陆地农业与水生态系统的良性互动——农业面源污染与蓝藻毒素污染防治

赵孟绪

（广东省水文局广州水文分局，广东 广州 510140）

蓝藻水华是指水体中蓝藻大量繁殖生长成为优势种群的现象。在过去的几十年中，蓝藻水华在全球范围内广泛分布。Huisman等预测，随着水体富营养化和全球变暖加剧，全球蓝藻水华发生频次和规模很可能同步加剧。蓝藻水华能够破坏水生态系统本身功能，其产生的蓝藻毒素能够通过饮用水或农产品积累严重威胁人类健康。

1 陆地农业面源污染是造成蓝藻毒素污染的重要因素

国内外大量研究成果已达成共识，水体中氮磷等元素过量增加是导致水体富营养化和发生蓝藻水华的根本原因。严格控制氮磷等营养盐输入，是防治湖库河流蓝藻水华的最实际最根本途径。

自2013年实施最严格的水资源管理制度以来，我国湖库河流的点源污染逐步得到较全面控制，面源污染成为现阶段地表水污染的主要途径。面源污染包括农业面源污染和城市面源污染，随着雨污分流等工程建设的推进，城市面源污染相对容易治理；农业面源污染由于位置分散、时空分布难确定、影响滞后等原因，其监管和治理难度更高。陆地农业面源污染形成的原因主要包括农药化肥的流失、畜禽养殖排泄物、土地利用方式不当、农村生活污水排放等。

《第二次全国污染源普查公报》显示，2017年全国农业源总氮、总磷排放量分别占各类排放总量的46.5%和67.2%。近年，我国太湖、巢湖、滇池、洱海等发生蓝藻水华水体，均被报道受农业面源污染为主。在广东省粤西地区，库区大量种植速生桉与果树，是导致众多水库富营养化和蓝藻水华发生主要原因。农业面源污染已成为影响我国湖库河流水体富营养化和蓝藻水华发生的主要因素，治理农业面源污染是现阶段我国湖库河流蓝藻毒素防治工作的重点。2021年3月，我国生态环境部与农业农村部联合印发了《农业面源污染治理与监督指导实施方案(试行)》，核心要求是削减土壤和水环境农业面源污染负荷、促进土壤质量和水质改善。

2 蓝藻毒素对农业生产的负面影响

2.1 蓝藻毒素

蓝藻毒素是蓝藻产生的次生代谢产物，其毒性对人类、动物及植物的危害已得到广泛研究。根据作用模式，蓝藻毒素可分为肝毒素、神经毒素和细胞毒素。肝毒素包括微囊藻毒素(Microcystins，MCs)、节球藻毒素(Nodularins，NODs)等，神经毒素包括贝类毒素(Saxitoxins，STXs)、鱼腥藻毒素(Anatoxins，ATXs) 等，细胞毒素包括柱孢藻毒素(Cylindrospermopsins，CYNs)等。多年来，全球多次发生蓝藻毒素造成的动物或人类中毒事件及供水危机事件。1996年巴西60多人因MCs污染血透析过程而死亡。2014年8月美国俄亥俄州托莱多市供水中MCs超标，导致40多万人近48小时无自来水可用。2007年5月，我国太湖暴发微囊藻水华导致约200万居民超过一周无法饮用自来水。

除了影响供水安全外，蓝藻水华还能够影响灌区内的农业生产，蓝藻水华产生的蓝藻毒素能够危害农业土壤、农作物生长、农产品食用安全等。

2.2 蓝藻毒素对农业土壤的危害

河湖水库发生蓝藻水华后，蓝藻毒素可通过灌溉、施用蓝藻有机肥等途径进入农业土壤。陈伟等报道太湖周边农业土壤中MCs含量达到2.1～6.6纳克/克。詹晓静等报道滇池周边农田土壤样品中MCs检出率为85.7%,平均含量为1.6纳克/克。蓝藻毒素可通过对土壤中动物和功能微生物的毒性作用危害土壤功能，降低农田产能和可持续利用。Corbel等报道了MCs能够增加土壤硝化势，可能明显增加土壤中重要功能微生物氨氧化细菌amoA基因丰度。李博研究成果表明，蓝藻神经毒素BMAA(β-NN-甲氨基-L-丙氨酸)对土壤动物秀丽隐杆线虫的寿命、繁殖、发育均能产生不利影响。另外，Machado等报道，蓝藻毒素化学稳定性高，可随灌溉水渗入土壤而威胁地下水水源安全。

2.3 蓝藻毒素对农作物生长发育的危害

土壤中的蓝藻毒素可被农作物吸收而对农作物生理过程产生危害，如降低种子发芽率、抑制幼苗发育、降低作物质量和产量等。全球已报道受蓝藻毒素影响的农作物众多，如小麦、玉米、马铃薯、水稻、红薯、马铃薯、苹果、油菜、生菜、小白菜、莴苣、菠菜、菜豆、蚕豆以及烟草等。蓝藻毒素对农作物的危害部位和表现，包括种子萌发与幼苗发育受抑制、初生根受抑制、根系生长受抑制、根尖或叶片坏死、叶片失绿、光合作用受抑制等。

2009年国内易能等报道了高浓度MCs能显著抑制油菜幼苗生长。2012年李彦文等报道了MC-LR、MC-RR严重影响白菜种子发芽。王余等报道了水稻叶片生长受抑制程度与MCs浓度正相关。时玥等报道了MC-LR对水稻光合作用特征参数有显著的抑制作用。陈国元等报道了MC-LR慢性暴露30天对水雍菜叶片光合生理特性的影响。

2.4 蓝藻毒素对农产品食用安全的危害

除了影响农作物生长外，蓝藻毒素还能威胁农产品食用安全，也可通过食物链传递最终危害人类健康。Machadoa等报道，含有蓝藻毒素的水用于农业生产可能对粮食和食品安全构成威胁，蓝藻毒素MC-LR可在多种农作物中积累，预计人类通过农作物摄入MC-LR的量将高于WHO建议的日容许摄入量(TDI)。Lee等报道，土壤中蓝藻毒素被农作物根系吸收后可转移到嫩枝甚至果实中，部分蔬菜中MCs含量甚至可能超过WHO设定的参考剂量。用含蓝藻毒素的水直接喷灌蔬菜或农作物果实，不清洗直接食用也同样存在中毒风险。李彦文等在《J报道，通过分析我国滇池沿岸的28份田间蔬菜样品发现，被MCs污染土壤上种植的蔬菜能够富集MCs，存在蓝藻毒素通过食物链传递危害人类健康的风险。操庆等报道，如果成人和儿童食用太湖湖水灌溉的莴苣，估计每日摄入量(EDI)均达到了可接受每日摄入量(TDI)。向磊等报道，云南滇池、星云湖、广东省大沙河水库所供灌溉水是灌区农业土壤和蔬菜中MCs积累的主要来源，食用大多数蔬菜样品(≥60%)尤其是芹菜可能对人体健康造成中等或高风险。

3 陆地农业生产与水生态系统保护的良性互动

陆地农业生态系统与水生态系统相互作用、相互依存、有机联系，正如习近平在党的十八届三中全会上指出的“田的命脉在水，水的命脉在山”。水生态系统需要依赖集水区内农业土地的汇流和物质能量输入，而灌区内农业土壤又需要湖库河流提供灌溉。陆地农业面源污染的过度输入，可造成湖库河流富营养化和蓝藻水华；蓝藻水华所产生的蓝藻毒素又可反过来危害农业生产。因此，治理陆地农业面源污染、保护与恢复水生态系统健康，是农业生产与水生态系统保护良性互动的关键。

目前，我国农业面源污染的全面治理已拉开序幕，2021年发布的《农业面源污染治理与监督指导实施方案(试行)》工作目标为，到2025年重点区域农业面源污染得到初步控制，到2035年重点区域土壤和水环境农业面源污染负荷显著降低。防治蓝藻毒素污染的根本在于防治蓝藻水华，我国湖库河流水生态系统的富营养化与蓝藻水华防治也在有序推进。2014年以来，生态环境部多次下达了关于加强太湖、巢湖、滇池、洱海等重点湖库蓝藻水华防控工作的通知。2008年以来，水利部有序部署开展全国重点水域水生态监测工作，近两年持续下达了关于组织开展全国重点水域水生态监测工作的通知。

我国生活饮用水水质标准中已制定了蓝藻毒素MC-LR限值，而最新的《农田灌溉水质标准(GB5084-2021)》尚未涵盖蓝藻毒素指标，建议相关部门探索制定农田灌溉水中的蓝藻毒素指标与限值。另外，为保障农业生产质量和农产品食用安全，建议相关部门开展频发蓝藻水华水体所涉及灌区内土壤和农作物中蓝藻毒素的常规监测。