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蓝藻水华爆发高峰期将至,别再胡乱给水“增加营养”了!

蓝藻水华爆发高峰期将至,别再胡乱给水“增加营养”了!

  • 分类:人文馆
  • 作者:厉威池
  • 来源:科普中国
  • 发布时间:2024-05-20 15:54
  • 访问量:0

【概要描述】

蓝藻水华爆发高峰期将至,别再胡乱给水“增加营养”了!

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  • 分类:人文馆
  • 作者:厉威池
  • 来源:科普中国
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夏季来临,也即将到内陆浅水型湖泊爆发蓝藻水华的高峰期,不要以为这玩意没有地震海啸那般猛烈,也不像毒蛇猛兽那般骇人,它的危害可大了!

01

什么是水华什么是蓝藻水华?

水华,也称“湖靛”,是指由于水体富营养化而导致的大规模藻类和蓝细菌爆发,使水体变色的现象。全球气候变化加剧了这一问题的发生。水华主要是由大量繁殖的绿藻、硅藻等藻类和蓝细菌在淡水或海洋环境中引起的【1】【2】。其中,蓝藻水华是最常见的一种。尽管被称为“蓝细菌”,但蓝藻的颜色实际上包括绿色、黄色、棕色、红色甚至粉色等【2】

左图和右图展示了两处不同地区发生的蓝藻水华现象,左图拍摄于肯尼亚,右图则拍摄于中国太湖。(图片来源:【2】)

蓝藻水华常由以下几种蓝藻爆发导致:长孢藻(Dolichospermum),浮丝藻(Planktothrix),微囊藻(Microcystis),拟筒孢藻(Cylindrospermopsis),节球藻(Nodularia),束毛藻(Trichodesmium)。

a.长孢藻 b.浮丝藻 c.微囊藻 d.拟筒孢藻 e.节球藻 f.束毛藻(图片来源:【2】)

在富营养化的水体中,蓝藻水华通常表现为蓝藻在短时间内大量繁殖,在水面形成一层“浮膜”。在水体富营养化状况得不到有效控制之前,这种现象会周期性地重复出现。蓝藻水华的快速爆发,主要是通过营养繁殖孢子繁殖两种方式实现的,而蓝藻还具有准性生殖等其他繁殖模式【1】

02

蓝藻水华的发生机理

水体富营养化指的是由于施用磷肥、氮肥等,导致水体中营养盐积累的现象,被认为是引发水华(即藻类或蓝细菌大量繁殖)的主要原因。值得注意的是,营养盐的富集具有累积性,因此在环境监测中,可能会低估其影响程度【3】

除了营养盐这一主导因素外,温度、海洋酸化、生物间相互作用(如浮游动物牧食)、水体动力学等,也被视为影响水华爆发的重要环境和生物因子【4】【5】【6】。要全面研究和监测水华的形成及其对生态系统的影响,还需要长期跟踪各营养级的变化情况和整个生态系统的演变记录【3】

在研究蓝藻水华爆发的影响因素基础上,学者们针对其发生机理提出了多种假说并开展了相关验证,如:总氮总磷比假说、水温升高假说、微量元素假说和浮游动物牧食假说等【1】

其中,总氮总磷比假说和低光强度假说受到了广泛讨论和实证研究。前者认为,当水体中总氮总磷比值约为15时,海洋和淡水中的藻类会大量爆发,这一点已在实验室中使用束丝藻获得验证【7】。而且,尽管不同藻类适宜的比值有所差异,但通常不会超过29:1【8】。后者则提出,由于蓝藻细胞含有多种捕光色素,因此能在不同水深生存,具有较高的生长效率,易于形成水华【9】【10】

已有研究发现,有些藻类的繁殖与水体富营养化更为相关,而另一些则更受水温升高影响【11】。因此,上述假说是否仅适用于特定水域或特定蓝藻种类,或者蓝藻水华爆发是由多种机制共同驱动的,仍需开展更多研究加以探索。

与水温升高假说相应,气候变化已被广泛证实会影响包括浮游植物在内的海洋生命体繁衍与生存,换言之,气候变化极有可能导致水华,尤其是有害水华的发生频率和强度增加【2】【12】【13】

03

蓝藻水华的危害

蓝藻水华会释放毒素,形成有毒的有害藻华(Harmful Algal Blooms, HABs),不仅会威胁生态系统的正常功能,还会影响水质(导致水体散发恶臭)和渔业(引起水体缺氧而导致鱼类大量死亡),对人类健康也会产生负面影响【2】【14】

虽然蓝藻能够吸收二氧化碳并释放氧气,但在被微生物降解的过程中,却会消耗大量氧气,可能导致鱼类和底栖无脊椎动物的死亡【15】。此外,蓝藻合成的环肽类和生物碱类毒素会对鸟类及包括人类在内的哺乳动物的肝脏、消化系统和神经系统造成损害【16】【17】

例如,面积约2400平方千米的太湖,在春季时往往会被蓝藻水华彻底覆盖,这对水质、渔业和旅游业均产生了严重不利影响。2007年,由微囊藻主导的有毒水华甚至一度威胁到无锡市民的饮用水安全【2】。类似情况也发生在北美洲的五大湖,那里长期受到蓝藻水华的困扰。2014年,水华蓝藻的爆发也曾一度威胁到美国俄亥俄州市民的饮用水安全【18】

小小蓝藻引发的水华危害如此之大,有什么好办法能治一治它呢?

04

蓝藻水华的治理方法

治理水华的方法有多种,包括降低水体富营养化水平、采用水动力学和化学方法,以及生物防治等。这些方法在一些湖泊的治理中已被证实有效,但其是否适用于所有蓝藻水华的治理仍缺乏保证【2】

▶降低水体富营养化水平

从源头控制流入水体的营养物质,降低水体富营养化程度,这种方法通常被视为解决蓝藻水华爆发的根本之策。比如,具体措施如禁止在洗涤剂中添加磷酸盐、减少磷肥施用等。不过,这一过程往往需要数年甚至几十年才能见效【19】【20】

▶水动力学方法

水动力学方法指通过人工增加水流动,如增加水量,破坏蓝藻依赖气囊获得的浮力优势,使其地位被绿藻和硅藻所取代,从而缓解水华。尽管这种方法有效,但其所需成本通常较高【21】

▶化学方法

化学方法虽能快速去除水华,但难以长期奏效,且多数化学品对其他水生物也有毒性,因此通常不被推荐【22】

▶生物防治

生物防治虽看似可行,但在实际应用中存在诸多挑战。例如,虽然病毒或真菌能快速杀死蓝藻,但难以长期发挥作用【23】【24】【25】。贻贝等滤食性软体动物对治理蓝藻水华的效果也有待验证【2】【13】。而通过人为调节浮游动物和鱼类种群结构来抑制水华,只有在同步降低水体富营养化水平或持续人为干预的情况下,才能取得长期效果【26】【27】【28】

小结

蓝藻水华作为一种由水体富营养化、气候变化等多重因素促成的现象,在20世纪末至21世纪初的20年间,曾在中国多个湖泊和水库广泛爆发。尽管水生生态系统的这一转变过程仍有待深入研究探讨,但我们通过野外实地考察和室内控制实验,已认证过量的氮磷营养物质以及高温环境是诱发蓝藻快速增殖的主要诱因【1】

因此,控制水体内氮磷含量被视为治理蓝藻水华的根本对策。然而,对于大中型湖泊而言,实施此策略需耗费大量人力物力,且见效周期较长。在吸收前人研究经验、结合中国实际情况和传统渔业知识的基础上,谢平研究员孜孜不倦地开展创新实践,终获宝贵经验,他成功完成蓝藻水华防治,为中国蓝藻水华综合治理取得关键性突破,成功阻止了22年武汉东湖的蓝藻水华爆发【29】

在众多科研人员的不懈努力下,针对水生系统的修复与维护这一复杂的系统工程已逐步形成可落地、可迭代的方法论。科学的治理理念结合国内污染治理力度的加大、法律法规的日趋完善以及公众环保意识的逐步提高,有害的蓝藻水华等水质问题终将迎刃而解。

参考文献


作者:厉威池 北京大学生命科学学院硕士

审核:钟瑾 中国科学院微生物研究所研究员

出品:科普中国

监制:中国科学技术出版社有限公司、中科数创(北京)数字传媒有限公司

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