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水花

自然生態現象

水華又稱藻花、水花。是指淡水水體中某些藍藻類過度生長所產生的現象。主要優勢種有束絲藻、微胞藻、魚腥藻、空球藻或隱球藻等。在農村可以看多池塘綠綠的就是它,老百姓一般會撩來餵鴨,在河流、湖泊及池沼等淡水域中發生的浮游生物異常增殖出現象稱為水華。

概述


光合藍細菌生長在水中,只需要極少量的氧氣,但是需要大量的二氧化碳。當條件適當的時候,光合藍細菌會迅速繁殖使細菌的數量大幅度的增加,以至於在水面上形成一張綠毯。這種現象被稱為藻花。由於水質污染使靜水域富營養化,是引起水花的原因之一,所以對排出的廢水必須進行嚴格處理。不要過分使用農藥,農藥一般都是些氮肥,磷肥,提倡使用無磷洗衣粉也是出於這個考慮。同時,對於採用湖水和水庫水作為水源設施,應注意防止過濾池的堵塞,以免引起水質發臭。
表1 代表性有害淡水藻類水華
界/門 Kingdom/Phylum屬 Genus
適宜水華形成的條件
Preferred bloom conditions
原核生物 Prokaryota
藍藻門 Cyanobacteria
固氮 N-fixing魚腥藻 Anabaena
富含磷、溫暖、分層、長滯留時間、高輻射強度、富營養
P-enriched, warm, stratified, long-residence time, high irradiance, eutrophic
束絲藻 Aphanizomenon
擬柱胞藻 Cylindrospermopsis
膠刺藻 Gloeotrichia
節球藻 Nodularia
非固氮Non-N-fixing微囊藻 Microcystis
富含氮磷、富營養、溫暖、分層、長滯留時間
N- and P-enriched, eutrophic conditions, warm, stratified, long residence time
顫藻 Oscillatoria
束球藻 Gomphosphaeria
真核生物 Eukaryota
綠藻門 Chlorophyta葡萄藻 Botryococcus
中度富含氮磷、分層、高輻射強度
Moderate N- and P-enriched, stratified, high irradiance
綠球藻 Chlorococcus
富營養、富含氮磷
eutrophic, N- and P-enriched
球囊藻Sphaerocystis
甲藻門Pyrrhophyta
(Dinophyta)
角甲藻 Ceratium
富含氮磷、分層、有些狹鹽性
N- and P-enriched, stratified, some oligohaline
多甲藻 Peridinium
異甲藻 Heterocapsa
原甲藻 Prorocentrum
隱藻門Cryptophyta隱藻 Cryptomonas
富含氮磷、富營養、從淡水到狹鹽性、分層
N- and P-enriched, eutrophied, fresh to oligohaline, stratified
紅胞藻 Rhodomonas
金藻門Chrysophyta單鞭金藻 Chromulina
富含氮磷、高氮富集下有毒、分層
N- and P-enriched, toxic at high N enrichment, stratified
金色藻Chrysochromulina
錐囊藻 Dinobryon
魚鱗藻 Mallomonas
三毛金藻 Prymnesium
圖1 群體和絲狀產毒藍藻顯微和水華圖片
圖1 群體和絲狀產毒藍藻顯微和水華圖片

危害


在富營養水體中“水華”頻繁出現。隨著水體富營養化的發展,水華面積逐年擴散,持續時間逐年延長。太湖、滇池、巢湖、洪澤湖都有“水華”(藍藻),就連流動的河流,如長江最大支流——漢江下游漢口江段中也出現“水華”(硅藻)。淡水中藍藻“水華”造成的最大危害是:通過產生異味物質和藍藻毒素,影響飲用水源和水產品安全,特別是藍藻的次生代謝產物——微囊藻毒素(Microcystin,簡稱MC)通過干擾脂肪代謝引起非酒精性脂肪肝,長期慢性MC染毒可導致巢湖漁民的肝臟損傷,具有促癌效應。此外,MC還可使膽囊變硬與萎縮。因此,日益嚴重的藍藻水華所產生的微囊藻毒素對人類健康和生存的威脅正在不斷增大。此外,自來水廠的過濾裝置被藻類“水華”填塞,漂浮在水面上的“水華”影響景觀,並有難聞的臭味。由於水源地藍藻水華的堆積與厭氧分解,使自來水出現惡臭,導致水污染事件,譬如,2007年太湖藍藻污染事件。所以每次發生水華現象都會給人類和自然界帶來損失或災害。
我國深受藍藻水華折磨的最著名的湖泊有滇池、太湖和巢湖,周邊的自來水廠大部分已經關閉,損失慘重,剩下的一些水廠其源水的安全狀況也令人堪憂。在過去的 20年,國家和地方政府在“三湖”治理上已耗資數千億元,但依然擋不住滾滾的“綠波”,樂觀的估計還要繼續奮鬥 20年,悲觀的說也許遙遙無期……不僅如此,浩瀚的洞庭湖和鄱陽湖似乎準備赴其後塵,雲南秀麗的洱海也即將步入水華的常態化狀態……。
水花大量發生時,水面形成一層很厚的綠色藻層,能釋放毒素—湖靛,對魚類有毒殺作用。藻類死亡、腐敗、分解后,消耗大量水中溶解氧,使水體產生惡臭,不僅破壞水產資源,也影響水體美學與遊樂。主要是氮磷等生物營養物質過多所致,某些工業廢水、生活污水、農田化肥流失進人水體都可引起藻花發生。藻花指示水體的富營養化,應當採取措施加以控制。

誘發因素


導致水華髮生的重要的因素之一就是水體的富營養化。當藻類大量生長時,這些藻類常在下風頭水面漂浮形成一層藍綠色或紅黃色的水花或薄膜——湖靛。雖然藻類生長很快,但因水中的營養鹽被用盡,它們也很快的死亡。藻類大量死亡后,在腐敗、被分解的過程中,也要消耗水中大量的溶解氧,並會上升至水面而形成一層綠色的黏質物,使水體嚴重惡臭。而造成水華現象的出現,主要原因還是水域沿線大量施用化肥、居民生活污水和工業廢水大量排入江河湖泊,致使江河湖泊中氮、磷、鉀等含量上升。
湖泊等水體的富營養化依然是我國目前以及今後相當長一段時期內的重大水環境問題。研究藍藻水華的形成機制,對於科學預測湖泊中藍藻水華的產生,並採取相應措施減少其帶來的影響具有重要的生態和環境意義。對水華的形成需要全面認識,營養鹽濃度的升高可能僅是藍藻水華形成、且人們可以加以控制的因素之一;在探索水華成因時,不能僅僅局限於夏季藍藻水華髮生時環境特徵的研究與觀察,而應該提前關注藍藻的越冬生理生態特徵、春季復甦的生態誘導因子及其閾值以及在復甦后,藍藻如何在生長過程中形成群體,並逐步成為湖泊水生生態系統中的優勢種乃至形成水華的過程。並需要對藍藻越冬的生存對策、藍藻群體的形成的條件、藍藻在春季復甦的觸發條件及其生態閾值、以及藍藻在與其它藻類種群競爭中取勝的生理生化特徵有足夠的認識。
藍藻水華的“暴發”是表觀現象,其前提還是藻類一定的生物量,且是一個逐漸形成的過程。在四季分明、擾動劇烈的長江中下游大型淺水湖泊中,藍藻的生長與水華的形成可以分為休眠、復甦、生物量增加(生長)、上浮及聚集等4個階段,每個階段中藍藻的生理特性及主導環境影響因子有所不同。在冬季,水華藍藻的休眠主要受低溫及黑暗環境所影響;春節的復甦過程主要受湖泊沉積表面的溫度和溶解氧控制,而光合作用和細胞分裂所需要的物質與能量則決定了水華藍藻在春季和夏季的生長狀況,一旦有合適的氣象與水文條件,已經在水體中積累的大量水華藍藻群體將上浮到水體表面積聚,形成可見的水華。研究藍藻水華的形成機理必須尋找導致水華形成的各主要生理階段的觸發因子或特異性因子,針對不同階段藍藻的生理特性,進行深入研究。只有這樣才有可能逐步弄清藍藻水華的形成機制,並對其發生的每一進程進行預測,尋求更加具有針對性的控制措施。
除了水體的富營養化之外,水溫、洋流、水體的pH值、光照強度等均會對藻類等水華生物的大爆發產生影響,在個別時候甚至是誘發因素。
位於江蘇省南部的中國第三大淡水湖——太湖中,水華十分頻繁,致使太湖的漁業遭遇危機,而當淡水營養化后的太湖,“水華”頻繁出現,促使其“水華”面積逐漸加大,導致“水華”時間延年增長。
美國佛羅里達州水華
美國佛羅里達州水華
1974年,多餘的營養鹽導致了美國佛羅里達州大沼澤的地國家公園中的這次水華,水華大量消耗掉了水的氧氣,使許多生物死亡。

防控措施


打撈

在夏季高溫季節,可將水面或港灣中大量堆積的水華通過人工或機械的方式打撈出來,進行處置上。現在市場上有各種各樣的打撈船,集打撈、脫水、儲運於一體。如何對打撈的藍藻進行資源化也是一大難題。

絮凝除藻

可通過黏土絮凝來控制有害藻華。近年通過對黏土表面進行改性的方法,製備出了高效的改性黏土,使對有害藻華的控制效率得到了大幅提升。粘土將藍藻沉澱下去后,也有引發二次污染的風險,在飲用水源地附近的使用需格外謹慎。

生物控藻

可以通過放養濾食性(filter-feeding)魚類——鰱、鱅來控制藍藻水華,也稱之為非經典生物操縱技術(non-traditional biomanipulation)。每個水體都需尋找一個合適的能有效控制藻類水華的鰱、鱅生物量的臨界閾值,鰱、鱅對藻類的攝食利用率與藻類的種類組成和生理狀況、其他可利用食物(如浮遊動物)的相對丰度、水溫等有密切關係,而藻類的增殖速率與光照、水溫及水體的營養水平等有密切關係。


藻泛指生長在水中的植物,亦包括某些水生的高等植物。藻類是隱花植物的一大類,無根、莖、葉等部分的區別,有葉綠素可以自己製造養料,種類很多,海水和淡水裡都有,極少數可生活在陸地的陰濕地方。海藻。小球藻。藻類植物。也指華麗的文彩、文辭:藻思(多採的文思)。藻麗。藻繪(文采)。藻井(中國傳統建築物天花板上一方一方的彩畫)。藻鏡(指品評鑒別。亦稱“藻鑒”)。辭藻。藻飾。古代帝王冕上系玉的五彩絲繩:玉藻。

赤潮


赤潮是水體中某些微小的浮游植物、原生生物或細菌,在一定的環境條件下突發性地增殖和聚集,引起一定範圍內一段時間中水體變色的現象。通赤潮常水體顏色因赤潮生物的數量、種類而呈紅、黃、綠和褐色等。赤潮雖然自古就有,但隨著工農業生產的迅速發展,水體污染日益嚴重,赤潮也日趨嚴重。
赤潮又稱紅潮,國際上也稱其為“有害藻類”或“紅色幽靈”。是在特定的環境條件下,海水中某些浮游植物、原生動物或細菌爆發性增殖或高度聚集而引起水體變色的一種有害生態現象。赤潮並不一定都是紅色,主要包括淡水系統中的水華,海洋中的一般赤潮,新定義的褐潮(抑食金球藻類),綠潮(滸苔類)等。
“赤潮”,是海洋生態系統中的一種異常現象。它是由海藻家族中的赤潮藻在特定環境條件下爆發性地增殖造成的。海藻是一個龐大的家族,除了一些大型海藻外,很多都是非常微小的植物,有的是單細胞生物。根據引發赤潮的生物種類和數量的不同,海水有時也呈現黃、綠、褐色等不同顏色。