自然生态现象水华

文章插图
水华(自然生态现象)【自然生态现象水华】水华（Algal Blooms）指淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，是水体富营养化的一种特徵，主要由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的废污水进入水体后，蓝藻（又叫蓝细菌，包括微囊藻、鱼腥藻、颤藻、念珠藻、蓝球藻、髮菜等）、绿藻、硅藻等大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。也有部分的水华现象是由浮游动物——腰鞭毛虫引起的。“水华”现象在我国古代历史上就有记载。另外，海水中若出现类似现象（一般呈红色）则称为赤潮。水华的防控措施主要有打捞、絮凝除藻和生物控藻等。
基本介绍中文名：水华
外文名：Algal Blooms
类型：自然生态现象
定义：淡水水体中藻类大量繁殖
原理：水体富营养化
原因：大量氮、磷的废污水进入水体
概述水体富营养化最常见的结果就是导致由于藻类大量繁殖形成的水华现象（图1）。淡水藻类的大部分门类都有形成有害水华的种类，包括属于真核藻类的绿藻、甲藻、隐藻、金藻等，以及属于原核生物的蓝藻（表1）。这些藻类有些产生异味物质，有的产生毒素，但是蓝藻水华的发生範围最广，危害最大，对人类健康的危害也最为严重。表1 代表性有害淡水藻类水华界/门 Kingdom/Phylum属 Genus适宜水华形成的条件Preferred bloom conditions原核生物 Prokaryota蓝藻门 Cyanobacteria固氮 N2-fixing鱼腥藻Anabaena富含磷、温暖、分层、长滞留时间、高辐射强度、富营养P-enriched, warm, stratified, long-residence time, high irradiance, eutrophic束丝藻Aphanizomenon拟柱胞藻Cylindrospermopsis胶刺藻Gloeotrichia节球藻Nodularia非固氮Non-N2-fixing微囊藻Microcystis富含氮磷、富营养、温暖、分层、长滞留时间N- and P-enriched, eutrophic conditions, warm, stratified, long residence time颤藻Oscillatoria束球藻Gomphosphaeria真核生物 Eukaryota绿藻门 Chlorophyta葡萄藻Botryococcus中度富含氮磷、分层、高辐射强度Moderate N- and P-enriched, stratified, high irradiance绿球藻Chlorococcus富营养、富含氮磷eutrophic, N- and P-enriched球囊藻Sphaerocystis甲藻门Pyrrhophyta(Dinophyta)角甲藻Ceratium富含氮磷、分层、有些狭盐性N- and P-enriched, stratified, some oligohaline多甲藻Peridinium异甲藻Heterocapsa原甲藻Prorocentrum隐藻门Cryptophyta隐藻Cryptomonas富含氮磷、富营养、从淡水到狭盐性、分层N- and P-enriched, eutrophied, fresh to oligohaline, stratified红胞藻Rhodomonas金藻门Chrysophyta单鞭金藻Chromulina富含氮磷、高氮富集下有毒、分层N- and P-enriched, toxic at high N enrichment, stratified金色藻Chrysochromulina锥囊藻Dinobryon鱼鳞藻Mallomonas三毛金藻Prymnesium

文章插图
图1 群体和丝状产毒蓝藻显微和水华图片危害在富营养水体中“水华”频繁出现。随着水体富营养化的发展，水华面积逐年扩散，持续时间逐年延长。太湖、滇池、巢湖、洪泽湖都有“水华”（蓝藻），就连流动的河流，如长江最大支流——汉江下游汉口江段中也出现“水华”（硅藻）。淡水中蓝藻“水华”造成的最大危害是：通过产生异味物质和蓝藻毒素，影响饮用水源和水产品安全，特别是蓝藻的次生代谢产物——微囊藻毒素（Microcystin，简称MC）通过干扰脂肪代谢引起非酒精性脂肪肝，长期慢性MC染毒可导致巢湖渔民的肝脏损伤，具有促癌效应。此外，MC还可使胆囊变硬与萎缩。因此，日益严重的蓝藻水华所产生的微囊藻毒素对人类健康和生存的威胁正在不断增大。此外，自来水厂的过滤装置被藻类“水华”填塞，漂浮在水面上的“水华”影响景观，并有难闻的臭味。由于水源地蓝藻水华的堆积与厌氧分解，使自来水出现恶臭，导致水污染事件，譬如，2007年太湖蓝藻污染事件。所以每次发生水华现象都会给人类和自然界带来损失或灾害。我国深受蓝藻水华折磨的最着名的湖泊有滇池、太湖和巢湖，周边的自来水厂大部分已经关闭，损失惨重，剩下的一些水厂其源水的安全状况也令人堪忧。在过去的 20年，国家和地方政府在“三湖”治理上已耗资数千亿元，但依然挡不住滚滚的“绿波”，乐观的估计还要继续奋斗 20年，悲观的说也许遥遥无期……不仅如此，浩瀚的洞庭湖和鄱阳湖似乎準备赴其后尘，云南秀丽的洱海也即将步入水华的常态化状态…… 。诱发因素导致水华发生的重要的因素之一就是水体的富营养化。当藻类大量生长时，这些藻类常在下风头水面漂浮形成一层蓝绿色或红黄色的水花或薄膜——湖靛。虽然藻类生长很快，但因水中的营养盐被用尽，它们也很快的死亡。藻类大量死亡后，在腐败、被分解的过程中，也要消耗水中大量的溶解氧，并会上升至水面而形成一层绿色的黏质物，使水体严重恶臭。而造成水华现象的出现，主要原因还是水域沿线大量施用化肥、居民生活污水和工业废水大量排入江河湖泊，致使江河湖泊中氮、磷、钾等含量上升。湖泊等水体的富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究蓝藻水华的形成机制，对于科学预测湖泊中蓝藻水华的产生，并採取相应措施减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义。对水华的形成需要全面认识，营养盐浓度的升高可能仅是蓝藻水华形成、且人们可以加以控制的因素之一；在探索水华成因时，不能仅仅局限于夏季蓝藻水华发生时环境特徵的研究与观察，而应该提前关注蓝藻的越冬生理生态特徵、春季复甦的生态诱导因子及其阈值以及在复甦后，蓝藻如何在生长过程中形成群体，并逐步成为湖泊水生生态系统中的优势种乃至形成水华的过程。并需要对蓝藻越冬的生存对策、蓝藻群体的形成的条件、蓝藻在春季复甦的触发条件及其生态阈值、以及蓝藻在与其它藻类种群竞争中取胜的生理生化特徵有足够的认识。蓝藻水华的“暴发”是表观现象，其前提还是藻类一定的生物量，且是一个逐渐形成的过程。在四季分明、扰动剧烈的长江中下游大型浅水湖泊中，蓝藻的生长与水华的形成可以分为休眠、复甦、生物量增加（生长）、上浮及聚集等4个阶段，每个阶段中蓝藻的生理特性及主导环境影响因子有所不同。在冬季，水华蓝藻的休眠主要受低温及黑暗环境所影响；春节的复甦过程主要受湖泊沉积表面的温度和溶解氧控制，而光合作用和细胞分裂所需要的物质与能量则决定了水华蓝藻在春季和夏季的生长状况，一旦有合适的气象与水文条件，已经在水体中积累的大量水华蓝藻群体将上浮到水体表面积聚，形成可见的水华。研究蓝藻水华的形成机理必须寻找导致水华形成的各主要生理阶段的触发因子或特异性因子，针对不同阶段蓝藻的生理特性，进行深入研究。只有这样才有可能逐步弄清蓝藻水华的形成机制，并对其发生的每一进程进行预测，寻求更加具有针对性的控制措施。除了水体的富营养化之外，水温、洋流、水体的pH值、光照强度等均会对藻类等水华生物的大爆发产生影响，在个别时候甚至是诱发因素。位于江苏省南部的中国第三大淡水湖——太湖中，水华十分频繁，致使太湖的渔业遭遇危机，而当淡水营养化后的太湖，“水华”频繁出现，促使其“水华”面积逐渐加大，导致“水华”时间延年增长。1974年，多余的营养盐导致了美国佛罗里达州大沼泽的地国家公园中的这次水华，水华大量消耗掉了水的氧气，使许多生物死亡。

自然生态现象 水华

自然生态现象水华