图；使用ＳＰＳＳ软件进行藻类指标与营养盐指标的Ｐｅｒｓｏｎ相关性分析；使用Ｅｘｃｅｌ进行Ｃｈｌａ与ＴＮ的相关性作图㊂安徽农业科学，Ｊ．ＡｎｈｕｉＡｇｒｉｃ．Ｓｃｉ．２０２３，５１（１８）：６９－７３㊀㊀㊀２㊀结果与分析２．１㊀２０１０ ２０２１年藻类密度㊁叶绿色ａ浓度的年际㊁月度变化特征㊀图１（ａ）显示，２０１０ ２０２１年巢湖藻密度均值在２７７ １０４９万个／Ｌ，最大值出现在２０１５年，最小值出现在２０２１年㊂从总体趋势来看，巢湖蓝藻水华程度呈现先上升后下降趋势，峰值出现在２０１５年；２０１７ ２０２１年巢湖藻密度稳中有降，水华程度有所好转㊂图１（ｂ）统计２０１０ ２０２１年巢湖蓝藻应急监测期间各月的藻密度及叶绿素ａ均值可以发现，藻密度和叶绿素均呈先上升后下降的变化过程，其中叶绿素在６月份相对较高，藻密度在８月份相对较高㊂根据蓝藻生长阶段理论，４月㊁５月是蓝藻开始复苏生长的季节，４ ８月藻类生物量不断累积，至８月份藻类生物量达到极值，９月开始藻类进入消亡期，藻类生物量逐渐降低［５，１１］，可知该研究结果是符合蓝藻生长阶段理论的㊂图１㊀２０１０ ２０２１年巢湖蓝藻水华藻密度年际变化（ａ）与藻类密度㊁叶绿素ａ年际月均变化（ｂ）Ｆｉｇ．１㊀Ｉｎｔｅｒａｎｎｕａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆａｌｇａｌｄｅｎｓｉｔｙｉｎｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｂｌｏｏｍ（ａ）ａｎｄｉｎｔｅｒａｎｎｕａｌａｎｄｍｏｎｔｈｌｙｃｈａｎｇｅｓｉｎａｌｇａｌｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｃｈｌｏｒｏ⁃ｐｈｙｌｌａ（ｂ）ｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅｆｒｏｍ２０１０ｔｏ２０２１２．２㊀２０１０ ２０２１年巢湖水华暴发频次㊁累积面积变化特征㊀由生态环境部卫星环境应用中心的水华遥感监测数据可知，巢湖蓝藻水华出现的次数与累积面积呈较大幅度波动，其中２０１１㊁２０２１年出现的次数较少，２０１１㊁２０１３年累积面积较小［１２］㊂图２㊀２０１０ ２０２１年巢湖蓝藻水华年际累积暴发面积㊁次数（ａ）与最大㊁平均暴发面积线性拟合（ｂ）Ｆｉｇ．２㊀Ｉｎｔｅｒａｎｎｕａｌｃｈａｎｇｅｓｉｎａｒｅａａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄｏｕｔｂｒｅａｋｏｆｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｂｌｏｏｍｓ（ａ）ａｎｄｌｉｎｅａｒｆｉｔｔｉｎｇｏｆｍａｘｉｍｕｍａｎｄａｖ⁃ｅｒａｇｅｏｕｔｂｒｅａｋａｒｅａｓ（ｂ）ｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅｆｒｏｍ２０１０ｔｏ２０２１㊀㊀自２０１０年以来，巢湖蓝藻水华发生的最大面积呈逐渐增加趋势㊂２０１８年发生近１０年来最大面积水华，水华发生面积达到４３４ｋｍ２，其次是２０１５年，最大水华发生面积为３２２ｋｍ２（图２）㊂从２０１０ ２０２１年的蓝藻水华规模统计结果来看，２０１８年是蓝藻水华最严重的年份，蓝藻水华暴发次数㊁最大暴发面积㊁累积暴发面积㊁平均暴发面积均出现在该年；２０１１年是蓝藻水华情况较好的年份，其中水华暴发次数㊁累积暴发面积均最小，最大暴发面积和平均暴发面积相对较小㊂总体来看，巢湖水华发生规模呈上升趋势，分阶段来看，２０１８年是巢湖蓝藻水华暴发的拐点，近年来总体规模呈下降趋势，但暴发频次未见减少［１３］㊂２．３㊀巢湖蓝藻水华驱动因素分析２．３．１㊀营养盐㊂从２０１０ ２０２１年叶绿素ａ与各营养盐指标的多年月均变化情况分析可知（图３），氨氮和总氮从５月份开始呈下降趋势，１０月份开始呈上升趋势，与叶绿素变化趋势相反，藻类的生长需要吸收水体中的营养盐物质，形成一种生物富集效应［１１］，因而除了随气温升高，水体生物脱氮和水体反硝化脱氮能力增强外，藻类的生长同样会影响水体中营养盐的含量，藻类生长导致水体中含氮营养盐浓度降低［１２］㊂与水体中总氮及氨氮含量变化趋势不同，高锰酸盐指数和总磷从５月份开始呈上升趋势，１０月份开始呈下降趋势，与叶绿素变化趋势相同［１４］㊂巢湖为浅水湖泊，水体随风浪影响扰动大，理化条件的改变会很容易传导至巢湖底质上０７㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２３年图３㊀巢湖营养盐月均变化Ｆｉｇ．３㊀ＭｏｎｔｈｌｙａｖｅｒａｇｅｃｈａｎｇｅｓｉｎｎｕｔｒｉｅｎｔｓｓａｌｔｓｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅ覆水［１３］㊂由于上覆水ｐＨ升高以及水体中总磷的生物富集，使得水体对底泥中的磷存在一种 泵吸作用 ，即底泥中磷的释放，导致水体总磷浓度上升［１５］㊂㊀㊀表１ ３分别采用２００８年至２０２１年６月巢湖东西半湖及全湖的区域均值㊁各点位单次监测值㊁水温２５ħ以上的单次监测值，用Ｐｅｒｓｏｎ相关性分析方法，来判别藻类生长与各环境因子之间的相互关系㊂分析表明，水体中ｐＨ㊁ＤＯ与叶绿素ａ和藻密度呈显著正相关，说明藻类生长过程中藻类光合作用有利于水体中溶解氧的恢复，ｐＨ也随之上升［１４］㊂叶绿素ａ与水体中ＣＯＤＭｎ㊁藻密度呈显著相关性，说明水体中ＣＯＤＭｎ主要来源于藻类生长产生的有机质㊂表１㊀巢湖藻类指标与营养盐指标区域均值矩阵Ｔａｂｌｅ１㊀ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘｂｅｔｗｅｅｎａｌｇａｅｉｎｄｅｘｅｓａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｉｎｄｅｘｅｓｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅ指标ＩｎｄｅｘｐＨＤＯＣＯＤＭｎ氨氮ＮＨ３⁃Ｎ总磷ＴＰ总氮ＴＮ叶绿素ａＣｈｌａＤＯ０．６７４∗ＣＯＤＭｎ０．２９１∗０．２９９∗氨氮ＮＨ３⁃Ｎ－０．２９４∗－０．２３７∗０．１０３∗总磷ＴＰ０．０９１∗０．０４１０．３３３∗０．４３８∗总氮ＴＮ－０．１７０∗－０．０８０∗０．１６８∗０．６３６∗０．４７１∗叶绿素ａＣｈｌａ０．１０５∗０．１５５∗０．２７６∗０．２６３∗０．２９７∗０．２５１∗藻类密度Ａｌｇａｌｄｅｎｓｉｔｙ０．３２０∗０．３４５∗０．３７２∗０．０１６０．２０３∗０．１０１∗０．５１５∗㊀注：∗表示在０．０５水平相关性显著；ｎ＝９１０㊂㊀Ｎｏｔｅ：∗ｉｎｄｉｃａｔｅｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｔｔｈｅ０．０５ｌｅｖｅｌ；ｎ＝９１０．表２㊀巢湖藻类指标与营养盐指标单次监测结果矩阵Ｔａｂｌｅ２㊀ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘｏｆｓｉｎｇｌｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｌｇａｅａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｉｎｄｉｃｅｓｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅ指标ＩｎｄｅｘｐＨＤＯＣＯＤＭｎ氨氮ＮＨ３⁃Ｎ总磷ＴＰ总氮ＴＮ叶绿素ａＣｈｌａＤＯ０．６００∗ＣＯＤＭｎ０．２３６∗０．２１２∗氨氮ＮＨ３⁃Ｎ－０．２２０∗－０．１７２∗０．１９１∗总磷ＴＰ０．０９０∗－０．００８０．４２６∗０．４３０∗总氮ＴＮ－０．１８１∗－０．０８１∗０．２２２∗０．７００∗０．４１０∗叶绿素ａＣｈｌａ０．１４４∗０．１３６∗０．３４０∗０．１４２∗０．２７２∗０．１５５∗藻类密度Ａｌｇａｌｄｅｎｓｉｔｙ０．２９７∗０．３２１∗０．３４３∗０．０１７０．１８８∗０．０６３∗０．５６５∗㊀注：∗表示在０．０５水平相关性显著；ｎ＝７０５５㊂㊀Ｎｏｔｅ：∗ｉｎｄｉｃａｔｅｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｔｔｈｅ０．０５ｌｅｖｅｌ；ｎ＝７０５５．表３㊀巢湖藻类指标与营养盐指标单次监测结果矩阵（水温＞２５ħ）Ｔａｂｌｅ３㊀ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘｏｆｓｉｎｇｌｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｌｇａｅｉｎｄｉｃｅｓａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｉｎｄｉｃｅｓｉｎＣｈａｏｈｕＬａｋｅ（ｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ＞２５ħ）指标ＩｎｄｅｘｐＨＤＯＣＯＤＭｎ氨氮ＮＨ３⁃Ｎ总磷ＴＰ总氮ＴＮ叶绿素ａＣｈｌａＤＯ０．６６０∗ＣＯＤＭｎ０．２４７∗０．２８０∗氨氮ＮＨ３⁃Ｎ－０．１７７∗－０．１３５∗０．１８７∗总磷ＴＰ０．１０２∗０．０７０∗０．４１３∗０．４５２∗总氮ＴＮ－０．１１１∗－０．０３４∗０．２５３∗０．６２０∗０．４７７∗叶绿素ａＣｈｌａ０．１４３∗０．１７４∗０．３５０∗０．１７０∗０．２７２∗０．１９８∗藻类密度Ａｌｇａｌｄｅｎｓｉｔｙ０．２８９∗０．３５４∗０．３３７∗０．０２６０．１７９∗０．１０４∗０．５６７∗㊀注：∗表示在０．０５水平相关性显著；ｎ＝４２９４㊂㊀Ｎｏｔｅ：∗ｉｎｄｉｃａｔｅｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｔｔｈｅ０．０５ｌｅｖｅｌ；ｎ＝４２９４．㊀㊀进一步筛选数据，选取水温＞２５ħ㊁藻密度＞２００万个／Ｌ时各指标监测值，取对数分析，结果见图４㊂ｌｎ（Ｃｈｌａ）与ｌｎ（ＴＮ）㊁ｌｎ（ＴＰ）的正相关性表明了氮㊁磷营养盐是诱发藻类增殖的主要原因㊂２．３．２㊀气象因素㊂对巢湖气象数据进行分析，发现２０１０ ２０２１年水华发生时对应的气温往往高于１３ħ㊂将气温超过１３ħ日均气温累加，作为适于巢湖蓝藻水华发生的活动积温，可以看出巢湖年累积气温和高于１３ħ气温的年出现天１７５１卷１８期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀高芮等㊀２０１０—２０２１年巢湖蓝藻水华暴发的动态变化规律及驱动因素分析数均呈显著增长趋势（图５），这与前文分析的蓝藻水华规模总体趋势一致，表明巢湖蓝藻水华发生面积增大可能受全球气候变暖的影响［１６］㊂图４㊀ｌｎ（Ｃｈｌａ）与ｌｎ（ＴＮ）㊁ｌｎ（ＴＰ）的相关性Ｆｉｇ．４㊀Ｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｌｎ（Ｃｈｌａ），ｌｎ（ＴＮ）ａｎｄｌｎ（ＴＰ）图５㊀２０１０ ２０２１年巢湖站高于１３ħ的累积气温及高于１３ħ出现天数Ｆｉｇ．５㊀Ｔｈｅｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｂｏｖｅ１３ħａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｄａｙｓａｂｏｖｅ１３ħｉｎＣｈａｏｈｕＳｔａｔｉｏｎｆｒｏｍ２０１０ｔｏ２０２１㊀㊀将２０１０年以来巢湖每年最大面积水华发生时间的前半个月的日降雨量及日照时数进行分析发现，最大面积水华发生前半个月基本均有集中降雨或暴雨事件（图６），推测可能是集中降雨造成的污染物集中入湖导致藻类的大量繁殖从而形成水华；另外还存在大面积水华发生前半个月无集中降雨或暴雨情况，但由图６可知，该种情况下水华发生前半个月基本都对应长时间的日照，适宜的光照条件加上适宜的温度也非常有利于蓝藻水华的形成［１７］㊂图６㊀２０１０ ２０２１年巢湖最大面积水华发生前半个月对应的日降雨量及日照时数变化Ｆｉｇ．６㊀ＣｈａｎｇｅｏｆｄａｉｌｙｒａｉｎｆａｌｌａｎｄｓｕｎｓｈｉｎｅｄｕｒａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆｉｒｓｔｈａｌｆｍｏｎｔｈｏｆｔｈｅｌａｒｇｅｓｔａｒｅａｏｆｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｂｌｏｏｍｓｉｎＣｈａ⁃ｏｈｕＬａｋｅｆｒｏｍ２０１０ｔｏ２０２１２．３．３㊀水文㊂除气象㊁水质因素外，影响蓝藻水华发生强度及空间分布的还包括水位过程㊁湖泊换水周期等［１８］㊂２０１０ ２０２１年，巢湖最高水位为１３．４３ｍ，发生在２０２０年７月２２日，最低水位为８．１３ｍ，发生在２０１７年２月２１日，二者相差５．３０ｍ，水位变幅较大（图７）㊂对比历年蓝藻水华面积可以发现，每年水位峰值过后，都会出现较为密集的蓝藻水华现象㊂这主要是因为水位峰值一般出现在汛期，持续降雨导致大量外源污染物汇入，加之持续高温，在静风条件下蓝藻水华极易暴发［１９］㊂２７㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２３年图７㊀巢湖水位变化情况Ｆｉｇ．７㊀ＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒｒｅａｃｈｅｓｏｆＣｈａｏｈｕＳｌｕｉｃｅ３㊀结论与展望（１）２０１０ ２０１８年，巢湖蓝藻水华发生规模总体呈上升趋势㊂但是，２０１８年是巢湖蓝藻水华暴发的拐点，２０１８年巢湖水华发生面积达到４３４ｋｍ２，此后水华面积下降㊂２０１７ ２０２１年巢湖藻密度稳中有降，水华面积呈下降趋势，但水华暴发频次未见减少㊂巢湖蓝藻在每年４ ９月增殖较快㊂（２）Ｐｅｒｓｏｎ分析表明叶绿素ａ㊁藻密度与巢湖高锰酸盐指数㊁总磷㊁氨氮㊁总氮浓度显著相关㊂在水温＞２５ħ㊁藻密度＞２００万个／Ｌ条件下，２０１０ ２０２１年Ｃｈｌａ浓度对数值与ＴＮ㊁ＴＰ浓度对数值呈正相关性，表明氮㊁磷营养盐是诱发巢湖藻类增殖的主要原因㊂（３）２０１０ ２０２１年巢湖水华发生时，大气气温在１３ħ以上㊂巢湖年累积气温㊁气温高于１３ħ的年天数㊁水华发生前半个月的降雨量㊁年日照时数㊁水位变化趋势与巢湖蓝藻水华面积动态变化趋势一致，表明气温㊁降雨量㊁日照时数㊁水位均与巢湖蓝藻水华暴发有关㊂结合巢湖水体营养盐浓度，温度㊁降雨㊁水位等条件，可提前对巢湖局部水体区域的水华暴发趋势进行预测，便于巢湖环境管理部门采取相关对策与应急措施，减轻水华危害，这对巢湖水污染防治及周边生态平衡保护具有积极作用㊂参考文献［１］徐颢溪．巢湖蓝藻水华现象诱因及其治理措施［Ｊ］．滁州学院学报，２０２０，２２（２）：６－９．［２］胡旻琪，张玉超，马荣华，等．巢湖２０１６年蓝藻水华时空分布及环境驱动力分析［Ｊ］．环境科学，２０１８，３９（１１）：４９２５－４９３７．［３］苟婷，马千里，王振兴，等．龟石水库夏季富营养化状况与蓝藻水华暴发特征［Ｊ］．环境科学，２０１７，３８（１０）：４１４１－４１５０．［４］土壤农化教研组，陆艾五．巢湖湖靛的调查研究初报［Ｊ］．安徽农学院学报，１９５９（２）：９１－９９．［５］孔繁翔，高光．大型浅水富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理的思考［Ｊ］．生态学报，２００５，２５（３）：５８９－５９５．［６］蒋晨韵，唐晓先，王璨，等．气象因子对巢湖水源地蓝藻水华暴发的影响［Ｊ］．江苏农业科学，２０１９，４７（１０）：２８１－２８６．［７］吴珺，李浩，曹德菊，等．巢湖东半湖蓝藻水华暴发时空动态及成因［Ｊ］．农业环境科学学报，２０１３，３２（１０）：２０３５－２０４１．［８］于洋，彭福利，孙聪，等．典型湖泊水华特征及相关影响因素分析［Ｊ］．中国环境监测，２０１７，３３（２）：８８－９４．［９］李加龙，罗纯良，吕恒，等．２００２ ２０１８年滇池外海蓝藻水华暴发时空变化特征及其驱动因子［Ｊ］．生态学报，２０２３，４３（２）：８７８－８９１．．［１０］范裕祥，金社军，周培，等．巢湖蓝藻水华分布特征和气象条件分析［Ｊ］．安徽农业科学，２０１５，４３（４）：１９１－１９３，１９８．［１１］ＰＥＴＴＥＲＳＳＯＮＫ，ＨＥＲＬＩＴＺＥ，ＩＳＴＶÁＮＯＶＩＣＳＶ．ＴｈｅｒｏｌｅｏｆＧｌｏｅｏｔｒｉｃｈｉａｅｃｈｉｎｕｌａｔａｉｎｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｆｒｏｍｓｅｄｉｍｅｎｔｓｔｏｗａｔｅｒｉｎＬａｋｅＥｒｋｅｎ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｂｉｏｌｏｇｉａ，１９９３，２５３（１）：１２３－１２９．［１２］黄钰铃，陈明曦，刘德富，等．不同氮磷营养及光温条件对蓝藻水华生消的影响［Ｊ］．西北农林科技大学学报（自然科学版），２００８，３６（９）：９３－１００．［１３］朱广伟，秦伯强，高光．风浪扰动引起大型浅水湖泊内源磷暴发性释放的直接证据［Ｊ］．科学通报，２００５，５０（１）：６６－７１．［１４］许海，刘兆普，袁兰，等．ｐＨ对几种淡水藻类生长的影响［Ｊ］．环境科学与技术，２００９，３２（１）：２７－３０．［１５］张曼，殷鹏，支鸣强，等．太湖藻型及草型湖区底泥内源污染及释放机制研究［Ｊ］．环境科学学报，２０２３，４３（６）：２４７－２５７，．［１６］杨东方，陈生涛，胡均，等．光照㊁水温和营养盐对浮游植物生长重要影响大小的顺序［Ｊ］．海洋环境科学，２００７，２６（３）：２０１－２０７．［１７］ＨＵＬＬ，ＳＨＡＮＫ，ＨＵＡＮＧＬＣ，ｅｔａｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｌａｓｓｅｍｂｌａｇｅｓｉｎａｍｅｓｏｔｒｏｐｈｉｃｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌｐｌａｔｅａｕｌａｋｅ：Ａｆｏｃｕｓｏｎｂｌｏｏｍｔｏｘｉｃｉｔｙ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０２１，７７７：１－１３．［１８］高芮，唐晓先，蒋晨韵．引江济巢对巢湖水质及蓝藻水华的影响分析［Ｊ］．水资源开发与管理，２０１８，１６（６）：５４－５７．［１９］ＪＯＮＥＳＩＤ，ＥＬＬＩＯＴＴＪＡ．Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｒｅｔｅｎｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎａｂｕｎｄａｎｃｅａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｐｈｙｔｏｐｌａｎｋｔｏｎｓｐｅｃｉｅｓｉｎａｓｍａｌｌｌａｋｅ［Ｊ］．Ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒｂｉｏｌｏｇｙ，２００７，５２（６）：９８８－９９７．３７５１卷１８期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀高芮等㊀２０１０—２０２１年巢湖蓝藻水华暴发的动态变化规律及驱动因素分析。

973计划“湖泊富营养化过程和蓝藻水华暴发机理研究”项目973计划“湖泊富营养化过程和蓝藻水华暴发机理研究”项目富营养型湖泊稳态转换和生态系统调控原理（2002CB412309）2004完成单位与骨干：中科院水生所：刘永定、胡征宇、王洪铸、成水平、侯国祥、李根保中科院武汉植物园：李伟深圳大学：胡章立江苏省农科院：薛启汉昆明市气象局：陈增会2004年12月一、《课题任务书》设置的2004年课题研究内容与目标1, 湖泊主要生物群落的结构特征（种类、分布、多度）、地域分异特征，及其与湖泊水质的定性和定量关系，建立表达湖泊稳态的基本结构参数；, 从不同稳态典型湖泊生物群落的功能特征入手，分析不同生物类群功能之间的协调与反馈关系，建立表达湖泊稳态的基本功能参数；, 通过季节和年度典型湖泊生物群落结构与功能研究，分析湖泊生物群落结构和功能特征的变化规律； , 筛选特征性的湖泊稳态表征指标参数，分析各关键参数的边界条件，建立湖泊生态系统稳态的适宜的、简明的表达体系；, 研究环境状态变化对水体生态系统稳态的影响； , 继续研究与水体营养水平和状态相关的水生植物最小生存种群；, 继续从生态系统的角度研究藻类群落与生物和非生物环境的定量关系；, 继续研究水生植被与环境因子的定量关系； , 研究富营养水体生产者消费者相互作用与生态系统稳定性的关系；, 结合水华暴发和湖泊稳态转换条件的研究，分析两者与周丛藻类的关系；, 研究周丛藻类的生产力及其在湖泊生态系统中的作用。

2, 开展湖沼学调查、实验湖沼学研究、种群生态学并群落生态学研究；, 在理论研究进展方面，确立长江流域浅水湖泊稳态表达的指标体系和湖泊生态系统稳态类型划分的指标体系。

, 国内外发表论文4篇。

二、研究的关键科学问题、主要研究内容与进展1, 水生植被的生态系统功能和湖泊稳态转换的动力学, 湖泊生态系统稳态转换原理2, 不同稳态阶段的生态系统结构的定量表征；, 草型清水稳态的生态系统临界参数；, 稳态转换的机制和驱动因素及湖泊稳态转换的生态系统调控原理；, 周丛藻类及其生产力在蓝藻水华暴发和湖泊稳态转换中的作用。