近年来，我国水污染防治攻坚战取得了显著成效。但在一些地区，水华依旧是困扰水生态环境质量提高的难点和痛点问题。《群众身边水体保护治理行动方案》（以下简称《方案》）提出到2030年实现“无异色、无异味、无异物”（以下简称“三无”）目标。这对水华机理研究提出了怎样的新要求？基层又该如何精准防控？记者就此专访了中国环境科学研究院湖泊生态环境研究所所长、研究员姜霞。

    中国环境报：近年来，一些地区出现了水华从大河大湖向支流沟渠蔓延的现象。这是否意味着水华问题的空间格局正在发生变化？这种变化对开展水华机理研究、水环境整治等工作提出了什么挑战？

    姜霞：蓝藻起源于约25亿年前，是地球上最早进行产氧光合作用的生物，长期演化筛选出极强的抗逆基因组，拥有远高于真核藻类的环境耐受阈值。蓝藻优势株系的适应性演化不完全依赖长期、渐进式的基因突变累积，不同蓝藻株系可以通过水平基因转移获得适应性功能，如快速获得固氮、产毒素、磷储存、抗紫外、群体聚集等相关基因，短时间内形成具备强竞争优势、易触发水华暴发的变异株，叠加全球气候变暖和流域氮磷持续输入等环境驱动，蓝藻水华防控也成为全球性生态治理难题。

    一些地区出现了水华从大河大湖向支流沟渠蔓延的现象，恰好说明我国治水成效显著。事实上，黑臭水体和贫营养水体都很难发生水华。十多年的污染防治攻坚战，使我国的地表水环境质量得到明显改善，水质和透明度都有所提升，生物多样性开始好转，各种藻类也开始萌发繁殖，在适宜的气候和水动力条件下，水华迅速增殖和暴发，从而出现了水华从大河大湖向支流沟渠蔓延的现象。

    这说明了我们的治理是有效的，方向是对的。但也对我们的水环境综合整治提出了更高的要求，即进一步提升群众身边水体水质，改善水生境条件，构建健康生态系统，从而有效防控水华发生，实现“三无”目标。

    中国环境报：为何要在《方案》中提出加强水华机理研究？

    姜霞：水华暴发会导致水体异色、异味、大量藻类漂浮聚集，因此，强化水华机理研究是实现这项治理目标不可或缺的科学支撑。

    以往，水华暴发机理研究通常集中在太湖、巢湖等天然大型湖泊，小微水体水华暴发的研究基础薄弱。群众身边水体通常以城市小微湖泊、景观塘、河道、农村坑塘等小型缓滞水体为主。这类水体面积小、水深浅、封闭性强、受人类活动干扰密集，热环境、营养循环、水力条件均有利于水华暴发。

    小型水体水华因缺乏针对性机理认知，治理措施容易治标不治本，形成反复治理反复暴发的恶性循环。

    当前，多数小微水体水华治理以应急处置为主，水华暴发后再实施曝气、药剂、打捞，成本高，且药剂、絮凝剂存在次生风险，难以持续保障“三无”稳态目标。单纯依靠末端打捞、应急消杀，只能短期清除表象，无法阻断水华周期性复发。

    因此，《方案》中提出开展水华发生机理研究，拟通过厘清驱动机理，找准营养盐阈值、水力调度、温度耦合等关键管控节点，识别水华早期预警信号，推动管控模式前置，实现预防优先、源头调控，避免季节性反复反弹。

    此外，群众身边水体类型多元：城区景观水体、农村坑塘、城郊连通河道水文、污染源、管护条件各不相同。通过机理研究，可区分不同类型水体水华主导驱动因子，厘清内源释放、面源污染、热力分层、水力停滞各自贡献，为分类制定总磷管控标准、生态修复方案、调度管控规则提供科学依据，避免“一刀切”治理。

    中国环境报：从科研角度，您如何看待“三无”目标对水华机理研究提出的新要求？

    姜霞：传统水华评价指标常以叶绿素a、蓝藻藻细胞密度等强度指标为主，现在治水不再只看水里藻类数值，而是提出了“无异色、无异味、无漂浮杂物”的老百姓直观标准，盯着老百姓亲眼能看见、鼻子能闻到的问题，科研思路主要有五大变化：

    一是研究导向不再只看重蓝藻多少，重点管老百姓的直观感受。不仅要盯大面积/高强度蓝藻水华，还要关注到底多少藻类、多少臭味物质会让人看着、闻着不舒服，分清“水里长藻”和“看着难闻、看着脏”的界限。

    二是研究范围从大型湖库延伸到老百姓身边的水塘、沟渠、城市湖泊。这类水体水浅、底泥易悬浮，因此要搞明白下雨、底泥释放和换水等对水华发生的影响规律。

    三是机理研究从“藻类暴发机制”延伸至“致色、致嗅、漂浮全过程机理”。不仅主要研究藻类怎么疯长，还要搞懂水发绿、发臭、湖泛的整套过程。

    四是驱动机制从单因子、稳态条件向多因子、多情景动态复发机理解析转变。研究要综合气候、流速、养分、水体生态健康状况等多种条件下水华暴发的主要原因，筛选出水华防控的有效技术和工程措施。

    五是成果转化从偏重基础理论走向面向实战的应用导向。科研不能只停留在书本理论，“三无”是实打实要落地完成的治理目标，要做出能直接用来治水的实用工具。一方面做预警工具，提前预判水体变绿、发臭、长藻；另一方面研发便宜、无副作用的控藻办法。

    中国环境报：群众身边水体多为小微水体、支流及坑塘沟渠，其水华发生机理与大型湖泊（如太湖、滇池）有何本质差异？

    姜霞：群众身边水体与大型湖泊的藻类生长均依赖光照、温度、营养盐。但小微水体的水华发生机理与大小湖泊存在显著差异。

    水动力特征不同。大型湖泊的水动力以大尺度风生流为主，水力停留时间相对稳定，水体交换具有连续性；小微水体水力停留时间受人为调度和降雨等的影响跨度极大，水体交换是间歇性脉冲式（雨水溢流、人工间歇性换水、泵站调度），不存在稳定持续的水文条件；大型湖泊的富营养化、水华模型默认“连续稳态输入”，小微水体是脉冲扰动驱动的非稳态系统。举一个典型现象：同样总磷浓度0.08mg/L，大型湖泊不一定暴发蓝藻水华；小型封闭景观塘在一场暴雨径流输入叠加持续高温下，1天—3天即可快速起藻。

    稳态转换路径不一样。大型浅水湖泊清水草型稳态与浊水藻型稳态可以互相转换，但转换存在临界阈值、滞后效应。小微水体生态脆弱，暴雨、大风、清淤、渔业等都能摧毁沉水植被，系统直接跳转藻型稳态。大型湖泊草藻竞争是长期季节尺度博弈，小微水体稳态切换可以是事件驱动、瞬时跳转。

    营养盐供给模式不同。大型河湖营养盐供给模式为外源持续输入+季节性内源释放。小微水体营养盐以外源突发性脉冲负荷为主（初期雨水、合流制溢流），很多小微水体总氮总磷年均浓度不高，但短时生物可利用营养盐暴发式提升诱发水华。此外，小微水体有机氮、有机磷、落叶腐殖质降解带来的营养供给占比远高于大型湖泊。

    中国环境报：目前针对这类水体的水华研究还存在哪些困难？

    姜霞：一是非稳态驱动机制难以刻画。小微水体水文条件极不稳定，无稳定水动力环境，水体交换、营养盐输入以暴雨径流、人工换水等脉冲式事件为主，短时可暴发高浓度生物可利用营养盐。

    二是多扰动耦合效应难以解析。小微水体长期受城市热岛、人类活动与泥水界面内源释放的多重复合胁迫影响，其生态缓冲容量极低，草藻稳态转换具备事件驱动、瞬时跳转特征，群落演替快、反弹滞后效应强，难以定量识别水华主控因子。

    三是过程观测与理论模型存在短板。小微水体分布零散、体量微小，常规监测与遥感手段较难捕捉短时、突发性水华全过程，无法精准模拟水华暴发、消亡及反复反弹的演化规律，不利于筛选高效管用的防控措施。

    中国环境报：从水华机理研究的角度，群众身边水体的水华暴发是哪些关键因子驱动的？氮磷比、水动力条件、底泥内源释放、温度光照等因素在这些小微水体中如何进行耦合作用？

    姜霞：群众身边水体主要包括城市景观塘、小型内河、乡村坑塘、小区水景等浅水小微水体，普遍具备水域面积小、水深浅、水体流动性弱、人为干扰频繁、人工调控措施多、生态系统结构简单等特征。其水华驱动机制与氮磷营养盐、水动力、底泥内源、温度光照等密切相关。

    外源氮磷负荷输入叠加内源氮磷释放共同决定水体氮磷水平，为藻类暴发提供了营养条件；气温升高与充足的光照条件促进了底泥中休眠蓝藻孢子萌发，有机质分解降低水体溶氧含量促进了活性磷的释放，这些都为藻类的持续暴发提供了营养条件；水动力条件（曝气、循环、补水）是一把“双刃剑”，调控时机得当，能够减少水华暴发和藻团的聚集；调控不当，则会加剧内源释放，反而加重水华。

    中国环境报：坑塘沟渠等水体往往流动性差、自净能力弱，极易形成“静水—富营养化—水华”的恶性循环。从机理层面，打破这一循环的关键节点在哪里？

    姜霞：坑塘、沟渠属于典型浅水封闭/半封闭小微静水水体，“静水”是水华暴发的适宜生境条件，富营养化是水华暴发的物质基础，而水华是“静水—富营养化”导致的生态系统失衡的表观结果，三者形成正向自我强化的闭环反馈。

    静水条件有利于藻类生长、阻碍藻类扩散、利于藻团上浮聚集形成水华。大量藻体衰亡沉降导致底泥有机质持续累积，进一步加剧底泥耗氧、内源磷释放，持续抬高水体营养基线，次年水华更容易暴发。打破恶性循环的可在以下三大核心关键节点开展工作：

    一是外源污染截污（削减外部氮磷输入），外源负荷是初始富营养化诱因，因此要坚定不移开展流域污染减排。

    二是调控水动力，打破“长期静水稳态”。静水状态构建了藻类生长、内源释放与藻类富集的有利环境，因此适度水体交换、周期性扰动可以破坏热力分层，提升底层溶解氧，抑制底泥磷释放；缩短水力滞留时间，带走水体悬浮藻类与溶解营养盐，降低藻类累积概率；但持续剧烈扰动会掀起底泥颗粒，反而促进磷释放，形成负面效应。因此需要间歇性、适度水力调控。

    三是阻断内源污染释放和藻体衰亡沉降带来的有机质闭环反馈。外源输入会导致营养物在底泥中的累积；水华发生后，大量藻类沉降和藻类孢子也沉积在底泥中，为次年水华暴发提供了营养物和藻源。因此，可通过冬季在藻类聚集沉积区开展环保疏浚，配合构建水生生物食物链，利用浮游动物、鱼类控藻；重建沉水植被，竞争营养、抑制藻类，减少沉降有机质输入底泥。

    中国环境报：湖泊所近年来在哪些典型地区开展过群众身边水体（如农村坑塘、城市小微水体）的水华机理研究？能否分享一个具体案例，说明摸清机理如何指导了精准治理？

    姜霞：中国环境科学研究院的湖泊所一直协助生态环境部开展湖泊水华发生机理与防控技术研究，近年来协助部水司出台了《重点湖库水华预警工作机制（修订）》《重点湖库水华预警应对工作预案（试行）》《湖库水华应急控制技术工具箱》等文件。同时，作为湖泊水污染治理与生态修复技术国家工程实验室的主要依托单位，在研究太湖、巢湖、洱海等大型湖泊水华发生机理及防控技术的同时，也围绕小微水体（如云南昆明的翠湖、浙江嘉兴的祥符荡）的水华发生机理与防控技术开展了系统的研究，并进行了工程化的示范应用。

    以云南昆明的翠湖为例，针对降雨导致的初期污染雨水对水体水质的冲击影响，采用了适应降雨大水量冲击的滤料和靶向微生物联用设备；针对滞水区水流不畅导致有机质累积、溶氧降低问题，快速筛选高效土著靶向微生物，通过固定化技术形成载体柱，微纳米曝气技术结合，实现菌液快速扩散、增殖，降解水体中的黑臭有机质同时，提高水体溶解氧含量；依据草藻稳态转化理论，实施沉水植物恢复及水生动物生态量管理，工程实施后透明度显著提升，可以达到1米以上，不足1米的水体可清澈见底；水质达到地表Ⅲ类水。以机理研究指导工程建设和运维，能够有效提高修复成功率，且具有运行维护简单、成本低、效果持久等特点。

    此外，湖泊所还支撑了嘉兴南湖、长三角一体化核心区祥符荡、昆明震庄迎宾馆景观水体、杭州西湖涌金池、湖滨一公园、大华饭店水环境提升、重庆凤鸣湖水生态修复等的工程建设，均取得良好的应用效果。

    中国环境报：对基层生态环境部门在开展群众身边水体水华防控工作时，有哪些基于科学机理的实操建议？

    姜霞：群众身边小微水体应急处置见效快，但长效稳定治理难度更大，受高频人为扰动影响，修复系统极易发生稳态逆转。因此其水华，需立足营养盐限制、底泥释磷、草藻稳态转换等机理，分类施策、长短结合。

    一是源头控污，小型水体多为磷限制系统，优先治理雨污混排直排、养殖尾水等重点污染源，入水口布设生态缓冲带削减雨季面源脉冲污染，从源头降低藻类增殖底物供给。

    二是精准管控内源污染，冬季清理表层富有机质和藻种的浮泥；合理布设底层曝气，抑制底泥厌氧释磷。

    三是优化水力条件，打通断头浜、适度调度活水，控制水体滞留时间，维持合理水深，消除静水区蓝藻聚集条件。

    四是稳步推进生态修复，在外源污染管控基础上构建沉水、挺水植物群落，推动水体向清水草型稳态转化。

来源：中国环境APP