现代农业科学学院

蓝藻水华是水体富营养化的重要表征，大量爆发时，将引发严重的生态灾害。由于很多蓝藻产毒和异味，对饮水安全和人类健康构成严重威胁。在过去的半个多世纪，有毒蓝藻水华（特别是微囊藻、鱼腥藻、束丝藻或颤藻）在全球的发生频率、规模和持续时间都呈增长的趋势，主要是城镇化、工业化和农业活动增强引起的日益严重的富营养化所致。

削减营养盐是控制蓝藻水华的根本办法，但往往是一个耗资巨大且十分缓慢的过程。例如，为了减少太湖（面积2338 km²）的营养盐以及控制蓝藻水华，在过去的几十年，投入的治理资金已达数千亿人民币，但蓝藻水华依然未能有效控制，2017年5月16日水华面积曾一度达到了1582 km²。滇池和巢湖的情况亦类似。大中型湖泊中蓝藻水华的生物控制是一个世界性难题。

另一方面，中国是世界水产养殖第一大国，淡水养殖产量占总产量的59%（2023年）。我国的大水面渔业资源有天然湖泊（>1km²）：2693个，总面积7.8万km²（南京地湖所，2019）；人工湖泊（水库）：9.88万个，总库容9323亿m³（水利部，2017）。新中国建立以来，我国的大水面渔业经历了从天然捕捞→增养殖→围网网箱养殖→禁渔（如长江流域）的发展阶段，特别是改革开放之后，掀起了大水面网箱、网围等养殖方式, 投饵施肥或过度放养草鱼对湖库的自然环境产生了严重的负面影响——加速了沉水植被的消失，加快了水体的富营养化进程，导致蓝藻水华大面积爆发等，受到了环保部门的严格监管甚至取缔。大水面渔业面临转型的巨大压力，如何在渔业发展与环境保护之间寻找到一条和谐之路具有重要的理论和实践意义。

1. 长期生态监测观测到东湖蓝藻的出现与消亡

1954年，为了响应国家解决“吃鱼难”的号召，中国科学院水生生物研究所从上海整体迁移至武汉，落户珞珈山麓东湖之滨。水生所研究人员自1956年就开始了对武汉东湖的生态学监测与研究。

为了对东湖生态系统进行长期生态监测，水生所于1980年建立了东湖湖泊生态系统试验站。该站1992年成为中国生态系统研究网络的首批成员站之一，2006年，正式成为国家野外科学观测研究站，2024年，入选生态环境部生态质量综合监测站。

水生所及东湖站科学监测了武汉东湖的藻类变迁，观察到了蓝藻水华在东湖的出现与神秘消失：

① 数量不断增加：50年代平均每毫升几百个，60年代平均每毫升近千个，到了70年代，平均超过1000个/毫升；

②优势种显著变化：1956年的优势种为甲藻和硅藻，60年代后，蓝藻和绿藻的比例上升，甲藻和硅藻的比例下降，特别是60和70年代，蓝藻中的微囊藻、束丝藻、鱼腥藻等大型种类增多；

③季节变动曲线发生变化：50年代是春季和秋季高峰（甲藻和硅藻），60年代常于夏、秋季呈现一个高峰（绿藻和蓝藻），到了70年代，呈现夏、秋季一个高峰（蓝藻和绿藻）且延续时间长，从最初的7-9月变化为从4-5月开始直到10-11月都还有蓝藻大量生长。

④ 从70年代到1984年，每年夏秋季，东湖表面都分布着极为难看且难闻的蓝藻水华（图1）。然而，1985年蓝藻水华突然消失，当时都认为是偶然现象,次年水华大概率会重现，但之后的2-3年间仅在局部区域有少量水华，此后长达30多年间，蓝藻水华再也没有在东湖出现。 

2.揭开武汉东湖蓝藻水华消失之谜

东湖水华消失的初年,人们议论着水华消失的原因。有的说是全球气候变化造成的；可是在其他湖泊如太湖、巢湖、滇池 ,蓝藻水华照常发生,并未中断。有的说是由于东湖富营养化加剧,水质肥得连蓝藻都不能生存啦;可是水质分析数据不能支持这个论点。

为了证实“东湖八十年代中期蓝藻水华的消失可能与东湖鲢、鳙养殖产量的大幅上升有密切关系”的假设, 东湖站分别在1989、1990和1992年进行了原位围隔实验（Xie & Liu, 1991a, 1992; Xie et al., 1993; Xie 1996, Xie & Liu, 2001），每个围隔2.5 x 2.5 x 2m（长x宽x深），用不透水的聚丙烯织布制成，围隔上端高出水面1m左右（图2）。围隔实验在东湖营养水平最高的水果湖湾进行，位置在东湖生态站趸船旁，平均水深约2米左右。

1989年的试验表明, 无鱼的围隔中浮游植物生物量比养鱼的围隔中高2-3 倍；那次试验中鲢鳙的放养密度是228-380 g/m³, 高于东湖水域中的鱼类放养密度。在养鱼的围隔里,蓝藻的份额减少了很多,而在不养鱼的围隔里则蓝藻水华生长得很好（图3）。看来,在养鱼的水体中不出现水华,既不是由于浮游动物的牧食,也不是由于水体营养状况变得更恶化,而在于鱼类的牧食压力。

在 1992 年的试验中,当鳙的放养密度为 65-76 g/m³时,水华全被消灭；鲢的放养密度在 21-33 g/m³时, 虽然水华的量大为减少, 但直到试验结束时仍有较小的种群存在（图5）。因此推测， 鲢 、鳙控制东湖蓝藻水华的有效密度应该在 33-65 g/m³的范围内。

东湖中鲢、鳙的放养密度有多大呢?基于鱼类声呐探测进行测算,每年的鱼产量约相当于鱼探仪测得的当年全湖鱼类生物量的50%。按照东湖渔场的鱼产量记录, 1985 年产鱼1015t, 相当于每立方米水产鱼23g，因此推测1985年东湖中鱼类的实际生物量应为46 g/m³, 其中鲢、鳙历年都占90%以上。这样的放养密度,正好达到了可以遏制蓝藻水华的标准,这可能是1985年蓝藻水华从东湖消失的根本原因。 

3.“非经典生物操纵”学说的提出

东湖站基于对武汉东湖的长期监测数据和系统的实验研究（1989、1990和1992年），于1999年在《长江流域资源与环境》上发表了“揭开武汉东湖蓝藻水华消失之谜”的文章，首次提出了“非经典生物操纵”，并与经典生物操纵相区别：“关于水体富营养化的治理，国外流行生物操纵法(Biomanipulation)；经典生物操纵论者提出的治理对策是：放养食鱼性鱼类以控制食浮游生物的鱼类, 藉此壮大浮游动物种群，然后借重浮游动物遏制藻类。实际上,浮游动物只能控制细菌和小型藻类等，可以起到提高水体透明度的作用，而对于丝状藻和大型藻类如微囊藻的水华，则是无能为力的……我们的围隔试验和东湖的渔业实践，支持用食浮游生物的鱼类直接控制微囊藻水华，认为这是一种非经典的但是行之有效的生物操纵途径。”

2003年，东湖站出版了《鲢、鳙与藻类水华控制》（科学出版社）一书，对经典生物操纵和非经典生物操纵的起源、机理、局限性与适用原则、应用前景等进行了深入的探讨和系统的分析，明确阐述了非经典生物操纵控制蓝藻的优点，包括（1）具有持久性，（2）耐蓝藻毒素，（3）改善湖面景观，（4）降低营养库存，（5）降低磷的内源负荷，（6）种群可调控，（7）太阳能驱动，特别提到了能提供鱼产品，获得经济效应。

非经典生物操纵的提出很快引起了关注，并在科技部和云南省的联合重大项目以及江苏省的渔业科技项目等中验证应用，之后在全国湖泊、水库等的蓝藻防控中被广泛应用（附件2）。非经典生物操纵理论及其成功应用获著名的国际湖泊生态学奖——生态学琵琶湖奖（第九届），并成功入选2023年度湖北十大科技进展。相关成果被载入世界卫生组织（WHO）2021年发布的《水中有毒蓝藻——公共卫生后果、监测和管理指南》。

2001年，水利部/中国科学研究院水库渔业研究所刘家寿研究员等在深圳茜坑水库（面积1700亩）启动了“以鱼养水”试验，采用了经典的生物操纵技术：放养凶猛鱼类鳜鱼→抑制食浮游动物的野杂鱼→增加浮游动物→减少浮游植物→提高水体透明度→增加水库自净化能力。一年内，水库水质得到了改善：氮含量下降了20％，磷含量下降了15％，溶氧含量明显上升，透明度不同程度增加。

刘家寿研究员表示，他是从放养浮游植物食性的鲢鱼能直接控制蓝藻“水华”得到启示，最终推出以生物操纵为主的生态渔业“以鱼养水”新模式。这项试验获得成功后，水利部以及国内各地水务局将逐步推广“以鱼养水”的生态渔业新模式，并限制取消以提高产量为目的的常规渔业模式。（见：我国首次进行“以鱼养水”生态渔业试验获得成功。养殖与饲料，2002，5：52-52）

上海海洋大学刘其根和陈马康以及浙江省新安江开发总公司何光喜、洪荣华和陈来生于2003年在《中国水产》发表了“保水渔业——大水面渔业发展的时代选择”的文章，首次提出了保水渔业的概念：“所谓保水渔业, 就是指以保护水环境为目的选择适当鱼类进行人工放养的一种渔业生产方式。即是以现代生态学理论为基础, 根据水体特定的环境条件, 通过人工放养适当的鱼类, 以改善该水域的鱼类群落组成, 保障生态平衡, 从而既达到保护水环境，又能充分利用水体的渔产力为目的的一种渔业生产方式……由于保水渔业是根据现代生态学中的生态位理论和下行控制 (非经典生物操纵) 理论而设计的一种放养模式, 因此, 鱼类的人工投放将有助于改善水体的生物群落结构, 从而有利于水域生态系统的物质循环和能量流动, 保障生态平衡, 使渔业生产与环境保护有机地统一起来, 两者得到协调发展。”

2018年，孙要良和刘其根等出版了《绿水青山就是金山银山——以浙江淳安千岛湖为案例》，用作中共中央党校课堂教学，并在厅局级生态文明建设班首讲；2019年5月，“两山理论案例——千岛湖保水渔业模式”走进清华大学，成为该校MBA课堂的案例。

中国水产科学研究院淡水渔业研究中心和无锡市农林局联合承担了太湖及五里湖“净水渔业技术研究与示范”项目（2006～2010），徐跑、陈家长和邴旭文等提出了“净水渔业”的理念，在“湖泊净水渔业技术研究与示范”的成果鉴定中写道：“‘净水渔业’技术是多项技术的集成和组装,重点是采用内源性生物操纵手段来调控湖水中的氮、磷而减缓富营养化与蓝藻暴发危害，达到外源性手段所不能达及的目的。针对五里湖的氮、磷含量居高不下和蓝藻过多的情况，放养一定数量的滤食性鱼，有效控制水中浮游生物、抑制蓝藻，让水中的氮、磷通过水生生物营养级的转化，最终以渔产量的形式得到固定，当鱼体捕捞出水就移出了水中的氮和磷，净化了水质。”

2017年，徐跑等出版了《蠡湖净水渔业研究与示范》一书（上海科学技术出版社），对净水渔业技术的研究与示范过程进行了系统梳理。

2018年，中国科学院水生生物研究所中国大水面生态净水渔业研究中心正式落户千岛湖，从‘保’到‘净’，这是对大水面渔业提出的一个更高要求。该中心通过在千岛湖打造“产业+技术”的大水面生态净水渔业发展范式，并以此来辐射和带动全国大水面生态净水渔业的绿色发展。

东湖站于1999年提出控制蓝藻水华的“非经典生物操纵”学说之后，水产界的学者进一步提出了 “以鱼养水”（2001）、“保水渔业”（2003年）和“净水渔业”（2006年）的概念，把蓝藻防控/水质改善与水产经济有机的融合在了一起，与十八大以来的“两山”理论实现了完美对接。

“非经典生物操纵”学说一出来，迅速引起了水产界的关注，让他们看到了一种“既能解决环保部门头痛的蓝藻又能进行渔业生产”的两全其美的办法，这是一种“人防天养”的方式，且能“养水”“保水”“净水”，迎合了环保部门的管理需求，在一定程度上缓解了环保对大水面养殖的监管压力，使其得到了喘息之机。而“两山”理论的面世，使大水面养殖再次迎来了发展的新契机。

需要指出的是，“养鱼即污染”或“养鱼即保水”的观念都是不科学的。何时该用经典生物操纵、何时该用非经典生物操纵不能一刀切，需要科学评估。不同气候带的差异也需要考虑。蓝藻的不同种类（如形态上的差异）也会对生物操纵的效果产生影响。

非经典生物操纵学说的提出是国家野外站“长期观测→机理研究→技术示范→推广应用”的产物。“非经典生物操纵”+“以鱼养水”+“保水渔业”+“净水渔业”旨在构建一个人与自然良好共生的循环/可再生型的湖泊生产系统。