用鰱鳙濾食性魚類來消化藍藻水華：“非經(jīng)典生物操縱”論的出處來源

在富營養(yǎng)湖泊中，藍藻常常大量繁殖，并浮在水面上形成像綠油漆一樣的水華。形成水華的藍藻常常產(chǎn)生毒素和異味物質(zhì)，危及飲水安全，影響水體景觀，損害人類健康，已成為全球性的環(huán)境問題。湖泊藍藻水華治理是一個耗資巨大且緩慢的過程，水華的生態(tài)控制更是世界性難題。中科院水生生物研究所謝平團隊，數(shù)十年來圍繞水華藍藻的生態(tài)學(xué)、毒理學(xué)與生物控制等開展研究，取得了一系列重要成果。

“經(jīng)典生物操縱”控藻理論

20世紀70年代，西方學(xué)者提出了通過控制食浮游生物魚類（顆粒捕食魚類）促進大型浮游動物——枝角類以達到控制藻類水華的目的，稱之為 “經(jīng)典生物操縱”理論，食浮游生物魚類的控制可以通過移去或投放兇猛魚類的方式來實現(xiàn)，但面臨的最大問題就是枝角類無法有效控制形成水華的藍藻，一是其濾食的顆粒大小有限，二是其壽命短、季節(jié)更替太快，因此，在藍藻水華的控制上難以派上用場。枝角類等的濾食甚至還會有利于難以被其攝食的絲狀藍藻或微囊藻群體的發(fā)展，因此可能反而會增加生物操作后有毒水華形成的風(fēng)險。廣義的生物操縱還包括對生物群落其它關(guān)鍵組分的調(diào)控。生物操縱的主要目的就是為了降低藍藻水華的風(fēng)險，但幾乎沒什么研究報道僅通過兇猛性魚類的投放成功降低了藍藻的案例。

圖示：生物操縱原理示意圖。紫色實線箭頭表示經(jīng)典生物操縱路徑，紅色實線箭頭表示非經(jīng)典生物操縱路徑。經(jīng)典生物操縱遏制顆粒捕食性質(zhì)的食浮游生物魚類，促進大型浮游動物（攝食范圍一般小于10～20微米）的繁榮，但只能控制小型藻類而無法攝食形成群體的藍藻；非經(jīng)典生物操縱依賴濾食性的食浮游生物魚類（攝食范圍一般大于10～20微米），可有效控制形成群體的藍藻。兩類浮游生物食性魚類對小型浮游動物的影響均較弱（綠色箭頭），但對大型浮游動物的影響均較強。

中國專家提出“非經(jīng)典生物操縱”

1989年，謝平在海外獲博士學(xué)位后回國，與中科院水生所劉建康院士一起，對藍藻水華展開研究。在圍隔實驗時，在投放鰱、鳙兩種魚類后，在東湖中消失了幾年的藍藻水華在沒放魚的圍隔中再次出現(xiàn)了，而在放魚圍隔中沒有水華。謝平敏銳地意識到可能是魚類的攝食導(dǎo)致了藍藻水華的消逝，并進行了一系列的圍隔實驗，證實了這一假設(shè)。

基于對武漢東湖等淡水湖泊多年的長期生態(tài)監(jiān)測、大型圍欄實驗和一系列實驗等跨尺度的整合研究，1997年，謝平與劉建康院士正式提出了控制兇猛魚類、增殖鰱鳙等濾食性魚類，來遏制藍藻水華的“非經(jīng)典生物操縱”理論，克服了歐美流行的“經(jīng)典生物操縱”中，大型枝角類不能控制群體藍藻的根本缺陷，將有害藍藻的生物控制轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N人與自然良好共生的循環(huán)、可再生型的生產(chǎn)系統(tǒng)管理模式。謝平因此獲得了著名的國際湖沼學(xué)獎—生態(tài)學(xué)琵琶湖獎。

中國科學(xué)院水生生物研究所劉建康院士和謝平研究員提出的利用濾食性魚類——鰱、鳙控制藍藻水華的“非經(jīng)典生物操縱”理論，這是基于對武漢東湖半個世紀藍藻水華消長過程及驅(qū)動機制探索、多年的受控實驗研究及攝食生態(tài)學(xué)等綜合研究的基礎(chǔ)上提出的，而且這種濾食性魚類能抵抗微囊藻毒素，能以有毒藍藻為食實現(xiàn)快速生長。當(dāng)然，鰱、鳙的食性有所差別——鰱的鰓耙較密，而鳙的鰓耙較稀，在同樣的條件下，鰱攝食的藻類比鳙多，但鳙攝食的浮游動物比鰱多。在東亞之外，生活在熱帶的羅非魚雖然有一定的濾食特性，但它難以度過溫帶或亞熱帶地區(qū)的冬季。

2021年將東湖藍藻水華面積降低至0

2021年，武漢東湖時隔36年再次爆發(fā)藍藻水華，主湖區(qū)水華面積一度接近87%。謝平團隊臨危受命，帶領(lǐng)技術(shù)團隊對東湖生態(tài)站長期監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了系統(tǒng)分析，對東湖管理措施的變化進行了多次調(diào)研，找出了2021年藍藻爆發(fā)關(guān)鍵要因，制定了科學(xué)的生態(tài)調(diào)控方案并監(jiān)督實施，用“非經(jīng)典生物操縱”理論，通過科學(xué)調(diào)控鰱、鳙的養(yǎng)殖密度，有效地將藍藻水華的覆蓋面積降低到了2022年的0%。為《濕地公約》第十四屆締約方大會在東湖的順利召開提供了基礎(chǔ)保障，產(chǎn)生了顯著的社會經(jīng)濟效益。同時，也驗證了非經(jīng)典生物操縱理論的正確性，為我國大型湖庫藍藻水華的防控提供了一條成本低且高效的技術(shù)途徑。

團隊還研究了影響“非經(jīng)典生物操縱”理論有效性的可能因素，發(fā)現(xiàn)它不僅與魚類的現(xiàn)存量、生態(tài)位分化和形狀嗜好性有關(guān)，也受到水體營養(yǎng)狀態(tài)的影響。特別是，與絲狀藍藻相比，鰱、鳙能更有效的攝食群體微囊藻，但也導(dǎo)致小型藻類的增多，“非經(jīng)典生物操縱”能防止或削減濾食性的浮游動物不能攝食的水華藍藻，從而為遏制富營養(yǎng)水體中的嚴重的藍藻水華提供了一個有效的、可持續(xù)的水質(zhì)生態(tài)處理技術(shù)。目前，“非經(jīng)典生物操縱”已成為我國應(yīng)用最廣的藍藻生物控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

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