论太湖蓝藻的资源化利用
Li Kangmin, CN
李康民 李佩珍
引言
湖泊的演化是一个从寡营养到富营养的天然富营养化过程，这一进程十分缓慢。但人为的富营养化可在短短的几十年里很快形成，继而湖泊沼泽化，甚至湮没。这
对浅水湖泊尤甚。历史上，太湖流域有一芙蓉湖，昔日面积153万亩，今已荡然无存。唐、宋时，滆湖也有130万亩，现仅存20万亩。其子湖‘沙子湖’已
经消失。80年代末，滆湖的水草覆盖率大于95%，出现了沼泽化的预兆。太湖的湖湾‘东太湖’也呈现出这种趋势。繁茂的水生植物能加快水体的净化，但茂
密的茭草如不加以利用，先产生‘茭黄水’，后沼泽化，直到湮没。同样藻类繁殖过度，若不加以利用，日积月累，沉积湖底也会加速沼泽化的进程。
环太湖地区经济发展依赖太湖的存在，太湖提供了充沛的水源和航运的优越条件。一旦由于人为因素加速太湖老化，后代何以为生，何以发展经济？太湖污染的
治理和太湖资源的利用是辩证的统一。不应把两者割裂开来。当前，太湖富营养化的营养源，内源性的营养源是第一位的，而外源性的是第二位的。合理地利用太
湖的生物资源，既发展了经济，又保护了环境。两者高度统一才能使环太湖地区的经济得到可持续的发展。
1996年4月15日，国务院环委会太湖流域环保执法检查现场会在无锡召开，会上确定了治理太湖的目标、方针和措施。目标令人鼓舞、措施主要是针对外
源性营养源的。截住外源性污染继续流入太湖的措施确实重要。本文试图从太湖蓝藻的资源化利用的几个方面，来探讨如何减轻太湖内源性营养负荷的问题。
什么是蓝绿藻水华？
蓝藻是地球上最早出现的绿色植物，已知最早的蓝藻化石是在南非发现的。它证明了34亿年前，地球上就有了生命存在。藻类分布广、种类多。在淡水中，约有
两万余种，海水中有一万余种。上世纪上半叶，有些生物学家根据原核细胞和真核细胞之间的巨大差异，提出把病毒、细菌和蓝藻等原核细胞从原生生物中区分出
来，而成为独立的自然王国。近年来，科学家在海底发现了处于极端高温状态条件下的古细菌，称之为第六界。病毒则由于其RNA的遗传物质，被称为第七界或
第七王国。地球生命是地球一切生物共同进化的结果。
蓝绿藻属原核生物，而其余的藻类如绿藻则属真核生物。蓝藻又被称之为蓝细菌，但它与细菌也有不同之处。蓝藻含叶绿素、藻蓝素，故普通名叫蓝绿藻。它能
通过光合作用，把无机物变为有机物而营造自身。因此它是自养生物。它的典型繁殖方式是通过细胞分裂的无性繁殖。 蓝藻与细菌的不同是有段殖结构和段殖运
动；细菌却没有。它们的繁殖速度相近。蓝藻是水体富营养化的必然结果，也可作为水体富营养化的生物指标。水体有自净作用，物理的沉淀、凝聚作用；化学的
氧化、还原作用；生物的厌氧发酵、好氧发酵和自养生物的吸收作用。一定意义上，蓝藻多可加速水体的自净。但是，藻类过度繁殖堵塞了自来水厂的滤网或死
亡、分解后散发腥臭，影响到供水和工农业生产。分解后又向水体释放营养，甚至某种毒素。
蓝藻利用必要性和可能性
中华人民共和国成立后，科研单位对太湖的水生生物做过多次系统调查。据资料，1960年蓝藻只占太湖总藻量的29%，而到了1980年，蓝藻已占优势，
占总量的46% （1）。1991年，占到总量的70%（2）。在太湖北部敞水区，蓝藻在浮游植物生物量中所占百分比：1992年为45.5%；
1993年为51%;1994年为71%(3)。在太湖蓝藻中，铜绿微囊藻平均占蓝藻生物量的96.8%。蓝藻成了绝对优势的种群，分布于全湖。每年5
月便可见少量条状水华，7-8月达到高峰，延续到11月初。据太湖浮游植物平均生物量乘以水容量（45.83亿m3）推算，其资源量在1990年8月可
达23,670吨，其中蓝藻占70%（4）。当然这种简单的推算，不可能非常精确。
1993年6月13-15日，地处梅梁湖的充山水厂供水腥臭，无法饮用和洗澡（5）。以后每年均有类似现象发生。1994年7月2-5日，高温、太湖
水浅，水文骤增，湖底淤泥发酵耗氧。又遇大风形成兜底浪翻滚，释放出有毒的硫化氢。那年太湖发生了解放以来最严重的湖泛。太湖整体水质已由二级降为三
级，优质水的面积在缩小。三分之一的湖面覆盖了蓝藻。每年夏秋季节，太湖受季风影响，漂浮的微囊藻在风力作用下，覆盖了太湖北部的一些湖湾，形成
30-40厘米的藻毯。藻类生物量大于9 x 108个/L。1996年3月，日本九州大学县和一教授、冈山大学村本茂树副教授、中国水稻所研究员宋祥
甫等联合测定太湖水质，梅梁湖的数据是：pH 8.5；NO3 6mg/L；COD 15-20 mg/L。这说明治理蓝藻刻不容缓。
藻类生长受日光、气温、水中营养盐和水的理化因子的制约。蓝藻的生长率可用倍增时间来表达td（h）＝ 25.9。日P/B系数为0.9266
(6)。据8月到10月实测，每天增加290吨。每天约有20,679吨藻类死亡分解或被其它生物吃掉。从目前看，藻类繁殖所需要的营养（N、P），来
自内源性营养源是第一位的。外源性营养源是第二位的。解决内源性营养负荷最便捷、最经济、最有效的办法是收获湖内的蓝藻。“一个季节中，一次有效的打捞
计划，完全可以维持几年时间，直至有足够的养分为止”（7）。去掉1吨藻（干重）就等于除掉水中63kg氮、9kg磷。假如在8-9月每天收集500吨
湿藻，每年就能去掉189吨氮、27吨磷，这就能大大降低太湖内源性营养负荷。而打捞蓝藻只有在蓝藻资源化利用时才能持续下去。再加外源性污染物进入太
湖得到有效控制，双管齐下的对策治理太湖才能奏效。
太湖是多功能的湖泊，它集供水、防洪、蓄洪、灌溉、航运、水产增养殖以及旅游于一身，太湖水不必绝对的纯。古语说“水至清则无鱼”。水产养殖在中国来
说是保证食物安全的重要组成部分，而中国的食物安全是对世界的最大贡献。因此，治理太湖的近期目标应定位在控制富营养化不使蓝藻水华暴发上。
蓝藻资源化的利用
在谈蓝藻资源化利用之前，我们要对毒水华及重金属污染以及去毒方法做一番探讨。淡水中有三种常见蓝藻水华：微囊藻、鱼腥藻和束丝藻三种水华。这几种水华
产生蓝藻毒素。关于蓝藻毒素，1958年，在实验室里第一次分离出一种毒素，但直到1965年才被人命名为微囊藻毒素。它是一种多肽，环形多肽内毒
（zyklishchen polypeptide），可透析；还分离出一种引起腹泻的毒素，则不可透析（李勤生，1983），分子量在
1,300-2,600之间。据报道，俄国科研小组分离出一种微囊藻多肽，分子量为19,400。有一种微囊藻毒素是肝毒素。中毒症状是肠、胃、肝、神
经肌肉、呼吸及心血管系统出现异常，严重的导致死亡。鱼腥藻毒素-a的分子式C10H15NO，分子量166。束丝藻毒素是一种混合物，其中一种的分子
式是C10H19N7O4，分子量为301。这些低分子量的毒素都可通过生化步骤加以去除。据Carmichael 和 Gorham观察，水体出现的
毒水华有不确定性和不均匀性（8）。目前研究尚无法解释。除环境因子外还有藻类本身的生物学特性，以及藻类和周围的微生物、水生生物的关系，致毒和解毒
机制都在不断变化，所以很难预测毒水华的形成和消失。但是，大多数水华是无毒的。动物吃了毒水华是否出现中毒症状，也要视毒素种类、浓度、动物对毒素的
敏感性和摄食量而定。一般中毒的临界阈估计在产生毒素的细胞占藻细胞群体的80%时才可能出现。最小致死量80ml/kg（试验鼠腹膜内）。
水环境里的其它有毒物质如重金属、多环化合物、碳氢化合物等也会污染藻类。Sanbank用污水里培养的藻类喂鲤科鱼（9）；Mokady用来为鸡
（10），动物没有出现急性中毒现象。Yannai又用含藻饲料喂鸡和鱼，再把鸡、鱼的肉喂试验鼠进行继发性毒性试验，结果受试动物并没有受到毒害。试
验鼠体组织里的重金属含量与对照组没有很大差别。 Becher用0.01M EDTA螯合或0.01 N HCL冲洗后，可测得铅、鎘含量比单用自来
水冲洗减少了90%。农药聚氯联苯在藻类上的残留不会超过许多国家允许得亮残留量标准（12）。脱毒方法视蓝藻用途而定。
藻类发生水华后鱼类死亡不是直接由藻类引起，而是藻类引起水中pH升高到10 或11时，碳酸氨放出的游离氨的毒害作用而引起的
（Schuperclaus, 1952）。由风集成的水华，在平静而暖和的气候下容易腐败，致使溶氧迅速下降，威胁鱼类的生命。也不会在夜间因温度下
降而减弱分解和死亡。
太湖蓝藻资源化利用的几个方面
1. 提取藻蓝蛋白
蓝藻共两千余种，含粗蛋白26-44%。据中科院水生所测定，武汉东湖的微囊藻含粗蛋白58.54±4.64%（13）。藻类还含各种脂肪、藻胆素、藻
原和其它化学物质。藻胆素是与蛋白结合的色素。作为天然色素可用作高级化妆品和食品的添加剂，市场的潜力很大。提纯后可作免疫诊断时的荧光标记，并可开
发为激光治癌的光敏剂（14）。Schwartz和Shklar证明藻蓝蛋白有抑制癌细胞的作用（15）。张成武等发现藻蓝蛋白有促进骨髓造血功能的作
用（16）。
F.W.J.Teale 和R.E. Dale (1970) 曾从蓝藻门裂须藻属和组囊藻中提取过藻蓝蛋白（17）。到1980年为止，人们已从原
核蓝藻、真核隐藻、红藻和甲藻四个门中发现藻蓝蛋白。前两种主要提取藻蓝蛋白，后两种主要提取藻红蛋白。日本在1980年前后，从螺旋藻粉中提取藻蓝蛋
白，商品名为Lina-blue-A。但至今未有从微囊藻提取蛋白的报道。假如能从中提取，由于其资源极为丰富，经济意义将十分巨大。从微囊藻提取将比
从螺旋藻提取的成本可大大降低，而且可促使蓝藻的打捞可持续进行，以控制蓝藻水华的肆虐，起一石双鸟的作用。
我们在1994-1995年由加拿大资助的科研项目中，从微囊藻提取了藻蓝蛋白，纯度达到90%其中蛋白质占21.6%，其余为藻蓝素。藻蓝素分为两
种：c－藻蓝素和别藻蓝素。它们的吸收峰分别为590-620 nm 和 630-650 nm（见图1、2、3）。有好的设备可得高纯度的产品。
2. 做优质饲料或饲料添加剂
1) 藻类在水中称为浮游植物，是水生生物的初级生产力，它们构成食物金字塔的底层。研究养殖鱼类直接利用微囊藻，以降低水产养殖的成本。据八五攻关项
目，太湖中能直接摄食微囊藻的天然鱼类共有三种：湖鲚、似鱎和间鱵。湖鲚又称梅鲚，体长25-130mm间，微囊藻占其胃容物的5%－20%，微囊藻部
份被消化吸收。体长超过130mm，其胃容物中不再出现微囊藻。体长在130mm以下的梅鲚群体占总量的98.16%。维持该种群对控制微囊藻具有一定
意义。另两种鱼主食浮游动物，食藻量少。关于鲢、鳙鱼能否消化微囊藻，学术界存有不同看法。陈少莲等认为，夏秋两季在鲢鳙鱼的肠管内含物中，微囊藻占优
势，鱼粪中存有大量未消化的活藻，这些排出物排到生态系统以后，起到了激活蓝藻的作用。据周洁等人检测，鲢、鳙对蓝藻门藻类不消化（18）。中国鲤科鱼
类没有真胃，故难以消化微囊藻等蓝藻。据D.J.W. Moriarty （1973）的研究，罗非鱼有真胃，胃中酸度很高 pH为 3，可消化微囊
藻、鱼腥藻和菱形藻的碳达70-80%（19）。我们在1992年网箱养殖和1993年小池养殖中，证实了Moriarty的结论。罗非鱼体长超过
6cm时，其食性由吃浮游动物为主转为以藻类为主。且随鱼体长大，更爱吞食蓝藻群体（20）。罗非鱼摄食量与鱼的湿重可采用Moriarty的回归公
式：
Y = 271 +13.3 X
其中，Y 为摄食浮游植物干重（mg/d）；X为鱼体湿重。
利用蓝藻在鱼塘或网围一角，4月份投放大规格罗非鱼鱼种，到10月收获，可大大 降低养殖成本和减少蓝藻的数量。
2) 蓝藻做饲料添加剂，蓝藻收集后经稀硫酸恒温处理，加碳酸盐中和，晒干成粉，添加 到各类饲料中。在肉食性鱼类养殖中，藻粉可替代鱼粉。夏、秋两
季每天从太湖捞取 50吨湿藻，即可形成生产规模。做动物饲料，先要解决认识问题，食物或饲料的绝 对安全是不存在的。所以毒理学家认为用‘可接
受’一词较妥。某种饲料或食物可接 受意味该饲料可食用。
3） 研究调整太湖中藻类的种群结构，这是一项艰难的科研项目。比如添加某些元素以培养某些理想的藻类品种，或培养某种浮游动物吃掉某些蓝藻，如东方贝
克蚤之类。但东方贝克蚤系在凉爽的气候下生长的水蚤，只有在北方湖泊富营养化时采用。驯化后，用到南方要做艰苦的工作才行。现在国际上有一种纳米级产品
微营养素，投入水体一周，便能培养出硅藻。硅藻在繁殖过程中大量吸收水体中的氮、磷，微囊藻的竞争则处于劣势，铜绿微囊藻的繁殖就能得到控制。硅藻既是
中国鲤科鱼类最好的饲料，又是浮游动物的饲料。浮游动物多了就能促进鱼类的生长，增加鱼产量。
3. 研究把蓝藻做成生物肥料
过去太湖发生蓝藻水华，农民捞上来后施到田里作肥料，现在没有人肯干了。蓝藻收集后可压成饼，便于运输。蓝藻共有2000多种，其中120多种有固氮
能力。把固氮蓝藻施到稻田里，据我国试验，可增产24%；据印度试验，可增产27.6%。沿太湖所有农田，都用蓝藻作肥料，少施化肥或不施化肥，太湖外
源性营养盐的输入就可以大大减轻。
4. 研究利用蓝藻开发生物能源
发展沼气是一项保护生态环境的好措施。农村家庭用小沼气池在我国的生态农业中发挥了巨大的作用，是各种生态模式的纽带。但由于费时、费工，在长江三角
洲地区一直得不到很好的发展。供社区用的沼气池，涉及原料的收集、运输、处理，沼气的贮存和沼液、沼渣的利用是一项系统工程。大量的天然蓝藻和为了控制
蓝藻种植的水生植物如水葫芦，加上畜禽粪便都是最好的沼气原料。据Oswald等（1964），一磅藻类（干重）产生的沼气约有6000 Btu 热值
（21）。甲烷在数量上仅次于二氧化碳，但对气候变化的影响22倍于二氧化碳。在稻田施沼液、沼渣比施堆肥，甲烷的释放量可减少一半。2008年开始，
无锡市组织打捞蓝藻，利用蓝藻发酵沼气，现有三个沼气罐，共计3500立方，每天能处理30-40吨的蓝藻，沼气用来发电。2009年，准备利用水葫芦
发酵沼气，间接吸收太湖水体里的氮磷。
结论
太湖水生生物包括大型水生植物、藻类和水生动物的资源化利用，特别是蓝藻的资源化利用是治理太湖的需要，是拯救太湖免予沼泽化和湮没的需要，是环太湖地
区经济发展的需要。这项涉及各学科的生态工程，既有基础性研究又有应用性研究的内容，应纳入治理太湖污染的总体规划中去，为治理浅水性湖泊的富营养化开
辟出一条新路。
作者单位：中国水产科学研究院淡水渔业研究中心
地址：无锡山水西路9号
电话：510 85556262， 88485885 邮编214081 电邮：li.ka...@gmail.com
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