编辑推荐：
蓝藻水华（Cyanobacterial blooms）频发影响淡水生态，为探究其形成机制，研究人员结合太湖实地监测与人工模拟实验，发现调整水动力场强度可缓解蓝藻水华，为水华治理提供新方向。
在全球众多淡水湖泊中，蓝藻水华现象频繁出现，成为令人头疼的环境难题。蓝藻水华主要由微囊藻（Microcystis）产生，这种藻类细胞能聚集形成从几微米到几毫米的群体。在温暖的气候条件下，这些群体向上漂浮，形成大面积的水华。水华不仅会耗尽水中的溶解氧，还会严重破坏水生生态系统的正常功能，对湖泊生态平衡造成极大威胁。
此前，虽然知道蓝藻水华形成的关键因素包括大量的生物量和适宜的水动力条件，但在研究方面仍存在诸多不足。以往的研究仅报道了常见水动力参数（如风速和流速）对蓝藻繁殖的影响，缺乏基于实际监测数据的流场分析，而且对于控制蓝藻繁殖和水华爆发的阈值及机制，在流体力学方面也存在很多空白。为了填补这些空白，深入了解蓝藻水华的形成机制，进而有效防控水华，国内的研究人员开展了一项极具意义的研究。
研究人员针对太湖蓝藻水华频繁爆发区域 —— 竺山湖（31.4113°N，120.0373°E）的水动力场参数（波高、流速和风速）进行了长时间监测。基于监测数据，设置了三种水动力场环境，分别为风速 3m/s、风速 3m/s 且波高 0.03m、风速 3m/s 且波高 0.10m。利用粒子图像测速技术（PIV）对人工水动力场数据进行量化，并与太湖的监测数据相互验证。通过测量蓝藻的关键生长指标（如细胞密度、叶绿素 a 含量、PSII 最大光化学效率（Fv/fm）和二氧化碳（CO2）），探究水动力场对蓝藻生物量的影响。同时，测量蓝藻胞外聚合物（bEPS）、粒径、zeta 电位和聚集比例，以此评估蓝藻水华的形成情况。此外，研究人员还测定了与水动力场干扰引起的氧化应激损伤相关的酶活性和基因表达，来深入探究影响蓝藻水华形成的机制。最后，运用结构方程模型（SEM）分析各影响因素之间的相关性，为进一步控制蓝藻水华提供理论依据。
在研究过程中，研究人员用到了几个主要关键的技术方法。首先是长期监测技术，对太湖竺山湖的水动力场参数进行长时间监测，获取大量一手数据。其次是人工模拟实验，在实验室模拟不同的水动力场环境，为研究提供可控的实验条件。粒子图像测速技术（PIV）也是重要的研究手段，用于量化人工水动力场数据。此外，还运用了多种测量技术，测量蓝藻的各项生长指标、生理指标以及相关酶活性和基因表达等。
下面来看具体的研究结果。在不同水动力场的水动力特征方面，通过 PIV 系统测量发现，对照组（CK）四个平面的流速较小，垂直速度范围在 0.002 - 0.004m/s。而在低波（L-wave，风速 3m/s，波高 0.03m）条件下，流速更高（0.004 - 0.008m/s），且几乎所有平面在垂直方向都呈现向上的流速，这种环境更适合蓝藻的某些生理活动。在 L-wave 条件下，二氧化碳（CO2）含量的增加促进了蓝藻细胞密度、叶绿素 a 含量以及 PSII 最大光化学效率（Fv/fm）达到峰值。同时，0.004 - 0.008m/s 的水流增加了蓝藻细胞间的碰撞频率，激活了抗氧化酶的活性，使得蓝藻在 L-wave 条件下分泌更多的胞外聚合物（EPS）和 α-d - 吡喃葡萄糖，从而增强了细胞间的黏附性。在这种条件下，蓝藻细胞的最大尺寸被观测到，这强烈表明低风浪环境促进了蓝藻水华的形成。然而，当进一步增强水动力场强度，模拟高波（H-wave，风速 3m/s，波高 0.1m）环境时，情况发生了变化。H-wave 条件下过高的剪切应力（4.54×10?2 Pa）产生了大量的活性氧（ROS），对蓝藻造成氧化应激损伤。过氧化物还原酶（prx）的表达增加了 1.57 倍，充分证实了在 H-wave 环境中蓝藻细胞内 ROS 清除系统的失衡，进而抑制了蓝藻水华的形成。通过结合太湖的监测和模拟实验，并运用结构方程模型（SEM）分析，研究人员发现调整水动力场强度、控制蓝藻群体形成和生物量，是缓解蓝藻水华爆发的有效策略。
综合研究结论和讨论部分，这项研究具有重要意义。研究人员通过结合实地监测与人工模拟实验，确定了水动力场影响蓝藻水华形成的阈值和机制。研究发现，适宜的水动力场环境（如 L-wave 条件）会促进蓝藻水华的形成，而当水动力场强度超过一定阈值（如 H-wave 条件）时，则会抑制水华的形成。这一研究成果为蓝藻水华的防控提供了新的理论依据和方向，有助于相关部门制定更加科学有效的水华治理策略，对于保护淡水湖泊生态系统的稳定和健康具有重要的现实意义。该研究发表在《Algal Research》上，为该领域的研究提供了有价值的参考。
