气候变化对蓝藻水华造成的多方面影响环境驱动因素

2022-08-15 10:11:19 0 双良环境
气候变化对蓝藻水华造成的多方面影响环境驱动因素

  随着农业的迅速发展,越来越多的氮和磷进入水生生态系统,加剧了河流、湖泊、河口和近海的富营养化,导致藻类的大量繁殖和水华的形成。20世纪60年代,人类认识到了这一全球性的环境问题,开始采取措降低排入水体的营养物质含量,以改善水质并控制水华。由于降低磷排放比降低氮排放的措施更有效,加之近几十年来氮肥用量已逐渐超过磷肥,导致许多湖泊、河流和沿海水域的氮磷比不断上升。氮含量和氮磷比的提高可能会改变蓝藻水华的物种组成,特别是固氮蓝藻的减少和非固氮蓝藻(微囊藻、浮丝藻等)的增加。曾发生在伊利湖的事件证明,由于微囊藻毒素富含氮元素,水中较高的氮浓度会促进这种毒素的产生。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

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二氧化碳浓度上升e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  水中溶解的二氧化碳浓度很难与大气中的二氧化碳的分压平衡,特别是在水华通过光合作用消耗掉大量溶解二氧化碳的情况下。蓝藻已进化出完善的的碳浓缩机制,包括几种CO2和碳酸氢盐摄取系统。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  大气中二氧化碳浓度的升高而水中溶解的CO2浓度较低,在空气—水界面上形成巨大的浓度梯度,有利于空气中的二氧化碳溶入水体,而后被栖于水面的水华用于自身的增殖。数学模型和实验室实验一致说明,大气中二氧化碳浓度的升高可能会使富营养化的水域中的蓝藻水华持续恶化。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

全球气候变暖e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  高温可以多种方式促进蓝藻水华的生长。许多能形成水华的蓝藻在相对较高的温度下达到最大生长速率,通常高于25°C。此外,与真核浮游植物相比,蓝藻的生长速率随着温度的上升而增加的幅度更大。水温升高也导致水体的分层更稳定,极少在垂直方向发生水流的混合。这种情形为蓝藻漂浮提供了理想的条件,使它们可以在水面获得充足的光线。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  营养条件和湖泊形态不同,温度产生的影响也不同。在湖水较浅且富营养化程度较高的湖泊中,营养物质和温度对蓝藻生长具有协同作用。也就是说,未来气候变暖,为了抑制蓝藻水华的生长可能需要进一步减少营养物质。然而,在湖水很深、营养物质比较贫瘠的湖泊中,热分层现象不利于营养物质从底层流入表面层,反而会抑制蓝藻的生长。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  气候变化还有如下预期现象:随着降雨量的增加,热带气旋、夏季雷暴等风暴天气会更加极端;干旱程度加剧,持续时间延长。大型风暴和强降雨冲刷破坏水体分层现象,暂时性地抑制蓝藻水华的形成。然而,强降雨也会导致土壤养分流失,从而加剧下游水域的富营养化。如果强降雨事件之后是夏季长期的干旱,水体长期处于富营养化状态,则为蓝藻水华的爆发提供了十分有利的条件。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

水华的预防和控制e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  人们目前已经研究出一些预防或控制蓝藻水华的方法,例如降低营养物质浓度、改变水力条件、进行生化治理等。每种方法都在某些湖泊的水华治理中取得了成功,但并不能保证这些方法在所有水华事件中都能见效。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

营养物控制e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  减少外部营养物质流入可以从根本上解决问题。营养物质可通过大范围污染或点源污染进入湖泊和沿海水域,因此,降低营养物质排放需要针对整个流域采取措施,有时需要整个国家甚至国际之间的共同努力。例如20世纪70至80年代,颁布了禁止使用磷酸盐洗涤剂的规定,并对氮肥和磷肥进行了严格的限制。然而,这类措施可能需要数年甚至数十年才能见效,因为过剩的营养物质往往在底泥中累积,长期为湖泊内部的物质循环供应营养物质(特别是磷)。如果先前的富营养化已经使湖泊生态系统转变成了另一种稳定的状态,那么生态系统的恢复可能需要更长的时间。向湖泊中投加能与磷结合的粘土,再对沉积物进行清淤或封盖可以降低水体内部的磷负荷,从而有利于湖泊生态系统的恢复。但腐殖质和其他含氧阴离子的竞争吸附会使粘土与磷结合的效果较差。此外,水面的风和底栖动物的活动易使沉积物重新悬浮,营养物质随之进入水体。因此,无论采取何种工程手段进行治理,若要长期有效地控制水华,降低营养物质的排放是必须采取的关键措施。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

水力方法e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  对湖水进行人工混合可以抑制有浮力的蓝藻大量繁殖,这种方法相对昂贵但非常有效。如果垂直方向的混合速率超过其上浮速率,蓝藻就很难再在气囊的作用下上浮,从而被硅藻和绿藻取代。由于蓝藻水华的形成需要时间,通过增加水流速度来缩短水力停留时间也有望成为控制缓滞河流和水库静水中水华的有效方法。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

化学防治e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  化学处理可以迅速消除水华,但并不是一种长远的解决方案。硫酸铜、敌草隆和其它除藻剂具有环境持久性,也对其他水生生物具有毒害作用,因此不宜使用。此外,化学处理会使蓝藻细胞裂解并释放藻毒素,从而导致水质问题进一步恶化。向水体投加低浓度的过氧化氢是一种非常有效的方法,因为蓝藻比其他真核浮游植物对过氧化氢更敏感,可达到选择性消除蓝藻水华的目的;而且过量的过氧化氢可在几天内分解为水和氧气,不会对环境造成长期影响。然而,在过氧化物消失后,蓝藻会重新繁殖形成水华。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

生物防治e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  虽然蓝藻有天敌,但生物防治并不简单。利用病毒、病原菌或真菌抑制水华形成这一方法值得关注,但这些拮抗微生物往往具有宿主特异性,且不能对相应的抗性菌株起作用。因此,病毒或真菌感染可导致蓝藻生物量骤减,但很难长期有效地防治水华形成。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  斑马纹贻贝(Dreissena polymorpha)等软体动物能滤去水中的浮游植物和其他悬浮颗粒,它们对蓝藻水华的影响仍在争论中。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  减少以浮游生物为食的鱼类和底栖鱼类数量,或者同时引入以鱼为食的鱼类将改变食物网的结构,这种方法已在几个浅水湖得到实践。这种生物控制方法旨在防止鱼类引起沉积物再悬浮,并增加大型浮游动物的丰度,控制浮游植物的生物量,从而使水的透明度的增加,成群的沉水植物充分利用水底的营养物质,进一步抑制沉积物再悬浮,将湖水转变为洁净的状态。这种方法的前期效果十分可观。然而,有的水域内部营养物质含量极高,也有的水域持续有外部营养物质进入,不出几年,这些水域中的浮游植物又将大量繁殖形成水华。因此,只有控制营养物质进入水体或不断减少特定鱼类的数量,这种措施才能长期有效。e4i新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

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