蓝藻水华
发表时间:2019-02-01 09:00   浏览量:2362

目前,随着社会经济的不断发展湖泊富营养化和蓝藻水华已经成为一个全球性的重大环境问题[1]。湖泊富营养化是指水体中氮、磷等植物生长所必需的生命元素大量增加,使得水体生态系统的生产力(或者是光合速率)增加[2]。此外,也有学者将湖泊富营养化定义为由于天然水体接纳过量营养物质(主要是氮、磷),使藻类以及其他水生生物异常繁殖[3]。富营养化的湖泊常常暴发水华,导致水体透明度和溶解氧下降,并且常常伴有毒素和异味物质的产生,造成水质恶化,破坏水生态系统。蓝藻水华是湖泊富营养化的一个主要问题,水华及其释放的毒素会对水体生态系统、人和畜禽等造成严重危害[4-7]。尽管对于富营养化的定义学界比较一致,但是对于蓝藻水华却是争议很大。

1975年Reynolds 和Walsby首次在国际上提出了“水华”(Water Bloom)一词,定义为浮游蓝绿藻(Planktonic blue-green algae)在湖泊和水库表面的聚集[8]。关于水华的定义,国内外争议较大,但主要还是从以下三个层面来定义:1) 生物量:用水华种群的细胞密度来定义,叶绿素a浓度达到 10 mg/m3,约相当于细胞密度2.0×107 cells/L[9];2) 表观:浮游藻类种群密集水体表面形成肉眼可见的表观[10],在营养丰富的淡水水域表层浮游生物(常为藻类)大量繁殖聚集于水面的现象[11];3) 危害:蓝藻大量繁殖,在夏秋季形成蓝藻“水华”现象,湖水浑浊,透明度下降,藻类腐败时产生难闻的腥臭味,湖水质量显著下降等[12]。此外,还有三者相结合的定义,例如,澳大利亚和新西兰环境保护委员会(Australian and New Zealand Environment and Conservation Council) (1992)认为,在富营养化水体中的蓝藻大量繁殖,水体中藻类叶绿素a浓度达到 10 mg/m3 或细胞密度达到 2.0×107 cells/L,并在水面形成一层蓝绿色伴有恶臭味的浮沫时,则被认为水体出现了蓝藻水华[13]。

综上所述,普遍认为“水华”是由于水体中富含营养盐,在良好的光照条件下,可进行光合作用的微生物在水体表层大量富集的一种现象。微生物和它们释放的有毒物质会改变水体的颜色,减少水体中的氧气,毒害水生动物和水鸟、以及损伤人类的皮肤和呼吸道[5, 14]。一般在海洋里面出现的水华,称之为赤潮 (Red tide),主要是由硅藻和甲藻的大量繁殖引起,从而使水体颜色变为红色或褐色的现象。而蓝藻水华(Cyanobacterial Bloom)顾名思义,构成蓝藻水华的优势种群是蓝藻。因此,作者将水华(Water Bloom)和蓝藻水华(Cyanobacterial Bloom)分别定义为:1) 水华:通常富含N、P等营养盐的水体,在适宜的温度、光照和风速等环境条件下,水体中的浮游植物大量繁殖,使水柱的透明度发生明显改变,从而对水体生态环境造成危害或潜在危害的一种现象;2) 蓝藻水华:通常富含N、P等营养盐的水体,在适宜的温度、光照和风速等环境条件下,水体中的蓝藻大量繁殖,往往形成肉眼可见的群体颗粒(聚集),使水柱的透明度发生明显改变,从而对水体生态环境造成危害或潜在危害的一种现象。在暴发期间往往在水面形成浮膜(Scum),腐烂后的水华呈现蓝白色,发出难闻的气味,通常向水体中释放有毒物质,危害水生动物和人类的健康。

由图1a-b可知,蓝藻水华的定义往往体现蓝藻在水体表面聚集这一典型特征。但是,根据作者的定义蓝藻水华可以在水体表面聚集或不聚集。如图1c-d所示,在太湖这样一个大型浅水型湖泊中,水体受风浪的搅动往往比较厉害,很可能此时水体表面出现了明显的蓝藻水华聚集,但是数小时(甚至数分钟)风浪搅动后,水华会被完全打散并均匀分散于水体中。所以,从实际情况和环境管理的需求出发,很难由于一片水域水体表面出现了大量蓝藻水华的聚集,而随着风浪搅动导致这些大量聚集的蓝藻又被均匀分散于水体中后,从而给出该水域没有蓝藻水华的结论。当然,蓝藻水华在水体表面的聚集,可以随风生流发生迅速的漂移。实际上,蓝藻水华在水表的聚集是肉眼可见的明显聚集,在水体中未形成大面积的聚集前,是以蓝藻的群体颗粒(-3 cm)形式出现(图2a-d)。

此外,如图1e-f所示,五里湖夏季蓝藻水华的种类为浮丝藻(Planktothrix),该水华物种的特征是,藻类在水体中均匀分散,同时水柱中藻类的生物量往往非常高(>2.0×108 cells/L),但是很少在敞水区水面形成蓝藻水华浮膜(个别湖湾区和岸边少量存在)。因此,对于夏季具有异常生物量浮丝藻(>2.0×108 cells/L)的五里湖而言,很难界定其不存在蓝藻水华。因此,作者认为对于蓝藻水华的定义,可以在水表聚集,也可以不聚集,主要判断的标准是藻类是否大量繁殖,并存在危害或潜在的危害。这种危害往往造成该水域水质出现极度恶化,溶解氧降至1 mg/L以下,出现大量水生生物死亡,释放硫化物、甲烷和二甲基三硫等硫醚类物质,出现恶臭现象,进一步影响到饮用水源地的供水安全(图1g-h)。

图1 蓝藻水华 (a-b) 水表聚集(微囊藻水华,太湖);(c-d) 无水表聚集(微囊藻水华,太湖);(e-f) 无水表聚集(浮丝藻水华,五里湖);(g-h) 蓝藻水华死亡形成“黑水团”(太湖)
Figure 1 Cyanobacterial blooms. (a-b) Accumulation of Microcystis at the surface of water body in Lake Taihu; (c-d) Absence of Microcystis at the surface of water body in Lake Taihu; (e-f) Absence of Planktothrix at the surface of water body in Lake Wuli; (g-h) Black water aggregation formed by blooms decay, causing death of aquatic life

图2 蓝藻群体颗粒及其上浮 (a) 蓝藻群体颗粒(水桶中);(b) 蓝藻群体颗粒(白瓷盘中);(c-d) 上浮的蓝藻群体颗粒(50 ml离心管)
Figure 2 Cyanobacterial aggregates. (a) Cyanobacterial aggregates in the sampling bucket; (b) Cyanobacterial aggregates in the in the white disk; (c-d) The floating cyanobacterial aggregates (50-ml centrifuge tube)

蓝藻水华带来的危害主要有以下几个方面:1) 影响环境景观:大量的蓝藻聚集在水面上,严重影响了水体的景观效果,蓝藻还会释放出有异味的物质;2) 破坏水体生态系统:藻类的死亡分解会消耗水中的溶解氧,释出的藻毒素类物质会造成鱼类、贝类和其他水生生物的死亡,水华的发生严重影响了水生生物的生存,破坏了原有的生态平衡,最终导致整个水体生态系统的崩溃;3) 影响水源地供水安全:大量的蓝藻水华在饮用水源地附近暴发、聚集和死亡后,在适宜的气象和水文条件下,与底泥中的有机物在缺氧和厌氧的条件下产生化学反应,释放硫化物、甲烷和二甲基三硫等硫醚类物质,形成褐黑色并伴有恶臭的“黑水团”,导致水体水质迅速恶化和生态系统严重破坏,从而影响到水源地供水安全;4) 危害人类和其他动物的健康:藻毒素在食物链中的积累和传递,会给人和其他的动物的健康带来极大危害,甚至造成死亡,堵塞给水处理系统,影响饮用水安全。

参考文献

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