mini综述 | 蓝藻演替的影响因素
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文献分享
2022.10.26
蓝藻演替的影响因素
文献分述
淡水中蓝藻水华的暴发与营养物质的过量有密切关系。探究营养条件和微生物生态因素如何影响淡水蓝藻群落演替和蓝藻毒素产生对管理有害藻华具有重要意义。
[1] 基于中宇宙实验测试了富磷湖泊中浮游植物对氮负荷梯度的响应。低至中剂量氮（每周1-3 mg/L N）可促进有毒蓝藻的优势，并增加微囊藻毒素的浓度。相反，单纯城市或农业污水的负荷特征（每周18 mg/L N）会增加绿藻的优势，而微囊藻毒素含量较低。这表明维持绿藻优势所需的氮负荷并不常见，可能仅限于选择直接受纳于城市或农业污水的浅水湖泊。
Bogard M J, Vogt R J, Hayes N M, et al. Unabated Nitrogen Pollution Favors Growth of Toxic Cyanobacteria over Chlorophytes in Most Hypereutrophic Lakes[J]. Environmental Science and Technology, 2020, 54, 3219-3227.
[2] 在一项为期24年的超富营养化Nakdong河研究中，优势浮游植物群的演替模式显示出多样性的下降，其中硅藻科生物量下降最大，同时引入了固氮的长孢藻和非固氮营养微囊藻。其潜在驱动因素是养分（N和P）、水位和降水以及热分层（2010年后）。
Kim H G, Hong S, Kim D K, et al. Drivers shaping episodic and gradual changes in phytoplankton community succession: Taxonomic versus functional groups[J]. Science of The Total Environment, 2020, 734:138940.
[3] 从固氮营养型（Dolichospermum）到非固氮营养（Microcystis）蓝藻藻华的优势物种演替也可能归因于不同种群对环境可用P的反应不同。微囊藻在低磷浓度下的竞争优势包括其对无机磷的快速吸收和储存，这也会增加了共存浮游植物的缺磷。
Wan L, Chen X, Deng Q, et al. Phosphorus strategy in bloom-forming cyanobacteria (Dolichospermum and Microcystis) and its role in their succession[J]. Harmful Algae, 2019, 84:46-55.
[4] 通过高通量测序发现微囊藻花分为夏季大水华和秋季小水华，呈现不同的显性基因型。其中，水温是微囊藻物种交替演替的关键环境因素，夏季主要由有毒微囊藻引发水华，秋季由毒性较小或无毒的微囊藻引发水华。
Chun S J, Cui Y, Lee J J, et al. Network analysis reveals succession of Microcystis genotypes accompanying distinctive microbial modules with recurrent patterns[J]. Water Research, 2019, 170:115326.
[5] 在太湖进行的为期一年的实地研究表明，在开花前至开花期间，内部 P 负荷占水体 TP 的 54%。此外，来自沉积物的内部P负荷（通量高达 6.76 mg/m 2 /d）可能会导致 HAB 的 N:P 比降低，营养状态从 P 限制变为N 限制。
Ding S, Chen M, Gong M, et al. Internal phosphorus loading from sediments causes seasonal nitrogen limitation for harmful algal blooms[J]. Science of The Total Environment, 2018, 625:872-884.
[6] 固氮蓝藻拟柱孢藻在低氮磷比和高氮磷比（7:1、40:1和122:1）下均占主导地位，但在高氮磷比时（40:1与122:1），水体的神经毒素和石杉毒素的显著增加。
Chislock M F, Sharp K L, Wilson A E. Cylindrospermopsis raciborskii dominates under very low and high nitrogen-to-phosphorus ratios[J]. Water Research, 2014, 49:207-214.
文献总结
在富营养化淡水中，季节性蓝藻群落演替主要受温度调节，温度和固氮在富营养淡水中都起着关键作用。虽然早期的蓝藻水华防控策略侧重于减少水体中的磷，但更多的研究表明，氮和磷对蓝藻水华和毒素的产生都有着深远影响。氮的可用性通常决定了蓝藻群落的结构，并与微囊藻毒素水平呈正相关。
研究展望
尽管就营养物质以及蓝藻物种之间的相互作用如何塑造蓝藻群落以及蓝藻毒素的组成和产生开展了大量的研究，但不同的研究由于研究区、实验条件及研究时期不同而针对同一问题解析出不同的结论。单单从蓝藻群落的演替这一切入点就可窥见了蓝藻水华暴发机理的复杂性。未来还需要更系统性的研究，并探究实施双重控制措施（而不是仅基于P的控制）将如何影响蓝藻群落演替、毒素产生以及水华的形成和持续。
分享人介绍
郅晓沙，2020级博士生
研究方向：流域非点源污染与水环境修复
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郅晓沙 | 供稿
张宇涵 | 编辑
陈磊 | 审核
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流域面源污染控制与水环境修复
陈磊
团队负责人
本公众号由北京师范大学面源污染团队运营，重点分享水利工程、环境科学与工程、生态工程、环境系统工程等领域的学术前沿、科普知识，特别是创建了科学家分享系列《失败集》和文献俱乐部；荣获2020年全国百强学术公众号。
团队负责人陈磊，教授，博士生导师，第五批中组部“万人计划”青年拔尖人才获得者，流域非点源污染过程学科团队负责人（2017-2020）。中国水利学会、中国环境科学学会水环境分会、国际水学会（IWA）、中国地理学会理事。主要从事流域非点源污染模拟与控制、水环境模拟与修复、海绵城市机理及设计、流域综合管理等领域研究，在非点源污染过程机理、核算模型和防控模式等方面取得多项关键突破。发表学术论文130余篇，其中在Water Research、Water Resources Research、Journal of Hydrology等权威期刊发表第一/通讯作者SCI检索论文64篇，出版学术专著3部，授权软著/专利10项，获省部级奖励3项。担任Journal of Hydrology等多个国际期刊副主编/客座主编，组织首届大江大河生态保护与修复研讨会、SWAT2016等重要会议，为30余个本领域顶级刊物提供审稿服务，取得了一定的国际影响力。
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