水華[自然生態現象]

水華（Algal Blooms）指淡水水體中藻類大量繁殖的一種自然生態現象，是水體富營養化的一種特徵，主要由於生活及工農業生產中含有大量氮、磷的廢污水進入水體後，藍藻（又叫藍細菌，包括微囊藻、魚腥藻、顫藻、念珠藻、藍球藻、髮菜等）、綠藻、硅藻等大量繁殖後使水體呈現藍色或綠色的一種現象。也有部分的水華現象是由浮遊動物——腰鞭毛蟲引起的。“水華”現象在我國古代歷史上就有記載。另外，海水中若出現類似現象（一般呈紅色）則稱為赤潮。水華的防控措施主要有打撈、絮凝除藻和生物控藻等。

概述

水體富營養化最常見的結果就是導致由於藻類大量繁殖形成的水華現象（圖1）。淡水藻類的大部分門類都有形成有害水華的種類，包括屬於真核藻類的綠藻、甲藻、隱藻、金藻等，以及屬於原核生物的藍藻（表1）。這些藻類有些產生異味物質，有的產生毒素，但是藍藻水華的發生範圍最廣，危害最大，對人類健康的危害也最為嚴重   。

表1 代表性有害淡水藻類水華

界/門 Kingdom/Phylum	屬 Genus	適宜水華形成的條件 Preferred bloom conditions
原核生物 Prokaryota
藍藻門 Cyanobacteria
固氮 N-fixing	魚腥藻 Anabaena	富含磷、溫暖、分層、長滯留時間、高輻射強度、富營養 P-enriched, warm, stratified, long-residence time, high irradiance, eutrophic
	束絲藻 Aphanizomenon
	擬柱胞藻 Cylindrospermopsis
	膠刺藻 Gloeotrichia
	節球藻 Nodularia
非固氮Non-N-fixing	微囊藻 Microcystis	富含氮磷、富營養、溫暖、分層、長滯留時間 N- and P-enriched, eutrophic conditions, warm, stratified, long residence time
	顫藻 Oscillatoria
	束球藻 Gomphosphaeria
真核生物 Eukaryota
綠藻門 Chlorophyta	葡萄藻 Botryococcus	中度富含氮磷、分層、高輻射強度 Moderate N- and P-enriched, stratified, high irradiance
	綠球藻 Chlorococcus	富營養、富含氮磷 eutrophic, N- and P-enriched
	球囊藻Sphaerocystis
甲藻門Pyrrhophyta (Dinophyta)	角甲藻 Ceratium	富含氮磷、分層、有些狹鹽性 N- and P-enriched, stratified, some oligohaline
	多甲藻 Peridinium
	異甲藻 Heterocapsa
	原甲藻 Prorocentrum
隱藻門Cryptophyta	隱藻 Cryptomonas	富含氮磷、富營養、從淡水到狹鹽性、分層 N- and P-enriched, eutrophied, fresh to oligohaline, stratified
	紅胞藻 Rhodomonas
金藻門Chrysophyta	單鞭金藻 Chromulina	富含氮磷、高氮富集下有毒、分層 N- and P-enriched, toxic at high N enrichment, stratified
	金色藻Chrysochromulina
	錐囊藻 Dinobryon
	魚鱗藻 Mallomonas
	三毛金藻 Prymnesium

圖1 群體和絲狀產毒藍藻顯微和水華圖片

危害

在富營養水體中“水華”頻繁出現。隨著水體富營養化的發展，水華面積逐年擴散，持續時間逐年延長。太湖、滇池、巢湖、洪澤湖都有“水華”（藍藻），就連流動的河流，如長江最大支流——漢江下游漢口江段中也出現“水華”（硅藻）   。淡水中藍藻“水華”造成的最大危害是：通過產生異味物質和藍藻毒素，影響飲用水源和水產品安全，特別是藍藻的次生代謝產物——微囊藻毒素（Microcystin，簡稱MC）通過干擾脂肪代謝引起非酒精性脂肪肝   ，長期慢性MC染毒可導致巢湖漁民的肝臟損傷   ，具有促癌效應。此外，MC還可使膽囊變硬與萎縮。因此，日益嚴重的藍藻水華所產生的微囊藻毒素對人類健康和生存的威脅正在不斷增大   。此外，自來水廠的過濾裝置被藻類“水華”填塞，漂浮在水面上的“水華”影響景觀，並有難聞的臭味。由於水源地藍藻水華的堆積與厭氧分解，使自來水出現惡臭，導致水污染事件，譬如，2007年太湖藍藻污染事件。所以每次發生水華現象都會給人類和自然界帶來損失或災害。

我國深受藍藻水華折磨的最著名的湖泊有滇池、太湖和巢湖，周邊的自來水廠大部分已經關閉，損失慘重，剩下的一些水廠其源水的安全狀況也令人堪憂。在過去的 20年，國家和地方政府在“三湖”治理上已耗資數千億元，但依然擋不住滾滾的“綠波”，樂觀的估計還要繼續奮鬥 20年，悲觀的說也許遙遙無期……不僅如此，浩瀚的洞庭湖和鄱陽湖似乎準備赴其後塵，雲南秀麗的洱海也即將步入水華的常態化狀態……   。

誘發因素

導致水華發生的重要的因素之一就是水體的富營養化。當藻類大量生長時，這些藻類常在下風頭水面漂浮形成一層藍綠色或紅黃色的水花或薄膜——湖靛。雖然藻類生長很快，但因水中的營養鹽被用盡，它們也很快的死亡。藻類大量死亡後，在腐敗、被分解的過程中，也要消耗水中大量的溶解氧，並會上升至水面而形成一層綠色的黏質物，使水體嚴重惡臭。而造成水華現象的出現，主要原因還是水域沿線大量施用化肥、居民生活污水和工業廢水大量排入江河湖泊，致使江河湖泊中氮、磷、鉀等含量上升。

湖泊等水體的富營養化依然是我國目前以及今後相當長一段時期內的重大水環境問題。研究藍藻水華的形成機制，對於科學預測湖泊中藍藻水華的產生，並採取相應措施減少其帶來的影響具有重要的生態和環境意義   。對水華的形成需要全面認識，營養鹽濃度的升高可能僅是藍藻水華形成、且人們可以加以控制的因素之一；在探索水華成因時，不能僅僅局限於夏季藍藻水華發生時環境特徵的研究與觀察，而應該提前關注藍藻的越冬生理生態特徵、春季復甦的生態誘導因子及其閾值以及在復甦後，藍藻如何在生長過程中形成群體，並逐步成為湖泊水生生態系統中的優勢種乃至形成水華的過程。並需要對藍藻越冬的生存對策、藍藻群體的形成的條件、藍藻在春季復甦的觸發條件及其生態閾值、以及藍藻在與其它藻類種群競爭中取勝的生理生化特徵有足夠的認識。

藍藻水華的“暴發”是表觀現象，其前提還是藻類一定的生物量，且是一個逐漸形成的過程。在四季分明、擾動劇烈的長江中下游大型淺水湖泊中，藍藻的生長與水華的形成可以分為休眠、復甦、生物量增加（生長）、上浮及聚集等4個階段，每個階段中藍藻的生理特性及主導環境影響因子有所不同。在冬季，水華藍藻的休眠主要受低溫及黑暗環境所影響；春節的復甦過程主要受湖泊沉積表面的溫度和溶解氧控制，而光合作用和細胞分裂所需要的物質與能量則決定了水華藍藻在春季和夏季的生長狀況，一旦有合適的氣象與水文條件，已經在水體中積累的大量水華藍藻群體將上浮到水體表面積聚，形成可見的水華。研究藍藻水華的形成機理必須尋找導致水華形成的各主要生理階段的觸發因子或特異性因子，針對不同階段藍藻的生理特性，進行深入研究。只有這樣才有可能逐步弄清藍藻水華的形成機制，並對其發生的每一進程進行預測，尋求更加具有針對性的控制措施。

除了水體的富營養化之外，水溫、洋流、水體的pH值、光照強度等均會對藻類等水華生物的大爆發產生影響，在個別時候甚至是誘發因素。

位於江蘇省南部的中國第三大淡水湖——太湖中，水華十分頻繁，致使太湖的漁業遭遇危機，而當淡水營養化後的太湖，“水華”頻繁出現，促使其“水華”面積逐漸加大，導致“水華”時間延年增長。

美國佛羅迪達州水華

1974年，多餘的營養鹽導致了美國佛羅里達州大沼澤的地國家公園中的這次水華，水華大量消耗掉了水的氧氣，使許多生物死亡。

防控措施

打撈

在夏季高溫季節，可將水面或港灣中大量堆積的水華通過人工或機械的方式打撈出來，進行處置上。現在市場上有各種各樣的打撈船，集打撈、脫水、儲運於一體。如何對打撈的藍藻進行資源化也是一大難題。

絮凝除藻

可通過黏土絮凝來控制有害藻華。近年通過對黏土表面進行改性的方法，製備出了高效的改性黏土，使對有害藻華的控制效率得到了大幅提升。粘土將藍藻沉澱下去後，也有引發二次污染的風險，在飲用水源地附屬檔案的使用需格外謹慎。

生物控藻

可以通過放養濾食性（filter-feeding）魚類——鰱、鱅來控制藍藻水華，也稱之為非經典生物操縱技術（non-traditional biomanipulation）   。每個水體都需尋找一個合適的能有效控制藻類水華的鰱、鱅生物量的臨界閥值，鰱、鱅對藻類的攝食利用率與藻類的種類組成和生理狀況、其他可利用食物(如浮遊動物)的相對豐度、水溫等有密切關係，而藻類的增殖速率與光照、水溫及水體的營養水平等有密切關係。