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湖泊蓝藻水华发生机理研究进展_马健荣

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第33卷第10期2013年5月生态学报ACTAECOLOGICASINICAVol．33，No．10May，2013

http：//www．ecologica．cn基金项目：国家杰出青年基金（40825004）；国家自然科学基金（41171368，41103043，41271355，41230744，51279194）；水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX07101-010）；江苏省自然科学基金项目（BK2009336）收稿日期：2012-02-14；修订日期：2012-10-26*通讯作者Correspondingauthor．E-mail：qinbq@niglas．ac．cn

DOI：10．5846/stxb201202140200马健荣，邓建明，秦伯强，龙胜兴．湖泊蓝藻水华发生机理研究进展．生态学报，2013，33（10）：3020-3030．MaJR，DengJM，QinBQ，LongSX．Progressandprospectsoncyanobacteriabloom-formingmechanisminlakes．ActaEcologicaSinica，2013，33（10）：3020-3030．

湖泊蓝藻水华发生机理研究进展

马健荣1，2，邓建明1，2，秦伯强1，*，龙胜兴3（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，南京210008；2．中国科学院大学，北京100049；3．贵阳市环境监测中心站，贵阳550002）

摘要：蓝藻水华是富营养化湖泊常见的生态灾害，通过产生毒素、死亡分解时使水体缺氧和破坏正常的食物网威胁到饮用水安全、公众健康和景观，会造成严重的经济损失和社会问题，揭示其发生机理是进行防治的基础。综述了蓝藻水华发生机理的主

要假说和证据，主要分为环境因子（营养盐、氮磷比、温度、微量元素、浮游动物牧食、水文和气象条件等）和生理生态特性（伪空泡、胶质鞘、CO2浓缩机制、适应低光强、贮藏营养物质、防晒、产毒素和固氮等）两个方面；评述了主要新理论，展望了今后的研究。到目前为止的研究表明寻找一两个关键因子并不能阐明蓝藻水华的发生机理。现存的理论或假说尽管已经在蓝藻水华的防治实践中产生重要作用，但仍然未能清楚地阐释其发生的客观规律。认为蓝藻水华是在各种环境因子（外因）的耦合驱动下，水华蓝藻由于其独特的生理生态特性（内因），产生巨大的生物量而在浮游植物群落中占绝对优势，在合适的水文气象条件下集聚于水表而形成。因此水华机理的研究应同时关注水华蓝藻的生理生态学规律和蓝藻水华发生的各种环境条件。不同环境因子协同影响水华蓝藻的不同生理生态特性的表达，从而影响水华的发生过程，将可能是以后研究的重点。蓝藻水华机理的研究在微观方面正趋向于应用分子生物学手段分析蓝藻生理过程，宏观方面则将广泛应用遥感遥测技术观测全湖蓝藻的变化规律。今后加强对水华蓝藻生理生态特性的基因表达与调控和环境多因子耦合作用于蓝藻水华过程的研究将有重要意义。蓝藻水华的机理研究包括现象、过程和原因3个层次的问题，通过大量的现象和过程的研究，不断揭示其发生过程中水华蓝藻的群落演替、种群发展、细胞活性和分子机理等变化规律，才能找到其发生的真正原因，为其防治提供理论依据和更好的治理措施。在蓝藻水华防治方面，控制营养盐和生态修复可能将是今后很长时间内最根本最有效和最具操作性的方法。关键词：湖泊；蓝藻水华；发生机理；进展；展望

Progressandprospectsoncyanobacteriabloom-formingmechanisminlakesMAJianrong1，2，DENGJianming1，2，QINBoqiang1，*，LONGShengxing31StateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment，NanjingInstituteofGeographyandLimnology，ChineseAcademyofSciences，Nanjing210008，China2UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing，100049，China3EnvironmentalMonitoringCentreofGuiyang，Guiyang550002，China

Abstract：Cyanobacterialbloomspresentrisksfordrinkingwatersafety，publichealthandlandscape，whichcauseseriouseconomiclossesandsocialproblems．Torevealcyanobacteriabloom-formingmechanismisthebasisforcyanobacterialbloomsprevention．Wereviewedthemainhypothesisandevidencesofthemechanismofcyanobacteriabloom-forming，mainlyincludingenvironmentalfactors（nutrients，TN：TPratio，temperature，traceelements，zooplanktonpredation，hydrologicalandmeteorologicalconditions，etc．）andphysio-ecologicalcharacteristics（pseudo-vacuoles，sheath，CO2http：//www．ecologica．cn

concentrating，adapttolowlightintensity，thestorageofnutrients，sunscreen，producetoxinsandnitrogenfixation，etc．），thencommentedthenewtheoriesaboutcyanobacteriabloom-formingmechanismandprospectedthefutureresearch．Theknowledgeofunderstandingoneortwokeyfactorsthatdoesnotclarifythemechanismofalgalblooms．Theexistingtheoriesorhypothesishavestillfailedtoexplaintheobjectivelawsofthecyanobacteriabloom-formingclearlyeventhoughtheyhaveplayedanimportantroleinthepracticeofpreventionandcontrolofcyanobacterialblooms．Cyanobacterialbloomsweremultipledrivenbyenvironmentalfactors（externalfactors）withtheadvantagesofitsuniquephysio-ecologicalcharacteristics（internalfactors）．Hence，cyanobacteriacouldproduceenormousbiomassanddominatethephytoplanktoncommunity，thenbloomunderwatersurfaceundersuitablehydrologicalandweatherconditions．Researchoncyanobacteriabloom-formingmechanismshouldalsoconcernthetwoaspects．Itwillbethefocusoffutureresearchoncollaborativeexpressionofdifferentphysiologicalandecologicalcharacteristicsofcyanobacteriaindifferentenvironmentalfactors，thusaffectingtheoccurrenceofalgalblooms．Theresearchonmechanismofalgalbloomswillexpandtowardsthemicroandmacrolevel．Molecularbiologymethodswillbeusedtostudycyanobacterialphysiologicalprocessesatthemicrolevel．Atthemacrolevel，remotesensingtechnologywillbeusedtoobservebiomassspatial-temporalcyanobacteriavariation．Itisveryvitalinthefuturetostrengthentheresearchonthegeneexpressionofcyanobacterialphysio-ecologicalcharacteristicsandenvironmentalfactorscouplingaffectonthecyanobacterialbloomsprocess．Thefurtherinvestigationthatshouldbeinterestedforus：（1）WhatisthegeneexpressionandregulationmechanismofMicrocystistoformcolonies？（2）Howdoenvironmentalfactorsaffectgeneexpressionandregulationprocessofthecyanobacteria？（3）Whatarethequantitativerelationshipsbetweenmeteorologicalfactors（radiation，wind，rainfall，etc．），thehydrologyorthehydrodynamicprocessandthegrowthanddistributionofcyanobacteria？（4）Whatarethequantitativerelationshipsbetweennutrientsandcyanobacterialgrowthorreproduction？Cyanobacteriabloom-formingmechanismresearchesincludethreelevels：phenomena，processesandcauses．Torevealthedisciplinesofcyanobacterialbloominphytoplanktoncommunitysuccession，populationdevelopment，cellactivityandmolecularmechanismbyalargenumberofphenomenaandprocessesresearch，willfindtherealcauseofcyanobacterialbloomsandprovideatheoreticalbasis，andbettergovernancemeasuresforthepreventionandtreatment．

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蓝藻水华的成因及其生态控制进展

蓝藻水华的成因及其生态控制进展

第１９卷第１２期２０１０年１２月长江流域资源与环境Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｙａｎｇｔｚｅ　ＢａｓｉｎＶｏｌ．１９Ｎｏ．１２Ｄｅｃ．２０１０ 文章编号：１００４－８２２７（２０１０）１２－１４７１－０７蓝藻水华的成因及其生态控制进展胡传林，万成炎，吴生桂，丁庆秋，潘　磊（水利部中国科学院水工程生态研究所，湖北武汉４３００７９）摘　要：从水体生态系统的平衡、供水水质、人类及其它动物的健康风险、水域生态景观等方面分析了蓝藻水华的危害。

对蓝藻水华形成的内在因素（高温适应的一系列特殊的生化调控机制或特性、三套色素系统———低光补偿机制、奢侈消费机制、固氮———营养补偿机制、休眠———回避不良条件机制、产生天然毒素来抑制竞争者和捕食者的机制）和环境因素（物理，如温度、光照、扰动及混合和水的滞留时间等；化学，如主要营养盐、微量营养元素、溶解无机碳、溶解有机碳和盐度等；生物因子，如牧食、微生物作用和与较高等动植物的共生等）进行了分析。

并对蓝藻水华的生态控制（微生物控藻、大型水生植物抑藻、水生动物控藻如经典生物操纵、非经典生物操纵和罗非鱼控藻）的研究进展进行了综述。

关键词：蓝藻水华；成因；生态控制文献标识码：Ａ 随着湖泊富营养化问题的加剧，水华的暴发问题越来越被人们所重视。

当外界环境条件适宜时，浮游生物会大量繁殖，从而形成丝带状或片状物质漂浮在水面，有时甚至会覆盖水体大部分的水域。

因占优势浮游生物的颜色不同，水体水面往往呈现出蓝色、红色、棕色、乳白色等不同颜色，这种现象在江河、湖泊中称为水华，在海洋中则称为赤潮或褐潮。

绝大部分的水华是由浮游藻类（包括蓝藻门、绿藻门、甲藻门、裸藻门、隐藻门等）引起的，也有部分是由浮游动物———腰鞭毛虫引起的［１］。

在各种水华当中，蓝藻水华发生的范围最广，危害最大，对人类健康的危害也最大［２］。

在世界范围内，蓝藻水华发生的频率与严重程度都呈现出迅猛的增长趋势，其发生的地点遍布全球各地［３］。

蓝藻水华现象

蓝藻水华现象

蓝藻水华现象
蓝藻水华是由蓝藻短时间的爆发性增殖产生的一种现象。

在一些营养丰富的水体中，由于难以消化所以很多鱼类不吃。

有些蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有恶臭味的浮沫，称为“水华”。

水华的危害主要有：
（1）藻类爆发式的繁殖大量消耗水体中的溶解氧，造成水生群落中鱼、虾、贝类等其他物种死亡，物种趋向单一，水体功能发生退化，导致整个生态系统失衡。

（2）藻类大量生长使水体透明度下降，沉水植物大量死亡，并且藻类死亡后会散发有毒物质及腥臭味，不但影响水体景观还会影响周边的空气质量。

（3）形成水华的藻类可产生大量藻毒素造成水源污染，藻毒素主要包括肝毒素、神经毒素和内毒素，可通过消化道途径进入人体，引起腹泻、神经麻痹和肝损伤，严重者甚至死亡。

蓝藻和蓝藻水华的发生机理PPT课件

蓝藻和蓝藻水华的发生机理PPT课件


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藻类主要特征
1、藻类是低等植物，分布广，绝大多数生活于水中 。 2、个体大小相差悬殊，小球藻3-4μm ，巨藻长60m。 3、具叶绿素chlorophyll，能进行光合作用的自养型
生物autotrophic plant。 4、没有真正的根、茎、叶的分化，又称叶状体植物。 5、繁殖器官简单，以单细胞的孢子或合子进行繁殖，
分主要为叶 绿素a、β胡萝卜素、藻胆素。 藻胆素是蓝藻的特
征色素，包括蓝藻藻蓝素（c-phycocyanin, C34H47N4O8）、蓝 藻藻红素(c-phycoerythrin, C34H42N4O9) 和别藻蓝素 (Allophycocyanin)等。
➢3. 无细胞核，只具核质而无核仁和核膜。属原核生物，称为
原核生物界Kingdom Monera
Prokaryotic Alg.ae + Bacteria
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藻类既有原核也有真核
PROKARYOTES(原核）EUKARYOTES（真核）
蓝藻CYANOPHYTA
原绿藻
PROCHLOROPHYTA
所有其它藻类
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色球藻（蓝藻）
眼藻（裸藻）
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藻类（Algae）
藻类一词并非指某一分类单元，它是一个集 合名词，泛指一类具有光合色素，没有真正 根茎叶，生物体为叶状体（thallus），不会 形成种子，生殖细胞没有包被的一类植物。
也称之为隐花植物或孢子植物。
“Algae are an unnatural group of
organisms!”.
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Bold & Wynne（1985）把藻类分为10个门
蓝藻在温度较高时适宜生长
我国湖泊富营养化的发生机制与控制对策

我国湖泊富营养化的发生机制与控制对策

我国湖泊富营养化的发生机制与控制对策近些年来，因经济的快速发展，资源利用强度加大，导致我国湖泊生源要素严重富集，生态系统退化，蓝藻水华频繁暴发，湖泊富营养化呈现迅猛发展的趋势。

研究湖泊富营养化的发生机制与控制对策，可为湖泊生态环境的整治提供理论基础依据，也是我国基础研究领域亟待解决的重大科学问题。

香山科学会议于2002年4月11～13日在浙江省湖州市召开了以“我国湖泊富营养化的发生机制与控制对策”为主题的第202次学术讨论会。

中国科学院武汉水生生物研究所谢平研究员、国家环保总局环境科学研究院金相灿研究员和中国科学院南京地理与湖泊研究所秦伯强研究员担任本次会议执行主席。

来自中国科学院、高等院校等单位的40多位专家出席了研讨会。

富营养化（Eutrophication）一词原用于描述植物营养物浓度增加对水生态系统的生物学效应，但富营养化很难严格定义，因为任何一个水体的营养性质的描述常常是相对于以前的情况，而且每个水体对营养盐响应存在差异。

中国科学院陈宜瑜院士在“湖泊富营养化的定义和演化历史重建”总评述报告中介绍了湖泊富营养化概念历史沿革。

形容词 eutrophe、mestrophe和oligotrophe最初被Weber (1907) 用于描述决定泥炭沼泽发展初期植物群落的营养状态。

Naumann（1919）则用这3个词描述含有低、中或高浓度氮、磷和钙的淡水湖泊类型。

Lindeman (1942) 在其“The trophic-dynamic aspect of ecology”经典之作中，认为富营养化是湖泊发展过程中的自然过程。

此后，Vollenweider （1968）率先用磷和氮对湖泊的营养状态作定量依据提出一个分类系统。

OECD（1982）扩大了营养状态划分的指标，将叶绿素和透明度也包括进来，并用每个变量的组平均值和标准差，发展了一种边界开放的系统。

到20世纪中后期，当富营养化及其影响成为人们关注的问题时，其所指的是人为富营养化（artificial eutrophication），即由社会的城市化、植物营养物的工农业利用及其废弃物的排放等所引起的。