2011 年 10 月，伊利湖发生了破纪录的藻类水华，在此 Landsat-5 卫星图像中可见。绿色的浮渣主要是微囊藻，它会产生肝毒素并引起皮肤刺激。（图片：NASA）昨天，您可能在 Discover 上读到了一篇关于伊利湖破纪录的 2011 年藻类水华原因的研究结果，以及气候变化如何使此类事件更加普遍的文章。今天，我想通过充实一些更广泛的背景来推进这个故事。“海滨的绿色黏泥有几英尺深，肯定不利于房产价值或您享受湖滨的能力，”卡内基研究所的研究员、周一发表在《美国国家科学院院刊》上的研究的首席作者 Anna Michalak 说。但她和其他研究人员都同意，关心这些黏泥的原因不止于此：它可能是有毒的，而且是一个日益严重的全球性问题。当化肥中的氮和磷径流进入湖泊、河口和其他水域时，可能会发生水华。（磷在湖泊中是更大的问题；氮在沿海环境中是更大的问题。）Michalak 和她的研究团队记录了她称之为“天气事件和农业实践的完美风暴”，这引发了伊利湖有史以来最大的水华。也解释了气候变化如何可能使此类事件更加频繁。有关详细信息，我鼓励您查看Breanna Draxler 昨天的文章。正如 Michalak 和她的同事在他们的论文中所指出的，这类问题正在世界各地增加。她指出，世界上大部分人口和农业生产都集中在沿海地区。“随着越来越多的土地被更密集地用于农业，我们看到进入沿海系统的养分负荷问题日益严重。”科罗拉多大学博尔德分校（也是我在这里的一位同事）的生物地球化学和生态系统生态学专家 Alan Townsend 表示同意。“近年来，藻类水华在全球许多地区的严重程度和频率都在增加——不仅仅是美国和欧洲，”他说。他在一封电子邮件中继续写道：
中国是一个大问题，有一些严重的记录案例，无疑还有许多未引起全球关注的案例。拉丁美洲的几个地区也发生过有毒水华，其中最著名的大概是巴西。其中一些导致了人员死亡。加拿大也曾出现问题——例如温尼伯湖等。
当大量的藻类死亡时，它们会下沉，分解它们的生物会消耗水中的氧气。这个过程被称为“富营养化”，氧气水平的下降被称为“缺氧”。“这对渔业和其他水生生物有害，”Michalak 指出。但藻类水华也可能产生直接的经济影响。例如，在 2011 年伊利湖发生的大规模水华期间，从该湖取水的托莱多市不得不每天花费数千美元进行额外处理。
安大略湖的微囊藻水华。（图片：NOAA）“这些水华尤其危险，因为它们涉及一种叫做微囊藻的特定蓝藻，它会释放一种对肝脏有毒的化合物，”她说。另一种物种会释放神经毒素。“在伊利湖造成的混乱中，这些毒素的含量可能远远超过国际标准，达到了数百到数千倍，”她说。因此，在水华期间需要更昂贵的水处理措施。Michalak 警告不要仅仅寻找罪魁祸首。肥料对于养活不断增长的全球人口至关重要。事实上，她的研究表明，为减少农业用地土壤排放到大气中的气候变化碳量而引入的少耕农业，其意想不到的后果是增加了流入伊利湖的养分径流。“有时候，我们出于最好的原因而做的事情，最终却会产生负面后果，”她指出。另一个促成因素是大力推动种植玉米——一种需要大量肥料的作物——以生产乙醇来补充汽油。但这并不是一个应该让我们绝望的环境问题。正如 Alan Townsend 所指出的，这并非完全无法解决。
我们许多现代农业系统在最大化肥料的食物增益并尽量减少对环境的损失方面，都远未达到最佳状态。在此方面做得更好，实际上可以提高粮食安全，节省金钱，并减轻氮和磷污染带来的日益增长的环境和经济风险。我们可以做得更好——其中许多不是空想的发明。只要有适当的意愿和政策，世界上大多数主要粮仓都可以大大提高其氮和磷的使用效率，从而实现双赢的局面，至少在长期来看是如此。
