蓝藻的现状及目前的主要治理方法

蓝藻的现状及目前的主要治理方法摘要：最近几十年蓝藻水华在我国各大富营养化湖泊频繁爆发，形成藻灾。鉴于传统的打捞等治理手段的局限性，新兴的生物技术治理方法以其优越性而备受世人瞩目，渴望成为攻克蓝藻污染的最佳选择。文中从水华的爆发及危害、目前国内外主要的防治措施和研究方向以及蓝藻的生物工程等几个方面进行了论述，以希望能够寻求合理的治理方案。关键词：富营养化蓝藻治理生物技术国家重点治理的“三湖”由于水体富营养化造成的藻害日益严重，其他湖泊如东湖、西湖、洞庭湖、洪湖、鄱阳湖、洪泽湖等也不容乐观，甚至连藏在群山之中、很少点面污染源的千岛湖，也由于游人猛增而水体富营养化，已出现蓝藻大规模增生的趋势。从1998年开始，这种蓝藻泛滥成灾的危机频频出现，并呈迅速蔓延之势。从50年代以来，由于人口急剧增长，工业化和城市化进程加快，大大增加了氮、磷营养物质向水体的排放量，加剧了湖泊等水体富营养化程度，使水体生态环境向恶化方向演变，最终影响经济和社会可持续发展。所以，富营养化问题日益受到世界各国政府和社会各界的关注和重视。中国是一个湖泊众多的国家，大于1平方公里的天然湖泊有2300余个，湖泊面积为70988平方公里，约占全国陆地面积的0.8%，湖泊总储水量为7077多亿立方米。近年来，我国东部南部随着国民经济高速发展，环境污染控制相对滞后，不少水体负荷了超量氮、磷和其他有机污染等营养物，致使湖泊环境不断恶化。湖泊富营养化在中国已是一个突出的环境问题，所以预防治理蓝藻水华已成当务之急。1湖泊富营养化和水华的形成和危害藻类和一些光合细菌能利用氮、磷等无机盐类通过光合作用合成有机质，称为光养型生物。富营养化缓流水体中的光养型生物，如蓝藻、绿藻等，通过光合作用以光能和无机物合成自身生长繁殖的有机物，并在短时间内集中大量繁殖，形成藻灾，即水华。通常春夏秋湖泊中的主要藻类是蓝藻、绿藻。但在重富营养化的湖泊中，自春至夏蓝藻常成为唯一的优势水华种群，其中以微囊藻水华最为严重。蓝藻（cyanobacteria）是全球分布最广的水生、陆生古老光合生物。在富营养化的水体中，当水面无风或微风、水温15~30℃、pH7~9、N:P≈15:1时，蓝藻水华最易爆发。水华是水体富营养化状态下生态平衡破坏的集中体现，在我国以蓝藻水华最为常见。蓝藻（cyanophyta）也称蓝绿藻（blue-greenalgae）、蓝细菌（cyanobacteria），含有光合色素如叶绿素a和捕光色素藻胆蛋白，能进行放氧光合作用。蓝藻形态差异较大，已知有球状、杆状单细胞丝状聚合物（细胞链）两种形体。绝大多数蓝藻个体直径和宽度为3~10μm，当许多个个体聚集在一起，形成肉眼可见的群体。若生长茂盛，可使水体颜色随菌体颜色变化而变化，如滇池铜绿微囊藻（Microcystisaeruginosa）在夏秋两季大量繁殖，形成水华，使水体变色。蓝藻疯长是现代生产与生活导致生态环境的一不平衡状态，是在出现了水体严重营养化情况下又未能及时积极治理造成的。其根本原因是农业、工业、渔业、生活污水大量流入，使水体中氮、磷及有机物含量过高，促使各种浮游水生生物和藻类迅速生长繁殖。其结果是破坏了水资源环境，限制了人类对饮用、工业、农业和景观、娱乐等用水需要。湖泊中藻类短时间集中爆发，属单种生物畸形发展，引起生态平衡破坏，形成藻灾。湖泊藻类死亡后不断向湖底沉积，不断地腐烂分解，也会消耗深层水体大量溶解氧，严重时可能使深层水体溶解氧消耗殆尽而呈厌氧状态，使得需氧生物难以生存，甚至导致水中鱼类大批窒息死亡、水产资源遭到破坏。这种厌氧状态，可以触发或者加速底泥积累的营养物质释放，造成水体营养物质的更高负荷，形成富营养化水体的恶性循环，这种水体腐化变质最终导致湖泊老化和衰亡。蓝藻水化爆发时，水生生态系统的生态平衡受到扰乱，生物多样性遭到破坏，加速了湖泊功能退化。因此必须采取切实有效措施进行预防和综合治理，遏止蓝藻爆发，减缓湖泊富营养化进程，以使水质趋向好转。2国内外水化的主要防治措施和研究新趋势在过去30年中，世界各国对防治水化提出了不少措施，其中典型例子是美国的华盛顿湖，污染了30年，治理历时26年，耗资数十亿。纵观过去30年中世界各国对水化防治措施，诸如废水脱氮去鳞、工业产品改进（禁止含洗涤剂的使用）、排水改道、疏浚底泥、湖水凝聚沉淀处理、稀释和溢流、底泥暴晒与干燥、深层排水、曝气循环、加大水深、湖底覆盖、土壤改良、化学杀藻、生物去类的竞争生物，抑制特征性水华藻类的生长，或者直接利用生物生产除藻剂，在不久的将来，基因工程在防治水体富营养化方面会发挥巨大的作用。通过上述研究，有可能提出一套既有理论基础，又有应用价值的生物治理方案。但急治与缓复实际操作起来却有一定难度，它这与蓝藻水华形成机理尚未研究清楚有很大的关系，所以关于蓝藻生长繁殖与水华形成机理的研究十分必要。3蓝藻生物工程蓝藻是一种能进行放氧光合作用的最简单微生物，是一种宝贵的自然资源，蓝藻生物技术是现代生物技术领域中的重要热点，蓝藻对人类具有众多益处，概括来讲将在蓝藻资源的开发、蓝藻基因工程、环境保护等方面发挥重要作用。蓝藻是丰富的蛋白质资源，其蛋白质含量高达38％～47％，是地球上所有已知生物中最高的。其中藻胆蛋白(phycobiliprotein，简称PBP)含量可达细胞干重的10％～20％。藻胆蛋白主要包括藻蓝蛋白(phycocyanin，简称PC)、别藻蓝蛋白(allophyco—cyanin，简称APC)和藻红蛋白(phycoerythrin，简称PE)三类。藻胆蛋白具有重要的食品功能成分，并且含有高等动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广泛的应用前景。国外市售__的藻胆蛋白一般是从螺旋藻中提取的，这些藻胆蛋白已被高度纯化，具有极高的经济价值和营养价值。与螺旋藻同属蓝藻门的水华蓝藻如微囊藻也含有藻胆蛋白，这对我国利用水华蓝藻生产高附加值生物制品具有重要意义。日本等国正研究利用蓝藻，加工成饲料，并提取制备维生素及营养添加剂。在我国，淡水湖泊爆发水华的藻类以蓝藻为主，每年若从湖中获取5000t藻类(干重)，即相当于从湖泊中除去525t氮和62t磷。可见，合理开发利用水华蓝藻，不仅有一定经济价值，还能减少水体中氮、磷和有机物的含量，减缓湖泊富营养化速度。目前国内外已经开始用水华蓝藻制作肥料、饲料，制取沼气和氢气，提取有用物质。蓝藻将在基因工程领域发挥重要的作用。人类对蓝藻的研究已经有上百年的历史，但应用现代分子生物学技术来研究蓝藻也只是近20年的事情。蓝藻是世界上分布最广的生物，无论是在酷寒的两极，还是在炎热的赤道和干旱的沙漠，都能见到蓝藻的踪迹，它具有非常强的抗逆能力。因此，科学家开始着手研究如何把蓝藻中能够抵抗恶劣环境的基因鉴定并提取出来，利用转基因技术将它转移到农作物中去，这样就使农作物拥有好的抵抗恶劣环境能力。中国在蓝藻基因工程领域的研究已经取得一定成果，比如研究成功的金属硫蛋白转基因蓝藻。蓝藻将在环保领域起到独特的作用。科学家发现很多蓝藻具有能够结合并清除水中有害金属、有害化学物质的能力，甚至有的蓝藻具有一定的海水淡化能力，所以科学家现在正在研究如何利用蓝藻的这些特点进行环境污染监测、环境污染水处理。藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白和藻红蛋白，在免疫分析(im—munoassay)、荧光显微镜(fluorescencemicroscopy)和流式荧光细胞仪(fIowcytofluorimetry)等分析中是很好的生化探针(biochemicaltracer)，可在环境污染的生物监测方面发挥重要作用。我国还建成了几个大型工业化的蓝藻生产基地，比如云南的螺旋藻生产基地以及北京、上海等地利用生物技术制作生物反应器的养殖基地。中国所拥有的蓝藻种类分布是世界上最多的，有非常好的先天条件，加上生物技术在这几