湖库水华发生机理研究进展及防治关键技术

材料。选铜尾砂除磷剂可将浓度为10.2 mg/L的含磷水体处理至满足一级A排放标准（≤0.5mg/L）。改性生物炭除磷剂可将浓度为0.5 mg/L的含磷水体处理至满足地表水III类水质标准（≤0.05mg/L）。

关键词：藻类;湖库;水华机理;治理技术

中图法分类号：X52

文献标志码：A

DOI：10.19679/j.cnki.c，jj sjj.2019.0214

我国湖泊水库众多。长江中下游地区是我国浅水湖泊最集中的区域，也是目前世界上水华问题最严重的地区之一。国家重点湖泊“三湖”（太湖、巢湖和滇池）均爆发过严重的水华现象[1]《Science》杂志曾两次报道太湖蓝藻水华事件[2，3]，在国际上引发高度关注。我国是世界上拥有水库最多的国家，一些重要的大型供水水库，如北京市密云水库、温州市桥墩水库、广东省鹤地水库等，先后爆发了严重的蓝藻水华[4，5]，举世瞩目的三峡水库部分支流库湾也发生过水华事件[6，7]。

水华发生对水生态系统破坏极大，也会引发环境污染和水质安全等诸多问题。在当前全力践行生态文明建设、努力建设美丽中国、实现长江大保护战略的新形势下，掌握湖库水华形成机制和发生机理，并研究高效经济的水华防治技术显得尤为急迫。本文对湖库水华发生机理进行了分析，并对已有的水华治理技术进行了梳理，研究并提出了营养盐削减和藻类生长控制的水华防治体系及其关键技术。

1湖库水华发生机理研究进展

湖泊与水库发生水华的藻类有所不同，浅水湖泊发生水华的有害藻类多是蓝藻门，而在水库中硅藻是更常见的水华藻类。湖泊水库中的水华优势种也会随着条件的变化而发生演替。如三峡水库白2003年蓄水以来，支流水华逐渐由甲藻、硅藻占优势的河流型水华，演替为以蓝藻、绿藻为优势的湖泊型水华[7]目前对于水华发生的诱因和机理尚不完全清楚，学者普遍认为水华爆发受营养盐、温度、光照、水文和气象条件等环境因子的影响[8，9]。水华的形成是充足的营养盐、适宜的光照和水温，以及缓慢的水动力条件共同作用的结果。

1.1营养盐

当总氮和总磷分别超过0.5 mg/L和0.02 mg/L时，就有水华爆发的隐患[10]。学者认为N：P为16时对藻类的生长是适宜的，较高的氮磷比会形成蓝藻水华，而较低的氮磷比并不是蓝藻水华形成的条件，而是水华发生后产生的结果[11]。

1.2温度和光照

蓝藻生长的最适温度范围通常为25～ 35℃，其对高温的耐受能力比绿藻、硅藻等其他水华藻类要强，较高的水温有利于蓝藻成为优势种群和水华爆发。硅藻通常在春季较低温度时产生水华[12]，如汉江硅藻水华生长最适宜的温度为15～ 20℃[13]。光照条件对藻类的生长也有着重要影响。蓝藻的最大光合效率出现在26.5℃，而绿藻和硅藻的最大光合效率出现在230C条件下[8]。与水华蓝藻相比，水华硅藻适宜的光照强度范围相对较广[13]。

1.3水文条件

水华的发生受水文条件（流量、流速和水位等）的影响。目前已有较多研究关注流速对藻类生长的影响。研究发现，流速对铜绿微囊藻生长有明显的影响，表现为低流速促进生长，高流速抑制生长[14]。低流速时动水环境改善藻体分布，促进光合作用，加强营养盐在水体中的掺混和藻体内的吸收利用;而当流速超出一定程度后，可能通过流动剪切改变藻体分布并干扰机体正常代谢，从而表现一定程度的生长抑制效应[14]。对三峡水庫支流香溪河的研究表明，仅利用三峡水库小幅度水位变动（0.6～1.0 m/d）对香溪河流速的改善效果有限，而利用干支流水库对香溪河库湾流速的联合调控效果明显，可适度控制三峡库区支流库湾水华的爆发[15]。

1.4气象条件

影响水华发生的气象条件主要包括降雨和刮风等。研究发现，降雨对三峡水库支流香溪河库湾水华的爆发具有阶段性抑制作用，降雨过程总是伴随着水华的消退[16]。降雨导致上游来流量增加，加快了藻类的迁移;混合层深度增加破坏了藻类的生长环境，是水华消退的主要原因。降雨结束后，在2～ 3d适宜光照、温度条件下库湾水体水温分层恢复，藻类快速生长繁殖，导致库湾表层叶绿素a浓度回升。

1.5生理生态特性

藻类在与其它浮游植物进行竞争时，由于其具有独特的生理生态特性而导致水华的发生。特别是在富营养化水体这类适宜的环境中，这种优势将更充分地表现出来。藻类的生理生态特性是水华形成的内因。现有的研究多集中于蓝藻生理生态特性的探索，已知的蓝藻生理生态特性包括伪空泡（气囊）、胶质鞘等[8]。蓝藻通常通过调节伪空泡的浮力在水体中上下移动，以便占据利于吸收光能的位置，蓝藻通过伪空泡调节浮力，在冬季通过伪空泡的坍塌失去浮力沉人湖底越冬，来年重新形成伪空泡上浮到水体表层[17]。胶质鞘是包裹蓝藻细胞或蓝藻细胞群体的一种物质，可对藻细胞起到防御和保护的作用，使蓝藻在与其他浮游植物的竞争中占据优势而形成水华[8]。

总体而言，水华是在各种环境因子（外因）的耦合驱动下，由于藻类所具有的独特生理生态特性（内因），产生巨大的生物量而在浮游植物群落中占绝对优势，在适宜的水文气象条件下在水体表面聚集形成的。

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