《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Industrial-scale composting effectively degrades microcystins and ensures agricultural safety of cyanobacteria-derived organic fertilizers: Evidence from Lake Taihu basin
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蓝藻资源化利用中微囊藻毒素（MC-LR和MC-RR）的降解机制及农业安全性研究，评估了四家堆肥企业处理蓝藻污泥的毒素去除效果。实验显示经优化好氧堆肥后MC-LR和MC-RR降解率分别超过75%和90%，TT与BT企业实现完全降解。盆栽试验表明处理后的有机肥对生菜无MC残留，而原污泥处理组MC含量达64.3 μg/kg（LR）和29.3 μg/kg（RR）。健康风险评估表明仅原污泥应用存在成人日均摄入0.043 μg/kg的潜在风险，土壤监测显示处理污泥的MC降解速度比原污泥快5.7倍。
作者：曹青|王瑞|马树展|游本生
中国科学院生态环境部中下游水生生态系统健康重点实验室；江苏省环境科学研究院，南京，210036，中国
摘要
蓝藻收割是缓解太湖藻华生态风险的关键策略。虽然将蓝藻转化为有机肥料的做法日益普遍，但在工业规模堆肥过程中去除微囊藻毒素（MCs）的相关知识仍存在显著空白，以及这些毒素在作物中积累的风险也尚未完全了解。本研究评估了蓝藻污泥处理过程中MCs的降解动态，并评估了所生成有机肥料的农业安全性。从四个藻水分离站收集的新鲜蓝藻污泥中检测到高浓度的MCs（MC-LR为3,845-4,535 μg/kg，MC-RR为3,081-3,762 μg/kg）。在四家蓝藻资源利用公司（SL、SY、TT和BT）中，混合原料中的初始MC浓度分别为MC-LR 733-944 μg/kg和MC-RR 515-786 μg/kg。所有设施在嗜热发酵过程中均观察到MCs显著减少（MC-RR减少超过90%，MC-LR减少超过75%），其中TT和BT实现了完全降解。生菜盆栽实验显示，用原始蓝藻污泥施肥的植物中MCs积累量较高（MC-LR为64.3 μg/kg，MC-RR为29.3 μg/kg），而使用基于蓝藻的有机肥料施肥的植物中未检测到MCs。人类健康风险评估表明，只有使用原始蓝藻污泥可能对成人构成潜在风险，其估计每日摄入量为0.043 μg/kg。土壤监测显示，施用有机肥料的土壤中MCs降解迅速（<7天），而施用原始污泥的土壤中MCs降解则需要42天）。这些结果证实，优化的好氧堆肥能有效解毒蓝藻污泥，生产出安全的有机肥料，从而消除人类饮食暴露的风险。
引言
快速的经济和社会发展导致了大量工业、农业和生活污染物的排放，这些污染物引发了水体富营养化及蓝藻的过度繁殖，从而导致藻华[20][50]。此外，气候变化预计将增加全球范围内藻华的频率和范围[16][33]。作为受藻华影响最严重的国家之一，中国采用机械收割方法来减轻藻华的影响，在藻华季节每天从太湖中收割数千吨蓝藻[17][45]。近年来，随着藻水分离站的不断增加和分离技术的进步，大多数收割的蓝藻在进一步处理前都会经过藻水分离[32][47]。然而，如果处理不当，产生的蓝藻污泥可能会造成二次污染[10][42]。资源利用是蓝藻收割和处置链中的最后环节，也是最难有效实施的环节。
MCs是蓝藻细胞内合成的毒素，但在细胞死亡或裂解时会被释放[28][37][48]。除了对水生生物产生不利影响外，MCs还可能通过食物链转移对人类健康构成威胁[11][2][30][40]。蓝藻毒素是限制蓝藻资源利用的主要因素之一。目前的细胞解毒技术尚不成熟，即使经过细胞破碎和发酵等处理，蓝藻污泥中的MCs仍然存在。由于其技术成熟度和操作简便性，好氧堆肥在太湖流域的工业规模蓝藻资源利用中得到广泛应用[27][38][46]。先前的研究表明，发酵和堆肥可以通过微生物降解减少蓝藻污泥中的MCs含量。例如，张等人[47]发现，经过18小时的高温好氧堆肥处理后，蓝藻污泥中的MCs含量从1470 μg/kg降至5.715 μg/kg。然而，江等人[18]发现，当使用米糠、小麦糠和酒糟作为蓝藻堆肥的填充剂时，38天后MC-LR含量仍超过50 μg/kg。尽管如此，堆肥后残留的MCs水平可能仍然较高[39]。目前，关于工业规模蓝藻资源利用过程中MCs去除效率及其机制的系统研究仍然很少。
除了通过有机肥料进入土壤外，MCs还可能通过灌溉和直接处置收割的藻类生物质进入农田[14][27]。受蓝藻污染的水体周围的农田通常含有MCs，这些农田中的总MC含量范围为0.5至186.3 μg/kg，而在受污染农田中种植的蔬菜中检测到的MCs含量高达90.9%至100%[43]。土壤中的MCs具有较高的生物利用度，可通过在可食用植物中的积累进入食物链[35]。多项研究表明，用含MCs的水灌溉后，生菜、豌豆、胡萝卜、菊苣和番茄等作物中会积累MCs[14][25][31][40]。在一些研究中，根据可食用植物部分中的积累量计算出的MCs每日摄入量（EDI）超过了世界卫生组织（WHO）设定的可容忍每日摄入量（TDI）[21][22]。即使使用含有低浓度MCs（约5 μg/L）的湖水灌溉，也会导致生菜叶片中的MCs含量达到对人体健康构成威胁的水平[5]。目前关于蓝藻衍生有机肥料中MCs转移的研究仍然有限，而且目前还没有关于这类有机肥料中MCs含量的标准。因此，研究基于蓝藻的有机肥料的应用是否因毒素积累而带来健康风险至关重要。
明确蓝藻资源利用过程中MCs的命运并评估相关有机肥料的健康风险对于确保其安全有效应用至关重要。因此，本研究旨在：（1）量化工业规模好氧堆肥过程中MC-LR和MC-RR的降解动态；（2）评估用这些肥料处理的生菜中MCs的生物积累情况；（3）评估通过饮食暴露带来的相关人类健康风险。这些发现为评估土壤-作物系统中MCs的健康风险提供了科学依据，从而有助于保护受蓝藻影响地区的居民健康。
研究区域和样本采集
太湖是中国第三大淡水湖，位于长江三角洲，由于其长期富营养化状态，经常发生藻华[8]。2024年5月、7月和8月期间，从四个藻水分离站（WJQ、LJK、FDG、BFG）采集了新鲜蓝藻污泥（图1）。选择这些站点是为了覆盖太湖的北部和西部海岸线，这些区域在藻华期间蓝藻生物量最为集中。
基于蓝藻的肥料生产过程中MC含量的变化
为了评估基于蓝藻的肥料生产过程中MC含量的变化，研究了太湖流域内的四个藻水分离站（WJQ、LJK、FDG和BFG）和四家蓝藻资源利用公司（SL、SY、TT和BT）。
结论
本研究证明，优化的好氧堆肥能有效降解太湖蓝藻污泥中的MCs，使其能够安全地作为农业资源利用。这四家公司的工业规模处理始终实现了较高的MC-LR和MC-RR降解率，最终得到的有机肥料中的毒素含量极少或无法检测到。盆栽实验确认了处理后肥料的农业安全性。
作者贡献声明
游本生：撰写 – 审稿与编辑、验证、资源提供、方法学设计。王瑞：方法学设计、调查、数据分析。马树展：调查、数据管理。曹青：撰写初稿、调查、资金获取、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了江苏省自然科学基金（项目编号BK20231364）和2025年太湖水处理省级技术支持项目（项目编号C25054）的支持。
