重复低剂量铜除藻剂处理促进有益浮游植物与浮游动物群落的生态调控策略及其在有害藻华治理中的应用

本研究针对传统碱度法铜除藻剂(>250 μg/L Cu)剂量过高、生态破坏性强的问题，通过多重线性回归(MLR)模型开发了低剂量铜(40-80 μg/L Cu)重复处理策略。结果表明，低剂量处理在有效抑制蓝藻的同时，显著保护了绿藻(Chlorophytes)和浮游动物(Zooplankton)群落，解决了高剂量处理导致的生态失衡和铜耐受性发展问题，为水产养殖和饮用水源管理提供了更可持续的藻华控制方案。

　　

在全球淡水生态系统面临有害藻华(Harmful Algal Blooms, HABs)日益严重威胁的背景下，如何有效控制蓝藻暴发同时维护水生生态平衡成为环境管理的核心难题。传统铜除藻剂虽然经济高效，但沿用四十余年的碱度法剂量标准(通常>250 μg/L Cu)存在明显缺陷——不仅远超实际除藻需求，还会无差别杀伤有益绿藻和浮游动物，破坏营养循环，甚至诱发蓝藻的铜耐受性。更矛盾的是，高剂量铜在反复使用后效果递减，形成"用药越多、效果越差"的恶性循环。

为破解这一困境，奥本大学渔业、水产养殖与水科学学院的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表了一项突破性研究。他们基于前期开发的多重线性回归(Multiple Linear Regression, MLR)模型，创新性地提出"重复低剂量铜处理"策略，通过42天中宇宙(mesocosm)实验，系统比较了传统碱度法剂量(350 μg/L Cu)、全MLR剂量(80 μg/L Cu)和半MLR剂量(40 μg/L Cu)的生态效应。

研究采用现场中宇宙实验设计，从超富营养化养殖池塘取水，通过添加碳酸氢钠调节碱度至140 mg/L CaCO₃模拟真实环境。关键技术支持包括：电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定溶解铜浓度，荧光分光光度法分析叶绿素-a(Chlorophyll-a)和藻蓝蛋白(Phycocyanin)含量，显微镜计数与生物量计算评估浮游植物和浮游群落变化，以及Gran滴定法测定总碱度等水质参数。

3.1. 总溶解铜动态

实测铜浓度仅为名义浓度的60-70%，表明铜迅速转化为颗粒态。高剂量组(350 μg/L)铜持续残留，42天后仍超标10倍(380 μg/L)，而MLR剂量组14天内即恢复本底水平。

3.2. 浮游植物色素变化

所有处理均实现93%的蓝藻初始抑制，但长期效果迥异：半MLR剂量实现持续藻类抑制，全MLR剂量维持藻量稳定，而传统剂量组出现蓝藻反弹，第三次处理后完全失效。

3.3. 浮游生物量演变

半MLR剂量在保持蓝藻抑制的同时，使绿藻生物量损失仅5%，而传统剂量导致绿藻减少52%。更关键的是，传统剂量处理后蓝藻生物量反超对照组近一倍，证实高剂量加剧生态风险。

3.4. 浮游动物响应

传统剂量导致浮游动物总生物量暴跌92%，枝角类(Cladocera)近乎灭绝；全MLR剂量使枝角类减少99%但保留桡足类(Copepods)；半MLR剂量则完全不影响浮游动物群落结构。

3.5. 辅助水质参数

碱度、硬度、pH和溶解有机碳(DOC)等毒性修饰因子(Toxicity Modifying Factors, TMFs)无显著组间差异，排除环境干扰。

这项研究揭示了低剂量策略的三大核心优势：其一，40 μg/L铜即可实现与高剂量相当的蓝藻控制效果，且不会引发耐受性；其二，低剂量保护了绿藻的养分循环功能和浮游动物的摄食调控作用，形成天然藻控机制；其三，半MLR剂量使铜投入减少90%，极大降低经济成本与沉积物积累风险。

讨论部分深入剖析了生态权衡：全MLR剂量虽保留桡足类，但枝角类灭绝导致藻类控制依赖化学手段；而半MLR剂量通过保护枝角类 grazing pressure(摄食压力)，构建了"化学抑制+生物调控"的双重屏障。传统剂量则因破坏生态平衡引发蓝藻报复性增殖，印证了"生态位vacated niches"理论。

该研究不仅为水产养殖、娱乐水体和饮用水源管理提供了精确化除藻方案，更开创了以生态协调为核心的水体管理新范式。MLR模型通过整合pH和DOC等生物有效性参数，实现了从"一刀切"到"量体裁衣"的剂量革命，为全球应对藻华威胁提供了兼顾高效性与可持续性的科学路径。