水生态环境保护与修复

1水生态环境保护与修复

摘要

湖泊藻华是全球面临的环境问题，受人类活动和气候变化的共同影响。尽管对湖泊浮游植物动态的研究已取得进展，但对于中营养化高原湖泊中主导藻华形成的蓝藻如何长期演化的研究还不够系统。本研究以洱海为例，分析了1997至2022年间12个采样点的数据，揭示了蓝藻在洱海中形成的机制。

研究发现，全球变暖将增加蓝藻藻华风险，延长微囊藻藻华时间，并使丝状的颤藻和拟柱孢藻在夏秋季节更具优势。在氮限制条件下，洱海的高RUETN（1.52生物质/总氮，比其他种类高0.95-3.04倍）有利于鱼腥藻占据优势。而在 TP 为 0.03~0.05mg/L 时的高 RUETP（43.8 生物量/TP，比其他物种高 2.1-10.2 倍）则促进了颤藻和拟柱孢藻的优势形成。这些发现为中营养化高原湖泊中低总磷环境下藻华优势种形成提供了新见解，其主要受升温、高RUETP值和蓝藻垂直迁移特性影响。因此，尽管湖泊水质改善与蓝藻藻华控制效果不一定成正比，但蓝藻种群结构从适应高氮磷的微囊藻向适应低氮磷的丝状蓝藻转变，可能是水质改善的重要标志。因此，在关注水质改善和全球变暖背景下，中营养化高原湖泊中丝状蓝藻藻华的风险应引起重视，确保饮用水安全。

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引言

中营养型高原湖泊，如我国的洱海，由于其特殊的地理位置和气候条件，水华问题尤为突出。这些湖泊通常位于高海拔地区，拥有较长的水力停留时间，这意味着污染物在湖泊中停留的时间更长，容易导致营养盐的积累和富营养化的发生。此外，高原湖泊的水温通常受到大气温度的直接影响，而全球变暖导致的大气温度升高可能会进一步促进水华的形成和发展。

尽管对湖泊浮游植物动态的研究已经取得了相当大的进展，但对于中营养型高原湖泊中主要形成水华的蓝藻长期原位演变的系统研究仍然不足。这主要是因为这类研究需要长期、连续的监测数据，而这样的数据往往难以获得。此外，水华的形成和演变是一个复杂的生态过程，涉及到多种生物和非生物因素的相互作用，这使得对其驱动机制的解析变得困难。

本研究的目的就是利用长期系列的历史数据，分析洱海中主导形成水华的蓝藻优势种的历史演变特征及其关键因素。通过这一研究，我们希望能够提供理论支持，以促进对中营养型高原湖泊水华的控制和管理。

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主要研究结果

（一）蓝藻优势种的长期演变趋势

洱海中蓝藻优势种的长期演变趋势表明，在过去的25年间，水华的组成和季节性模式发生了显著变化。在1997年至2006年期间，洱海的优势蓝藻种类主要为鱼腥藻和微囊藻，水华主要发生在夏季和秋季。这一时期洱海的水质相对较好，氮、磷浓度较低。然而，自 2006 年以来，随着营养盐负荷的增加，洱海的优势蓝藻种类逐渐转变为微囊藻和拟柱孢藻，水华的发生时间也逐渐延长，特别是自2017年以来，冬季的微囊藻水华显著增加，并延续至次年的早春。这一现象可能与冬季水温的升高有关，从而延长了微囊藻的生长季节。此外，2017年以来，秋季和冬季的丝状颤藻和拟柱孢藻的优势度显著增加，这一变化可能与全球变暖导致的秋季水温升高有关。

（二）环境参数的变化趋势

洱海中的环境参数变化趋势显示，氮、化学需氧量（CODMn）、水温（WT）和累积降水量（NPr）从1997年到2022年呈现显著增加趋势。氮浓度的增加可能与周围农业活动中的化肥使用和畜禽养殖有关，而磷浓度的增加可能与城市化和生活污水的排放有关。水温的增加反映了全球变暖对高原湖泊的直接影响，而降水量的增加可能与气候变化引起的极端天气事件增多有关。这些环境参数的变化为水华的形成提供了有利的条件，并可能影响了蓝藻优势种的演变。例如，水温的增加可能会改变蓝藻的生长速率和生命周期，从而影响其竞争优势。

（三）蓝藻优势种与环境参数的关系

通过对洱海中蓝藻优势种与环境参数的关系进行分析，发现氮浓度、磷浓度、水温、光照等环境参数与蓝藻优势度存在显著的相关性。例如，鱼腥藻优势度与氮、磷、透明度、风速和累积降水量显著相关，这表明鱼腥藻在氮限制条件下具有较高的竞争优势。微囊藻优势度与水温、透明度、前两个月累积降水量、风速、氮、磷和CODMn显著相关，这表明微囊藻在温暖的水体和高营养盐条件下具有竞争优势。这些结果揭示了环境条件对蓝藻优势种演替的重要影响，为进一步理解水华形成的机制提供了线索。此外，研究还发现，颤藻和拟柱孢藻在低总磷条件下的优势主要受全球变暖和其垂直迁移特性的影响，这表明它们在水温升高和营养盐限制条件下具有竞争优势。

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结论

本研究揭示了全球变暖、氮磷营养盐浓度、水温、光照等环境参数对中营养型高原湖泊水华形成的复杂影响。这些发现不仅有助于我们更好地理解和预测水华的形成，还为制定有效的管理策略提供了理论支持。在全球变暖和人类活动加剧的背景下，关注中营养型高原湖泊水华问题，对于保护湖泊生态系统、改善水质和确保饮用水安全具有重要意义。

参考文献：Cao J, Wu Y, Li Z, et al. Dependence of evolution of Cyanobacteria superiority on temperature and nutrient use efficiency in a meso-eutrophic plateau lake[J]. Science of The Total Environment, 2024, 927: 172338.

来源：www.elsevier.com/locate/scitotenv

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