暴雨对太湖产毒蓝藻和藻毒素风险的影响

Microcystins concentration in the waterbody is mainly depending on the toxic algae biomass and its microcystins production. On the other hand, microcystins production of toxic strains of algae and their competitive ability to non-toxic strains associate with environmental factors. For the eutrophic shallow lake with shorter residual time and great spatial heterogeneity of cyanobacterial bloom, heavy rainfall could affect the physical and chemical condition in water bodies, increase the nutrients level, and result in the cyanobacteria diffuse spatially. These environmental changes may influence the growth, competetion, and toxin production of harmful algae. In this work, we perform several investigations covering different ecotypes during heavy rainfall events, high frequency daily monitoring during bloom and rainfall season, and mesocosm experiment at field station in Taihu, a shallow lake with serious cyanobacteria bloom and spatial heterogeneity, to reveal the effects of heavy rainfall events on the community structure of harmful algae, the succession of toxic and non-toxic Microcystis, the content of intracellular and extracellular microcystins, and their relation with the nutrients, pH, dissolved oxygen, organic matter, light during the change. These results will support some scientific reference for harmful algae controlling in the eutrophic lake.

水体藻毒素含量主要由产毒藻种群生物量及其产毒能力决定，而产毒能力及产毒与非产毒种群演替受环境因子影响。对于换水周期短、蓝藻水华状况空间异质性大的富营养化浅水湖泊，极端天气中的暴雨过程会改变水体理化条件、补充水体营养盐、扩散或聚集水体蓝藻水华的空间分布，这些环境变化可能会影响产毒藻类的生长、种群竞争及其产毒等生理行为。本研究拟以蓝藻水华严重且空间异质性大的太湖为例，通过暴雨过程中全湖不同类型湖区调查、水华-雨季复合期间的定点逐日高频观测、野外中宇宙模拟实验等方法，揭示暴雨过程中有害蓝藻的群落结构响应、产毒/无毒株微囊藻的比值响应、胞内/胞外藻毒素含量响应，以及这些响应与营养盐、pH、溶解氧、有机质、光照强度等重要环境条件变化之间的关系，阐明暴雨对蓝藻水华灾害的影响特征，为富营养化湖泊蓝藻水华灾害防控提供科学依据。

水体藻毒素含量主要由产毒藻种群生物量及其产毒能力决定，而产毒能力及产毒与非产毒种群演替受环境因子影响。对于换水周期短、蓝藻水华状况空间异质性大的富营养化浅水湖泊，极端天气中的暴雨过程会改变水体理化条件、补充水体营养盐、扩散或聚集水体蓝藻水华的空间分布，进而可能会影响产毒藻类的生长、种群竞争及其产毒等生理行为。本研究以太湖为例，通过暴雨过程中全湖不同类型湖区调查、暴雨定点的高频观测和历史数据的相结合，揭示了暴雨对与藻毒素动态密切相关环境因子的影响、暴雨对太湖蓝藻的生消及种群演替的影响、暴雨对产毒和非产毒微囊藻种群竞争的影响及其藻毒素效应。结果表明：（1）降雨量（Precipitaion）、水位（Water level）、Temperature和营养盐是影响藻毒素动态变化的关键因子。太湖受流域集中强降水影响，不仅导致水位升高，而且输入了大量氮磷营养负荷，导致不同营养湖区的TN和TP浓度均在暴雨后明显增加。（2）2012至2016年太湖水华蓝藻的优势种发生改变，由2012-2015年的微囊藻水华为优势转变为2016年鱼腥藻和微囊藻水华的交替出现。尤其是2016年春季鱼腥藻水华优势和持续时间明显增加，水华持续整个春季。分析表明，较高的累积水温（AWT）、高可溶性总磷（DTP）和高水位（WL）是影响2016年早春鱼腥藻水华出现和持续的关键因子，可见，降雨导致的高水位和营养盐的输入一定程度上影响了蓝藻优势种的生消和演替。（3）不同营养湖区产毒微囊藻和胞内藻毒素浓度对暴雨的响应不同，营养浓度较高的西北湖区对暴雨的响应不明显，而营养盐浓度相对较低的梅梁湾和贡湖湾湖区的响应较为明显，但营养盐浓度最低的东湖渔洋山的响应最为显著。在典型的5次暴雨后，先是短期的产毒藻丰度、比例和藻毒素浓度减少，而后在降雨后的第7天至15天内很快恢复生长且丰度和比例明显大于降雨前，微囊藻毒素浓度也明显增加。可见，暴雨过程增强了产毒微囊藻的竞争力。本研究为富营养化湖泊蓝藻水华灾害防控提供科学依据。