奥基乔比湖是佛罗里达州最大的湖泊，也是美国东南部第二大湖泊。过去二十年，湖中出现了大量蓝藻(微囊藻)，这些藻类被冲入附近的城市河口，造成了严重的环境和公共卫生问题。

工业、农业和城市发展产生的过量营养物(尤其是氮和磷)是全球范围内造成有害藻华的众所周知的原因。从历史上看，奥基乔比湖仅因磷而受损，因此人们开始有针对性地努力减少流域内农业来源的磷径流。

现在，新的研究标志着了解和保护这一重要生态系统的突破性进展。佛罗里达大西洋大学港口分校海洋研究所的研究人员首次对南佛罗里达州的奥基乔比湖水道进行了全面采样，该水道从东海岸的圣露西河口延伸到西海岸的卡卢萨哈奇河口。

为了确定近期蓝藻爆发的原因，研究人员在奥基乔比湖水道进行了两次研究巡航，并对这些爆发进行了三次采样。他们测量了浮游植物中的氮同位素，以查看是否与人类排泄物或肥料有关。

这项研究结果发表在《有害藻类》杂志上，结果表明，要对抗奥基乔比湖的有害藻类暴发，就需要控制磷和氮，而人类排泄物对微囊藻暴发也产生了一定影响。研究结果还强调了降雨和极端降雨事件在推动这些大规模藻类暴发中的重要性。

城市化河口和基西米河的无机氮含量升高，基西米河向北延伸穿过基西米湖链到达大奥兰多地区，其水流入奥基乔比湖。此外，奥兰多不断扩大的城市化被认为是导致奥基乔比湖藻华日益盛行的一个因素。

2018年7月，北迈尔斯堡北岸公园微囊藻爆发期间，BrianLapointe博士正在卡卢萨哈奇河口采集样本。图片来源：BrianCousin

“根据我们的研究结果，仅仅关注减少磷的策略是不够的，”资深作者、佛罗里达大西洋大学港口分校研究教授BrianLapointe博士说。

“为了应对有毒蓝藻的爆发，我们需要减少氮和磷的排放。管理这两种营养物质至关重要，因为它们的综合影响往往会导致更严重和持久的有害藻类爆发。在圣露西和卡卢萨哈奇河流域等城市地区，人类排泄物是这些营养物质的主要来源。”

研究结果显示，奥基乔比湖的藻类状况多年来发生了重大变化。湖中的氮磷比、微囊藻毒素和微囊藻细胞数量现在都高于前几十年。磷含量从20世纪70年代中期的每升50微克增加到20世纪90年代末的每升100微克以上。磷含量的上升促进了有害蓝藻(如Dolichospermum)的生长，这些蓝藻开始胜过其他藻类。

采样时间为2018年至2021年，巡游时间为2019年和2020年。这种方法提供了在某个时间点或一段规定时间内整个水道状况的详细、统一快照，而不是孤立或零星的采样。

2004-2005年的飓风导致水生植物和鱼类大量死亡，此后，有毒的微囊藻在5月至10月的温暖潮湿季节在湖中变得更加普遍。2013年、2016年和2018年也出现了类似的大规模水华。由于研究航行是在2019年和2020年进行的，这两个年份相对干旱，研究人员没有在圣露西或卡卢萨哈奇河口观察到任何大规模的微囊藻水华。

“在这些降雨事件中，氮负荷会大幅增加，我们现在意识到2013年、2016年和2018年都发生过这种情况，”拉波因特说。“在这些极端降雨事件之后，湖泊和河口出现了大规模的藻华。”

研究结果还显示，城市化的卡卢萨哈奇河口和圣露西河口的营养物含量较高，促进了这些地区的藻华形成。营养物(铵、硝酸盐和磷酸盐)具有很强的反应性，这就是为什么研究人员在这些河口的水面上观察到了厚厚的“浮渣”。

“当奥基乔比湖的水和微囊藻被排放到河口时，它们的生长反应就像‘奇迹生长’一样，”拉波因特说。“我们发现河口的铵、硝酸盐和磷酸盐浓度最高。这些营养物质通常与人类排泄物有关。具体来说，我们观察到氮同位素水平升高，这表明人类排泄物是这种氮的重要来源。”

研究人员还发现不同地点的水质条件存在显著差异，影响了藻华的扩散和强度。最大的藻华发生在帕霍基码头和科勒角，这两个地方受到人类排泄物的严重影响。

拉波因特说：“佛罗里达群岛的证据显示出类似的氮富集趋势，我们的研究表明，这种变化可能发生在整个流域。”

以前，奥基乔比湖流域的水自然流经大沼泽地向南流动。然而，水管理系统的变化导致了奥基乔比湖水道的建立，该水道定期改变湖水的方向。它通过C-44运河向东流入圣露西河口，通过C-43运河向西流入卡卢萨哈奇河和河口。

“奥基乔比湖和圣露西河口的微囊藻水华及其毒性受氮含量影响，我们的研究表明，氮富集正在增加。减少氮含量对于控制湖泊水道和下游河口的有害藻华至关重要，”论文合著者、佛罗里达大西洋大学港口分校助理研究教授RachelBrewton博士说。

“鉴于基西米河上游的氮负荷很高，减少这些投入应该是当务之急。虽然奥基乔比湖没有为氮设定总最大日负荷，就像为磷设定一样，但圣露西河口和卡卢萨哈奇河口有，而且最近针对湖泊支流的计划旨在解决氮减排问题。”

这些藻华的影响因流域的大小以及接收水域的具体条件(如水文和化学性质)而异。

“在实验室中，我们通过分析水样中的细胞浓度和色素来测量叶绿素a、微囊藻毒素以及微囊藻和其他浮游植物的数量，”论文合著者、佛罗里达大西洋大学港口分校副研究员马尔科姆·麦克法兰博士说道。

“我们使用流式细胞术对研究船上的水样进行分析，以便分析活藻细胞并避免因保存和储存造成的损失。”

大型湖泊、河流、河口和沿海地区越来越多地受到这些藻华的影响，人们担心有害藻华及其相关毒素的日益频繁可能会进一步威胁未来的饮用水供应、娱乐活动、旅游业和渔业。

“这些藻华不仅影响佛罗里达州重要的水资源，还对全国的公共卫生、环境质量和经济福祉产生影响，”拉波因特说。“了解这些变化有助于我们应对保护水资源的挑战，并确保全国各地社区都能获得清洁、安全的水。”

这项研究支持改善奥基乔比湖以北的废水处理和蓄水的必要性，包括由南佛罗里达水管理区牵头的奥基乔比湖流域恢复项目和奥基乔比湖A组件水库项目。

这项研究的共同作者是佛罗里达大西洋大学港口分校的前研究工程师妮可·斯托克利(NicoleStockley)。

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