1、藍藻的現狀及目前的主要治理方法摘要：最近幾十年藍藻水華在我國各大富營養化湖泊頻繁爆發， 形成藻災。 鑒于 傳統的打撈等治理手段的局限性， 新興的生物技術治理方法以其優越性而備受世 人矚目，渴望成為攻克藍藻污染的最正確選擇。 文中從水華的爆發及危害、 目前 國內外主要的防治措施和研究方向以及藍藻的生物工程等幾個方面進行了論述， 以希望能夠尋求合理的治理方案。關鍵詞 ：富營養化 藍藻 治理 生物技術國家重點治理的 “三湖 由于水體富營養化造成的藻害日益嚴重， 其他湖泊 如東湖、西湖、洞庭湖、洪湖、鄱陽湖、洪澤湖等也不容樂觀，甚至連藏在群山 之中、很少點面污染源的千島湖， 也由于游人猛增而水體富營養

2、化， 已出現藍藻 大規模增生的趨勢。從 1998 年開始，這種藍藻泛濫成災的危機頻頻出現，并呈 迅速蔓延之勢。 從 50年代以來， 由于人口急劇增長， 工業化和城市化進程加快， 大大增加了氮、磷營養物質向水體的排放量，加劇了湖泊等水體富營養化程度， 使水體生態環境向惡化方向演變， 最終影響經濟和社會可持續開展。 所以，富營 養化問題日益受到世界各國政府和社會各界的關注和重視。中國是一個湖泊眾多的國家，大于 1 平方公里的天然湖泊有 2300余個，湖 泊面積為 70988 平方公里，約占全國陸地面積的 0.8%，湖泊總儲水量為 7077多 億立方米。 近年來，我國東部南部隨著國民經濟高速開展，

3、環境污染控制相對滯 后，不少水體負荷了超量氮、 磷和其他有機污染等營養物， 致使湖泊環境不斷惡 化。湖泊富營養化在中國已是一個突出的環境問題， 所以預防治理藍藻水華已成 當務之急。1 湖泊富營養化和水華的形成和危害藻類和一些光合細菌能利用氮、 磷等無機鹽類通過光合作用合成有機質， 稱 為光養型生物。富營養化緩流水體中的光養型生物，如藍藻、綠藻等，通過光合 作用以光能和無機物合成自身生長繁殖的有機物，并在短時間內集中大量繁殖， 形成藻災，即水華。通常春夏秋湖泊中的主要藻類是藍藻、 綠藻。但在重富營養化的湖泊中， 自 春至夏藍藻常成為唯一的優勢水華種群，其中以微囊藻水華最為嚴重。藍藻 cyanob

4、acteria 是全球分布最廣的水生、陸生古老光合生物。在富營養化的 水體中，當水面無風或微風、水溫1530C、pH79 N:P 15:1時，藍藻水華最 易爆發。水華是水體富營養化狀態下生態平衡破壞的集中表達， 在我國以藍藻水華最 為常見。藍藻 cyanophyta 也稱藍綠藻 blue-green algae 、藍細菌 cyanobacteria ，含有光合色素如葉綠素 a 和捕光色素藻膽蛋白， 能進行放氧 光合作用。藍藻形態差異較大，有球狀、桿狀單細胞絲狀聚合物細胞鏈 兩種形體。絕大多數藍藻個體直徑和寬度為 310卩m當許多個個體聚集在一起， 形成肉眼可見的群體。 假設生長茂盛， 可使水體

5、顏色隨菌體顏色變化而變化， 如 滇池銅綠微囊藻 Microcystis aeruginosa 在夏秋兩季大量繁殖，形成水華， 使水體變色。藍藻瘋長是現代生產與生活導致生態環境的一不平衡狀態，是在出現了水體 嚴重營養化情況下又未能及時積極治理造成的。 其根本原因是農業、 工業、漁業、 生活污水大量流入， 使水體中氮、 磷及有機物含量過高， 促使各種浮游水生生物 和藻類迅速生長繁殖。其結果是破壞了水資源環境，限制了人類對飲用、工業、 農業和景觀、 娛樂等用水需要。 湖泊中藻類短時間集中爆發， 屬單種生物畸形發 展，引起生態平衡破壞，形成藻災。湖泊藻類死亡后不斷向湖底沉積， 不斷地腐爛分解， 也會消

6、耗深層水體大量 溶解氧，嚴重時可能使深層水體溶解氧消耗殆盡而呈厭氧狀態， 使得需氧生物難 以生存，甚至導致水中魚類大批窒息死亡、水產資源遭到破壞。這種厭氧狀態， 可以觸發或者加速底泥積累的營養物質釋放， 造成水體營養物質的更高負荷， 形 成富營養化水體的惡性循環，這種水體腐化變質最終導致湖泊老化和衰亡。 藍藻水化爆發時， 水生生態系統的生態平衡受到擾亂， 生物多樣性遭到破壞， 加 速了湖泊功能退化。 因此必須采取切實有效措施進行預防和綜合治理， 遏止藍藻 爆發，減緩湖泊富營養化進程，以使水質趨向好轉。2 國內外水化的主要防治措施和研究新趨勢在過去 30 年中，世界各國對防治水化提出了不少措施，

7、其中典型例子是美 國的華盛頓湖，污染了 30年，治理歷時 26年，耗資數十億。縱觀過去 30年中 世界各國對水化防治措施， 諸如廢水脫氮去鱗、 工業產品改良 禁止含洗滌劑的 使用、排水改道、疏浚底泥、湖水凝聚沉淀處理、稀釋和溢流、底泥暴曬與干 燥、深層排水、曝氣循環、加大水深、湖底覆蓋、土壤改良、化學殺藻、生物去 除、生態系統控制以及生物利用等方法。 其根本指導思想是： 盡量控制外源性點 源、面源營養物質輸入；削減內源性營養物質的負荷；水化爆發前后應急除藻 抑藻。雖然某些方法在特定的條件下發揮了一定的作用， 但是總的說來大多數措 施往往曠日持久、耗資巨大、收效甚微，難以徹底解決湖泊水華問題，因

8、此有必 要探究快速、高效、經濟的新型治理方法。基于現代生態環保理念，生物方法以 逐漸得到認可，并成為主流的處理方法。上個世紀 70 年代有許多學者提出生物 操縱法 biomanipulation ，強調整個生態系統管理，從營養環節來控制水華， 使水體中的營養物通過光合作用和食物鏈變成人類所需的最終產品魚、蓮藕 等。最近幾年， 澳大利亞和美國許多州利用標本兼治綜合治理方式， 開始實施流域保 護 watershed protection approach ，這是一種有效保護和重建水體生態系統 以及保護人類健康策略。 這種方法可以解決許多單個水體或污染源控制層面上不 能完全解決的問題， 把重點放在水

9、體生態目標和質量目標的實現上， 而不是把重 點放在污染源的控制上。 治理決策不但考慮到造成污染的傳統的化學因子， 還考 慮到諸如景觀、環境、水文、地質、水溫等其他因素。對于藍藻方法十分嚴重的水域，為了到達標本兼治、綜合治理的長期目標， 針對湖體本身，主要采取兩大工程：生物除藻工程和生物生態復原工程。第一步，實施生物除藻工程。 使用對人類無害的高效除藻劑， 阻抑藻類生長， 改變藻類生長的水環境，遏制藻類瘋長。利用除藻劑應急殺藻、 抑藻， 這時除藻劑主要采取噴灑法。 藻類在抑制環境 中會逐漸發生回避效應， 從而使水環境出現一種持續的抑藻狀態。 可供選擇的除 藻劑有硫酸銅、2,2 二溴一3 氮川丙酰

10、胺簡稱DBNPA、有效微生物 effective microorganisms 菌制劑、“酶制劑藍藻酶制劑以及嗜藻體藻 類病毒等。傳統的除藻劑如硫酸銅不是效果不夠理想，就是會產生二次污 染。因此人們開始開發清潔高效的新型除藻劑， 其中藍藻酶制劑是當前最為引人 注目的新型除藻劑。在生物除藻劑中，“藍藻酶制劑 是其中的佼佼者。 “巴斯德研究所環境保 護組織中法、意、瑞士等國家的生物學教授們，綜合各自多年的研究成果，聯合 研制成功了具有世界前沿科技水平的生物制劑 “藍藻酶制劑 ，在水華生物技術治 理領域產生了重大突破。 “藍藻酶制劑 生物產品有數十個配方，是經人工精選的 良性菌種，加上利用 30 多

11、種酶來催化，便組成了一個生物菌的復合制劑。因此 其優勢是多方面的，如：無毒無害無臭、無腐蝕性、無二次污染的危險；對有機 物的降解更加快速； 它的全譜微生物可以在有氧和無氧狀態下發揮作用， 甚至在 有各種污染源的條件下也可以降解有機物；使用中沒有任何特別要求或忌用范 圍，操作方便、簡易。更為突出的是，它可以應用于在傳統化學和生物方法難以 發揮效果的場合， 如城市中的景觀河流、 臭水溝和富營養化的湖泊等。 正是有了 上述種種優勢，調水人生態環境工程將“酶制劑引進中國，并以成功的將“ 藍 藻酶制劑 產品應用于富營養化水體治理，取得了令人欣喜的效果。第二步，實施“生物生態復原 工程，這是一項十分復雜的

12、綜合系統工程。 湖泊是一個復雜的動態生態系統， 其特征是由一系列復雜的物理化學和生物 因子所決定的， 其中包括水文、 氣候、流域、地質、土壤、土地利用、 水利勘測、 污染物負荷、湖泊習性和生物區系。在已發生嚴重富營養化的水體中， 參考和統計水表達有的各種參數， 在一定 條件下進行相關標本的模擬，郵寄地利用這些因素特別是有效地管理和控制日 光、營養物污染物和微生物之間微妙的相互制約、相互促進、相互重疊的關 系，能夠逐步建立起一個新的水體食物鏈， 構筑起全新的包括微生物、 有益藻類、 浮游動物、底棲動物以及水生植物的生態型生物鏈。 長此以往， 湖泊水生生態系 統將恢復生機。針對上述各個不同的治理環

13、節， 結合現代生物技術的最新成果， 為揭示藍藻 水華的形成機理并最終加以根治，當前國內外正開始從下幾方面進行研究。如： 對水華藻類物種特別是藍藻進行全面的調查和鑒定，對其生物學性質包括營養、 新陳代謝和生長繁殖機理進行深入研究；別離藻類病毒和病毒祥粒子 (VLP) ，建 立藻類污染模式及其特異病毒的感染體系， 研究病毒與宿主相互作用的分子生物 學機制，為利用病毒控制藍藻提供理論根底；加強裂藻細菌、真菌的別離、鑒定 及分子生物學研究， 通過此類細菌、 真菌常規轉化方法和體系， 向其中導人幾丁 質酶基因等去壁酶類編碼基因 ( 也可導入病毒 ) ，構建工程菌株，改良其裂藻機制， 使之具有控制藻類污染

14、的實際應用價值；利用藻類病毒和裂藻細菌、真菌作為 基因庫，從中別離具有重要價值的調控元件及編碼序列， 豐富藻類基因工程研究 的內容。近十年來，藍藻分子遺傳學進展很大，在基因載體構建、基因測序、基因克 隆、基因表達、 功能分析等方面都取得了顯著進展， 利用基因工程可以培植一批 經濟價值高、 凈化能力強的藻類生物用于污水生物技術處理， 也可以培植水華藻 類的競爭生物， 抑制特征性水華藻類的生長， 或者直接利用生物生產除藻劑， 在 不久的將來，基因工程在防治水體富營養化方面會發揮巨大的作用。通過上述研究， 有可能提出一套既有理論根底， 又有應用價值的生物治理方 案。但急治與緩復實際操作起來卻有一定難

15、度， 它這與藍藻水華形成機理尚未研 究清楚有很大的關系，所以關于藍藻生長繁殖與水華形成機理的研究十分必要。3 藍藻生物工程藍藻是一種能進行放氧光合作用的最簡單微生物，是一種珍貴的自然資源， 藍藻生物技術是現代生物技術領域中的重要熱點， 藍藻對人類具有眾多益處， 概 括來講將在藍藻資源的開發、藍藻基因工程、環境保護等方面發揮重要作用。藍藻是豐富的蛋白質資源，其蛋白質含量高達38%47%,是地球上所有已 知生物中最高的。其中藻膽蛋白phycobiliprotein，簡稱PBP含量可達細胞干重的10%20%。藻膽蛋白主要包括藻藍蛋白phycocyanin，簡稱PC、別 藻藍蛋白lophyco cya

16、nin，簡稱APC和藻紅蛋白phycoerythrin ，簡稱PE 三類。藻膽蛋白具有重要的食品功能成分， 并且含有高等動物所必需的某些氨基 酸，所以在功能食品和保健食品方面具有廣泛的應用前景。國外市售 _的藻膽蛋白一般是從螺旋藻中提取的， 這些藻膽蛋白已被高度純化， 具有極高的經濟價值 和營養價值。 與螺旋藻同屬藍藻門的水華藍藻如微囊藻也含有藻膽蛋白， 這對我 國利用水華藍藻生產高附加值生物制品具有重要意義。日本等國正研究利用藍 藻，加工成飼料，并提取制備維生素及營養添加劑。在我國，淡水湖泊爆發水華 的藻類以藍藻為主，每年假設從湖中獲取 5 000 t 藻類干重 ，即相當于從湖泊 中除去52

17、5 t氮和62 t磷。可見，合理開發利用水華藍藻，不僅有一定經濟價值， 還能減少水體中氮、 磷和有機物的含量， 減緩湖泊富營養化速度。 目前國內外已 經開始用水華藍藻制作肥料、飼料，制取沼氣和氫氣，提取有用物質。藍藻將在基因工程領域發揮重要的作用。 人類對藍藻的研究已經有上百年的 歷史，但應用現代分子生物學技術來研究藍藻也只是近 20年的事情。藍藻是世界 上分布最廣的生物， 無論是在酷寒的兩極， 還是在炎熱的赤道和干旱的沙漠， 都 能見到藍藻的蹤跡， 它具有非常強的抗逆能力。 因此，科學家開始著手研究如何 把藍藻中能夠抵抗惡劣環境的基因鑒定并提取出來， 利用轉基因技術將它轉移到 農作物中去，

18、這樣就使農作物擁有好的抵抗惡劣環境能力。 中國在藍藻基因工程 領域的研究已經取得一定成果，比方研究成功的金屬硫蛋白轉基因藍藻。藍藻將在環保領域起到獨特的作用。 科學家發現很多藍藻具有能夠結合并清 除水中有害金屬、有害化學物質的能力， 甚至有的藍藻具有一定的海水淡化能力， 所以科學家現在正在研究如何利用藍藻的這些特點進行環境污染監測、 環境污染 水處理。藻藍蛋白、別藻藍蛋白和藻紅蛋白，在免疫分析(im mu no assay)、熒光顯微鏡 (fluorescence microscopy) 和流式熒光細胞儀 (fIow cytofluorimetry) 等分析中是很好的生化探針 (biochemical tra