尹大强教授团队王锐副教授联合奥地利伦茨水域生态系统研究中心Martin J. Martin教授、中科院贵阳地球化学研究所闫海鱼教授等人在Water Research和Environmental Science & Technology上分别发表了题为“How phytoplankton biomass controls metal(loid) bioaccumulation in size-fractionated plankton in anthropogenic-impacted subtropical lakes: A comprehensive study in the Yangtze River Delta, China”和“Algal density controls the spatial variations in Hg bioconcentration and bioaccumulation at the base of the pelagic food web of Lake Taihu, China”的论文。两篇论文针对长三角区域湖泊中水产品中汞等重金属生物累积特征存在显著空间差异的生态调控机制，基于跨越长三角地区六大湖泊及全太湖的系统性研究，发现藻类生物量是调控湖泊之及湖泊内汞生物累积特征空间差异的关键驱动因素，进而首次提出受高强度人类活动影响的亚热带湖泊中藻华驱动汞等重金属生物累积能力降低的关键机制。
在跨越长三角六个代表性湖泊及全太湖不同点位的研究数据表明（图1），随着藻类生物量（Chl-a或藻类密度）的上升，汞等重金属从水体到浮游植物的生物富集因子（Bioconcentration factor, BCF）显著降低，且该影响经食物链传递至浮游动物中，使得浮游动物体内汞等重金属的生物累积因子（Bioaccumulation factor, BAF）也随藻类生物量上升而降低。这一现象表明湖泊藻华可降低汞等金属在浮游生物体内的累积能力，并进一步传递至高营养级生物。
图1 长三角地区六大湖泊点位间（a）与太湖不同点位间（b）浮游生物体内汞等重金属的BCF或BAF与藻类生物量的关联
针对富营养化湖泊中生物体内汞等污染物含量较低这一重要现象的机制，美国学者基于北美湖泊数据与实验模拟提出的“生物稀释”效应，即在满足“生态系统中汞的总量基本恒定”以及“单一藻细胞吸收汞能力不变”这两个重要假设下，藻类大量生长将导致藻细胞中汞含量降低。该机制此后被国际上普遍采用“生物稀释”效应来解释富营养化湖泊中生物体内汞含量较低的现象。然而，长三角地区湖泊的系统性数据表明，在强烈人类活动影响下，“生物稀释”效应的两个重要假设并不成立。首先，大量人类生产生活排放的污水导致湖泊生态系统中汞的总量并不恒定，且汞与营养盐的输入呈现耦合关系（如太湖，图2a）。其次，长三角六个湖泊间及全太湖不同点位间的数据表明，浮游生物中汞的BCF或BAF均与藻密度或藻类生物量呈显著负相关（图2b&c），表明藻华显著降低了浮游生物对汞的吸收与累积能力。此外，还首次发现了藻类生物量对浮游生物体内汞形态（甲基汞占比，%MeHg）的显著影响（图2b）。
图2 太湖不同点位水质参数与总汞含量的空间差异（a）及浮游生物体内汞的BCF或BAF及汞形态（%MeHg）与藻类生物量的关联
两个研究进一步从湖泊生态系统整体性出发，综合分析藻类生物量对湖泊水体理化特征及对浮游生物种群特征的影响，提出藻类生物量调控浮游生物体内汞等重金属生物累积与食物链传递能力的关键驱动机制：1.藻类大量生长可导致湖泊水体具有更高的pH值和DOC浓度（图3a），二者均可降低汞的生物可利用性，进而削弱浮游生物对汞等重金属的吸收；2.藻类生物量变化还会导致浮游动物群落特征，藻华可导致浮游动物物种和个体体型均出现小型化趋势（图3b），从而对汞等金属污染物的累积能力下降；3.藻类的快速生长可导致生长稀释效应，从而降低浮游生物单位体重累积的汞含量。此外，对于汞而言，藻类生物量驱动下的汞形态变化（%MeHg，图2b）也是导致汞的生物累积与食物链传递能力变化的关键机制。
图3 藻类生物量驱动下长三角区域湖泊水体理化参数变化与浮游生物体内汞等金属BCF或BAF的关联（a）及藻华所致浮游动物小型化（b）
因此，藻类生物量是影响汞等重金属生物累积能力的关键驱动因素，其调控浮游生物汞累积的驱动机制（图4）还可进一步传递至鱼类，可能是我国东部和南部地区湖泊（相对温暖且高生产力）鱼体汞含量反而低于青藏高原湖泊和北方湖泊（相对寒冷且低生产力）这一现象的重要原因。这一发现可为区域性汞等金属污染物的风险评估与管理提供重要支撑。
图4 受强烈人类活动的长三角区域湖泊藻类生物量调控汞等金属在浮游生物中生物累积能力的驱动机制示意图
文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135422010211?via%3Dihub
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c05625#
