蓝藻水华暴发机制
教师姓名：刘斌
学院：城市建设与环境工程学院
专业：环境工程
小组成员：罗华瑞贾如雪刘孟秋陈怡汀阚世豪梁丽媛陈溆东杨立钟凯文
中国﹒重庆重庆大学城环学院
二〇一七年六月
摘要：本文旨在介绍以太湖为例的蓝藻水华的爆发机制及控制对策。文章简述了蓝藻的构成及对蓝藻水华的定义；从内外两个方面深入探讨引起蓝藻爆发的原因；详述了如何以控污截源、生态修复、流域管理等手段控制蓝藻水华的持续爆发；并概括了蓝藻水华对当地水生态系统带来的危害及如何有效利用蓝藻水华。
关键词：太湖，蓝藻水华，爆发机制，控制对策
Abstract: This paper aims to introduce the cyanobacteria outbreak mechanism and control countermeasures of Tai Lake, for example. This paper briefly describes the composition of the cyanobacteria, as well as the definition of cyanobacteria and water bloom. Then, detailedly discusses the causes of cyanobacteria outbreak mechanism from the inside and outside; detailing the methods to utilize the measures of control pollution and stop the source, ecological restoration as well as river basin management to control the cyanobacteria outbreak; moreover, summarizing the harm for the local aquatic ecosystems due to cyanobacteria and water bloom, as well as the methods to effectively utilize cyanobacteria and water bloom.
Keywords: Tai Lake, cyanobacteria and water bloom, outbreak mechanism, control countermeasures.
1.蓝藻
1.1基本特征
1）细胞壁由纤维素（内层）和果胶质（外层）组成，细胞外有的具胶被或胶鞘。
2）无色素体，色素均匀地散在细胞周围的原生质内。色素成分主要为叶绿素a、β胡萝卜素、藻胆素。藻胆素是蓝藻的特征色素，包括蓝藻藻蓝素（c-phycocyanin, C34H47N4O8）、蓝藻藻红素(c-phycoerythrin, C34H42N4O9) 和别藻蓝素(Allophycocyanin)等。
3）无细胞核，只具核质而无核仁和核膜。属原核生物，称为蓝细菌（Cyanobacteria）
4）同化产物主要是蓝藻淀粉(Cyanophycean starch)。
1.2繁殖方式
主要为营养繁殖和孢子繁殖，未
发现有性繁殖，可产生的孢子有：内
生孢子、外生孢子、厚壁孢子（休眠
孢子）、藻殖孢。营养繁殖常见为细
胞分裂，特殊为藻殖孢繁殖。
（1）段殖体是蓝藻藻丝上两个
营养细胞间生出的胶质隔片(凹面体)或由间生异形胞断开后形成的若干短的藻丝分段，又称藻殖段或连锁体。图1 繁殖方式图
（2）厚壁孢子系由普通营养细胞增大体积，积累丰富营养，然后细胞壁增厚而成。厚壁孢子有极强的生命活力，能在不利环境条件下长期休眠。
（3）异形胞是丝状蓝藻类(除了颤藻目以外)产生的一种与繁殖有关的特别类型的细胞，它是由营养细胞特化而成的。具有异形胞的蓝藻能固氮，当水中氮缺乏时，异形胞的数目显著增加。
2.蓝藻水华
蓝藻水华指淡水水体中蓝藻大量繁殖的一种自然生态现象，是水体富营养化的一种特征，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，蓝藻大量繁殖后使水体呈现绿色的一种现象。
3.蓝藻水华的暴发机制与控制对策-太湖
3.1太湖概况
太湖是我国第三大淡水湖，同时也是个浅水湖泊，面积2338km2，平均水深1.9 m。太湖又是我国最大的存在严重蓝藻水华的湖泊，是国务院指定重点治理的富营养化水域之一。如图1所示，太湖位于我国人口密集、经济发达的长江三角洲地区，太湖流域行政区划分属江
苏、浙江、上海和安徽三省一市，流域总面积36895 km2，其中在江苏和浙江两省的区域占据了流域总面积的85.4%。太湖流域犹如巨大的引擎，推动着长江三角洲经济的腾飞和社会的进步。但由于长江三角洲地区经济多年来的高速发展，导致太湖沿岸生活污水和工业废水排放量猛增，畜禽养殖和农田肥料使用等造成的非点源污染面积不断扩大，加快了太湖流域水体富营养化进程，致使藻类频发，饮用水安全受到严重威胁.
空间分布西部沿岸发生蓝藻水华概率最大，其它湖区依次为大太湖、梅梁湾、南岸沿岸、竺山湖和贡湖。各湖区中蓝藻水华发生级别由高到低基本上沿袭北东南方向分布。
图2太湖区域位置示意图图3 太湖分区
3.2蓝藻水华暴发模式
太湖蓝藻水华的“暴发”实际经历了4个阶段.
第一阶段是蓝藻细胞增殖阶段: 在适宜的温度、光照和营养盐条件下, 蓝藻单细胞通过分裂与增殖从发育成小的多细胞群体, 而小细胞团的形成很可能是外部环境胁迫下胞外多糖分泌产生的粘合作用的结果.
第二阶段是蓝藻细胞团形成阶段: 水柱中具有一定生物量基础的蓝藻颗粒(或蓝藻小细胞团)在风浪扰动下发生碰撞, 在短时间内快速形成大细胞群体; 这样的过程可能会重复多次, 并随着风速的变化再现多阶段和间歇性的发展.
第三阶段是蓝藻细胞团上浮阶段: 水柱中的蓝藻生物量积累至一定程度, 且大群体细胞团占多数; 同时, 风速小于细胞(团)上浮的临界风速(<3m/s)条件下蓝藻细胞团快速向水面聚集. 在聚集过程中, 细胞群体碰撞几率增加, 较小体量的细胞团更容易粘合形成更大的群体从而加速蓝藻水华的出现.
第四阶段是蓝藻水华暴发阶段: 漂浮在水面上的蓝藻华在湖流的辐合或辐散作用下, 发生水平方向的漂移和聚集, 最终呈现蓝藻水华“暴发”的态势.
图4太湖蓝藻水华“暴发”的概念性解释框图. (a) 蓝藻细胞分裂增殖; (b) 碰撞形成大细胞团; (c) 大细胞团上浮形成可见水华; (d) 湖流携带的迁移与堆积
3.3蓝藻水华发生的内外因素
人们认为富营养化主要是内、外因相互作用的结果.导致水体富营养化的因素主要有:
3.3.1外因
①营养物质的过度增加，总氮和总磷分别超过0.5和0.02mg /L，就会有水华爆发的隐患; 大气沉降对太湖氮、磷浓度的增加也产生了很大的影响。太湖每年总氮（TN）、总磷（TP）的平均沉降率分别为2.0 tkm-2year-1和0.03 t km-2year-1。太湖每年通过湿沉降获得的TN和TP的总量分别为7500 t和4720 t，占到每年由进湖河流中TN 和TP中输入量的7.3%和16.5%。湿沉降，特别是对于氮元素来说，对太湖的富营养化已经产生了显著的影响。而大气TP污染则主要来
自气溶胶等固体物质的干沉降，TN总沉降率曲线在春季3~5月出现高峰值的现象对太湖水体的富营养化具有潜在的促进影响，研究表明，太湖水域内TN和TP的浓度与沉降量之间呈现一种反线性函数关系，小雨携带入湖的大气TN、TP污染物通量高于中雨和大雨。降雨中TP最大浓度出现在苏州，TN最大浓度出现在无锡，而二者的最大是沉降率都出现在苏州。这就证明了大气中的营养成分大多数来自太湖的东部和西北部地区。
②太湖富营养化因子来自太湖水体多年来形成的沉积物。沉积物是湖泊营养物质地球化学循环的重要环节与界面。营养物质在水/沉积物界面的地球化学行为对湖泊，尤其是浅水湖泊的水环境与生态系统有着极为重要的影响[11]。太湖中沉积物体积大约有1.86×109m3，在大部分区域沉积物的深度为0.5~2.0m。如图所示，绝大部分的沉积物从梅梁湾顺着西部沿岸一直延伸到太湖南部。研究表明，只要是营养负荷高的水体，不管是在缺氧还是在好氧的条件下，磷都会从上层水体中沉淀到底泥中；相反，在底泥和水的接触面生存的有机生物能刺激底泥释放磷，且它们的新陈代谢能改变周围的微环境条件。磷在底泥与水界面的释放与吸收过程同时受到光线、温度和溶解氧等因素的影响。
图5太湖沉积物分布情况
②长期持续高温、降雨量少、水位偏低也会加剧蓝藻水华爆发的过程，温度:有关研究表明微囊藻的最佳生长温度高于其它藻类，室内实验证明, 太湖微囊藻的最适生长温度为30～35℃，水库中的围隔实验证实当水温为26℃时,，最适宜于微囊藻的聚集、上浮而形成水华。
③水体中微量元素充足会促进蓝藻发生;
④藻类种类不丰富，与蓝藻竞争营养盐的藻类少，继而蓝藻成为优势种发生水华;
⑤水文、气候、气象等条件也可以通过影响湖泊水体的分层、混合以及光照、营养盐的可利用性等, 从而直接或间接地影响蓝藻种群的细胞密度、种群组成、垂直分布、生命周期等。直接作用是由于风浪和湖流的运动将湖区内的蓝藻吹向湖岸,形成水华; 而间接作用, 尤其在大型浅水湖泊中, 可能更多的是由于风浪的扰动, 导致了大量的营养盐从沉积物中释放出来, 大大增加了水体中藻类可利用的营养盐含量.
⑥光照：由于蓝藻细胞体内除了具有叶绿素外, 还同时具有藻胆蛋白(包括藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白) , 这些色素使得蓝藻可以利用其它藻类所不能利用的绿、黄和橙色部分的光(500～600nm ) , 从而比其它藻类具有更宽的光吸收波段, 能更有效地利用水下光的有效光辐射并可以生长在仅有绿光的环境中。此外, 长期暴露在强光条件下对许多藻类来说可能是致命的, 但微囊藻通过增加细胞内类胡萝卜素的含量而保护细胞免受光的抑制, 因此, 对强光有较大的忍受性。
3.3.2内因
①蓝藻可借助假空泡来调节其在水中的位置，进而选择适宜的光照和养分的吸收，使其在种间竞争中占优势。在外压作用下螺旋鱼腥藻假空泡破裂后的恢复受到氮、磷限制的影响;
②固氮蓝藻能固定空气中游离的氮;
③部分蓝藻能够通过自身产生的毒素而成为优势种;
④蓝藻有一套属于自己的休眠机制，当环境条件不适宜时，产生厚壁孢子等便进入休眠状态，一旦环境好转，便萌发成新个体;
⑤蓝藻的细胞壁由外层的果胶质和内层的纤维质组成，使其具有很重要的生理生态功能，大多数蓝藻滤食性动物难以消化而减少其食物选择性，从而使其在种间竞争中占优势;
⑥蓝藻细胞可以贮存过量营养物质以备不时之需;
⑦蓝藻相对于其他藻类有较高的高温耐受性，含有多种辅助色素，可以捕获的光谱更宽.
3.4蓝藻水华的控制对策
3.4.1控污截源
（1）源头控制
首先，要提高流域污水处理厂的脱氮除磷能力，并且开发科学施肥技术，降低农田氮磷流失；其次，要努力推广生活节水措施，减少生活污水产出量，并且要减少面源污染，这是实现太湖流域水环境治理目标的最重要前提。水生植物的恢复需要以环境条件改善为前提，只有营养负荷降到一定程度，蓝藻水华才会逐渐消失，代之以水生植物为主的健康生态系统才能得到恢复。
（2）截污控污
利用已有的水利工程设施，调整流域河网水系功能结构和水力过程，保育植被，恢复景观生态，有效发挥灌木和水生植物的水质净化功能，充分利用河网水系对流稀释、动力复氧、沉降吸附能力，建立生态干流与河渠，削除进人流域湖荡的污染物。具体实施措施如下：：前置库是富营养化治理的有效技术之一，通过前置库延长水力停留时间，增强泥沙及营养盐的沉降量，拦截营养盐。
湿地处理技术：湖滨湿地和入湖河道堤岸湿地是拦截非点源污染
的有效措施。
水力学方法：引水冲刷是减少和稀释湖泊水体营养物质的有效方法，加快水的换水周期使得蓝藻来不及生长。
底泥疏浚：该法是减少内源负荷和治理富营养化湖泊的一种重要措施，适用于面积较小、风浪较弱的水域。
3.4.2生态修复
建立以水生植物为主的生态系统
水生植物在湖泊中对环境有很大的影响。水生植物在生长过程中可以吸收同化湖水和底泥中的氮、磷等矿质营养物质，对降低湖水营养水平、防止富营养化起到了重要作用；同时水生植物通过光合作用合成大量有机物质，创造了可供收获利用的植物产品；另外，水生植物能抑制风浪、固持底泥、抑制藻类从而提高水体透明度，为经济水生动物提供了优良的栖息环境，同时水生植物表面有类似于生物膜的净化功能。
生物除藻技术
蓝藻能释放生物毒素类次级代谢物，含一定浓度藻毒素的水体可使鱼卵变异，蚤类死亡，鱼类行为及生长异常，水华暴发也常使大量水生生物死亡。从生态学角度分析，太湖蓝藻水华的暴发产生了大量
的蓝藻，严重破坏了水体生物的食物网，进而破坏了水体生态系统平衡。通过品种改良、搭配和养殖新技术的使用，在生态功能区投放滤食性鱼类和贝类可以进行生物控藻，达到稳定生态群落、平衡生态区系之目的。通过鲢、鳙鱼的滤食作用，一方面可以直接消耗水体中过剩的藻类，另一方面可消耗利用水体中其它的浮游生物，从而降低水体的氮、磷总含量，达到水体修复的目的。据测算，每产出1kg花白鲢将从水中带走29.40g氮、1.46g磷、118.6g碳。只要水体中鲢、鳙鱼的量达到46g/m3~50g/m3，就能有效地遏制蓝藻水华。此外，投放底栖动物对水体中浮游生物的控制效应也十分明显，并有利于提高水体透明度。另外，贝类是底栖动物，以浮游植物和有机碎屑为食物源，且对浮游植物的吸收高于有机碎屑，因此也是一种控制蓝藻水华的良好生物材料。
湖滨带的生态修复
湖滨带生态修复是湖泊治理与修复的重要内容。河岸植被带的缓冲能力表现为使溶解的以及颗粒状的营养物沉淀、结晶、非生物吸收；或由缓冲带内的植物和微生物群落消耗或转化。这样，减少入湖河道的营养物质，从而改善水质。
3.4.3 流域管理
管理体制改革
太湖流域水污染问题很大程度上是由于管理力度不足所致，而管
理不足在很大程度上又是由于管理体制存在缺陷所致。管理体制改革是太湖流域综合治理的根本保障。流域机构管理重点应放在四个方面：
①推进流域管理的法制化进程，加快形成太湖流域水污染控制总体方案和长效管理机制。
②对流域水资源和水环境进行统一规划，科学核定流域水域纳污能力、允许排污总量及其时空分布，并在建立与地方省（直辖市）协调机制的基础上，完成允许排污总量分配，审查排污口设置，确定省界交接水质标准。
③加强流域水环境与水生态状况的监测，建立流域水环境与生态科学评估体系，明确湖水环境管理的责任主体。
完善促进流域水循环的工程总体布局，加强流域水资源的统一调度。
建立预警和应急机制
为保障太湖流域居民饮水安全，迫切需要建立太湖水源地蓝藻暴发期预警和应急机制。
①认识蓝藻生长与水华形成的基本规律，建立以卫星遥感监测、气象监测、自动在线监测、人工现场观测和实验室分析为主体的预警监测体系，提前采取措施。
②在水厂取水口，进行拦截、打捞、粉末活性炭吸附、改性粘土
絮凝沉降等方法去除蓝藻及其代谢污染物。目前，江苏无锡、苏州，浙江湖州等地都已经建立了相应的应急预案，但相关适用效果还有待进一步探讨。
4.蓝藻水华带来的危害
1、消耗溶解氧的同时阻隔水面和空气的气体交换
（1）影响水中植物的光合作用，造成水生植物的死亡
（2）影响水中动物的呼吸作用，造成水生动物大量死亡
2、影响当地生物（如黄颡鱼）的遗传多样性以及当地生物的生物多样性。
3、太湖水中悬浮物浓度上涨，水体透明度下降。
4、水体中氮、磷的含量逐年上升。
5、爆发时间不断提前，持续时间越来越久，越来越频繁。
6、产生大量有毒有害物质（蓝藻毒素、大量羟胺及硫化氢等）
7、生物死亡以及有毒物质等共同作用导致水体富营养化、水质败坏。
8、影响正常供水，居民在蓝藻水华爆发的时候用水困难。
5.蓝藻水华的有效利用
5.1提取有用物质
5.1.1 提取天然色素
蓝藻中含有丰富的天然色素物质。如叶绿素、胡萝卜素、藻蓝素、叶黄素等。脂溶性色素和水溶性色素可分别通过不同萃取方式提取出来,太湖等淡水湖的蓝藻中色素含量比较丰富,100kg的干藻可分别提取4kg叶绿素、170g胡萝卜素和170g叶黄素等。
5.1.2 提取藻胆蛋白
蓝藻能进行光合作用,其胞内含有一类特殊的光合辅助色素—藻胆蛋白,含量可达蓝藻细胞干重的15%。它包括别藻红蛋白、藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白三大类。它们主要作为天然色素用于食品、化妆品等工业中。藻红蛋白可以发出橙色荧光,将其制成荧光试剂用于生物及医学研究,生物大分子的分析。藻蓝蛋白能发出紫色荧光,将可作为生物体内的荧光示踪物质用于临床医学诊断,由于其可吸收光能,可用于癌症病灶的处理。
5.1.3 提取胞外多糖
很多蓝藻在细胞外能产生大量的黏液质的多糖物质,这些多糖通常称之为细胞外被多糖,是一种生物多聚物,其含量可达细胞干重的5%
左右。
5.2资源再利用
5.2.1 制作有机肥料
60年代初时,苏联、印度、日本等已有研究,在水稻田中接种固氮蓝藻,这些蓝藻是水生的,适宜在稻田中生长,仍能使水稻获得增产。稻田中接种固氮蓝藻后,水稻长势良好,秧苗移植后返青快,分蘖力强,稻谷产量提高7～10%。日本对蓝藻资源化利用的措施主要是将藻类作为有机肥料,它的肥效优于一般化肥,氮、磷、钾含量均高于豆饼、紫云英等植物性有机肥料,蓝藻中不含对作物及人体有害的重金属,使用后不会污染土壤。
5.2.2 生产单细胞蛋白
将蓝藻变害为利、变废为宝,达到综合治理的目的,是一项非常有意义的工作,蓝藻经过生物转化处理得到的大量酵母蛋白将是一个很有潜力的蛋白质资源,酵母蛋白含量高,营养均衡,目前价格为6000元/吨,可替代豆饼等蛋白质产品,用作饲料行业的原料。这类研究立足饲料方向,利用酵母发酵技术转化蓝藻蛋白质、糖类等营养物质,制备符合饲料行业标准的饲料酵母产品。
5.2.3厌氧耦合反硝化产电
采用传统双室MFC反应器作为实验装置，将启动完成的传统微
生物燃料电池阳极基质分别替换为用陈藻上清液和蓝藻腐熟液，进行厌氧耦合反硝化产电。传统双室微生物燃料电池系统在控制阴极溶解氧浓度的条件下实现同步硝化反硝化脱氮。在连接电路的情况下，微生物燃料电池阴极室内氨氮去除率为86.6％，比开路状况提高47.7％，平均去除速率为2.24m/(L．h)，硝酸盐氮浓度由初始值64.5mg/L下降为5.3mg/L，去除率为91.8％，平均去除速率为2.43 m/(L．h)。亚硝酸盐氮的浓度全程较低，不超过0.7mg/L。
参考文献
[1]秦伯强,杨桂军,马健荣,邓建明,李未,吴挺峰,刘丽贞,高光,朱广伟,张运林. 太湖蓝藻水华“暴发”的动态特征及其机制[J]. 科学通报,2016,07:759-770. [2]孙伟华,刘锐,陈吕军,张永明. 太湖蓝藻水华成因及防治对策研究[J]. 中国
建设信息(水工业市场),2009,06:43-47.
[3]李媛,张家卫,魏杰,赵文. 我国蓝藻水华的发生机理、危害及防控利用研究进
展[J]. 微生物学杂志,2015,04:93-97.
[4]杨龙元,秦伯强,胡维平,罗潋葱,宋玉芝. 太湖大气氮、磷营养元素干湿沉降
率研究[J]. 海洋与湖沼,2007,02:104-110.
[5]周亚,李万文,王敬,吴有华. 养殖水体蓝藻水华治理探析[J]. 农业灾害研究,2013,04:48-49.
[6]杨海麟,李克朗,张玲,刘洋,丁明波,王武. 蓝藻资源无害化利用技术的研究[J]. 生物技术,2008,06:95-98.
[7]刘聚涛,杨永生,高俊峰,姜加虎. 太湖蓝藻水华分级及其时空变化[J]. 长江
流域资源与环境,2011,02:156-160.
[8]朱广伟. 太湖富营养化现状及原因分析[J]. 湖泊科学,2008,01:21-26.
[9]太湖网，太湖健康状况报告（2009-2015）
https://www.sodocs.net/doc/f215053256.html,/tba/content/TBA/lygb/index.html
蓝藻的产生原因以及处理方法
蓝藻一直是养殖户头痛的问题，尤其是到了夏季蓝藻很容易爆发，还有腥臭味，在阳光越大越热的情况下更多 捞是捞不完的，反而是越捞越多，换水感觉效果不怎么好，下面来说说蓝藻产生的原因 1 水温蓝藻的生长速度随着水温的升高而增加，只要水温达到25度以上蓝藻生长的 速度比其他藻类的生长速度快的多，蓝藻不可能在常温下大量生长，只有在高温下才会形成优势 种群，形成蓝藻水华，所以高温是蓝藻爆发的主要原因
2 水体的富营养化随着水温的升高养殖水体中的饲料增多，加上高密度养殖，泥鳅大便，水中的残饵增多 死亡的藻类等有机物不能自然分解，形成自身污染，使水体富营养化而爆发蓝藻，所以不经常换水的池塘更容易 爆发蓝藻 3 有机磷是蓝藻生长的必须因素，他主要存在生活的污水中，只要在洗衣服中含有，去除有机磷也是去除蓝藻的好办法 蓝藻的危害 蓝藻大量繁殖时被吹到下风头会感觉有恶臭，蓝藻中的项圈藻可快速产生致死因子，破坏养殖对象的腮组织，干扰其新陈代谢的 正常运行，麻痹神经，使其死亡，蓝藻大量爆发会造成养殖对象的中毒死亡， 蓝藻的处理方法 有的养殖户想种水上空心菜来控制蓝藻的生长，我感觉不怎么显示，养殖泥鳅真正种水上空心菜的寥寥无几吧，所以我们只有定向 的陪藻类来抑制蓝藻的生长，小球藻，和珊藻可以抑制他的生长，定期用芽孢杆菌使水体后产生大量的胞外酶，能大量消耗池塘中的残饵和动物排泄物等有机质，迅速分解水 中不良藻类及有机物质，抑制有害微生物，有害浮游生物的繁殖，生长，其分解的小分子物质可促进
有益微生物，优势藻群正常生长，维持藻相，菌相平衡，增加水体中的溶氧 欢迎大家的加入（高效益泥鳅养殖qq群）
973计划项目湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发
973计划项目湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发973计划课题 2004年度总结报告 项目名称:湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发机理研究 课题名称:湖泊水,沉积物界面过程对营养物迁移转化影响研究 课题编号:2002CB412304 课题负责人:金相灿刘建彤 课题依托单位:中国环境科学研究院 中国科学院水生生物研究所 二零零四年十二月十五日 本课题自2003年启动以来，紧紧围绕国家需求、课题任务书的任务要求和目前国际、国内的研究进展，开展了大量的野外调查检测、室内分析和模拟试验研究工作。下面从以下几个方面，对整个第四课题在2004年度的研究工作做一概括性总结。 一、年度计划执行情况 1(年度计划完成情况 1.1课题拟完成的研究内容和预期目标 根据课题任务书的要求，本课题第二年度应完成下列研究内容。 1.1.1 掌握水体理化因素和生物因素对生源要素在水-沉积物界面形态转化的影 响; 1.1.2 研究富营养化条件下，水-沉积物界面微生态结构的维持机理; 1.1.3 确定污染湖区主要生源要素的形态与生物可利用性之间的关系;
1.1.4 掌握跨介质间营养物的动态赋存以及热力学平衡与营养状态的关系; 1.1.5 在国内外核心刊物上发表文章4篇，其中中国环境科学研究院和中科院水 生生物研究所分别发表2篇。 1.2 课题完成的研究内容和目标 1.2.1浅水湖泊水-沉积物界面物质交换过程及其水动力影响机制 现场调查采样，分析，完成冬、夏两季样品采集工作，进行实验室内外分析数据的初步整理。初步总结完成沉积物-水界面氧化还原条件的控制机理研究。 1.2.2 湖泊营养物的微生态转化及生化动力学 1 针对长江中下游的五大浅水湖泊(滇池、洪泽湖、洞庭湖、巢湖和太湖)和两个城市湖泊(武汉月湖和南京玄武湖) 进行现场调查采样、分析，进行实验室内外分析数据的整理，总结长江中下游湖泊的基本理化特征和营养状况;同时重点研究太湖不同富营养水平湖区，分春夏秋冬四季对太湖流域的梅梁湖鼋头渚、梅梁湾小丁湾、梅梁湖蠡园、贡湖、东太湖等湖区进行野外调查，分析上覆水、沉积物样品中各种理化性质。并从底栖动物、着生藻类和微生物三方面进行水,沉积物界面的微生态结构的调查;开展实验室内的模拟研究，研究环境因子对湖泊水,沉积物界面磷交换的影响。 1.2.3 湖泊水,沉积物界面地球化学过程对湖泊富营养化的影响 水体理化因素对生源要素在水,沉积物界面形态转化的影响;跨介质间营养物的动态赋存以及热力学平衡与营养状态的关系;系统研究生源要素在浅水湖泊水,沉积物界面的形态转换机理;模拟研究确定不同形态P的存在形式对其生物有效性的影响。 1.2.4重污染湖区营养元素生物可利用性的限制因素和转化作用
水华
水华 “水华”（waterblooms）是淡水中的一种自然生态现象。绝大多数的水华是仅由藻类引起的，如蓝藻（严格意义上应称为蓝细菌）、绿藻、硅藻等；也有部分的水华现象是由浮游动物——腰鞭毛虫引起的。“水华”发生时，水一股呈蓝色或绿色。这种在自然界就有的“水华”现象，在我国古代历史上就有记载。另外，水中出现此现象（一般呈红色）则为赤潮。 淡水中富营养化后，“水华”频繁出现，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”，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”。淡水中“水华”造成的最大危害是：饮用水源受到威胁，藻毒素通过食物链影响人类的健康，蓝藻“水华”的次生代谢产物MCRST能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁人类的健康和生存。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。所以每次发生水华现象都会给人类和自然界带来巨大的损失或灾害。 当藻类大量生长时，这些藻类能释放出毒素——湖靛，对鱼类有毒杀作用。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，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。 导致水华发生的重要的因素之一就是水体的富营养化。 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,并采取相应措施
减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义.为探索富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理,综述了目前对我国大型浅水湖泊蓝藻水华成因研究现状和对水华形成机理的一般认识.分析了导致蓝藻水华形成的化学、物理和生物等主要环境因素,论述了蓝藻,尤其是微囊藻成为水华优势种的可能原因.认为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征的研究与观察,而应该提前关注蓝藻的越冬生理生态特征、春季复苏的生态诱导因子及其阈值以及在复苏后,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、蓝藻在春季复苏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征有足够的认识.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.根据生态学的基 本理论和野外对水华形成过程的原位观测,提出了蓝藻水华成因的四阶段理论假设.即 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、复苏、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; 春节的复苏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，水华十分平凡，致使太湖的渔业遭遇危机，而当淡水营养化后的太湖，“水华”平凡出现，促使其“水华”面积逐渐加大，导致“水华”时间延年增长。
太湖蓝藻水华遥感监测方法
J. Lake Sci.(湖泊科学), 2008, 20(2): 145-152 https://www.sodocs.net/doc/f215053256.html,. E-mail: jlakes@https://www.sodocs.net/doc/f215053256.html, ?2008 by Journal of Lake Sciences 太湖蓝藻水华遥感监测方法* 段洪涛1, 张寿选1, 张渊智2 (1: 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室, 南京 210008) (2: 香港中文大学太空与地球信息科学研究所, 香港沙田) 摘要: 利用遥感技术监测太湖蓝藻水华具有重要的现实意义. 基于不同遥感数据, 包括MODIS/Terra、CBERS-2 CCD、ETM 和IRS-P6 LISS3, 结合蓝藻水华光谱特征, 采用单波段、波段差值、波段比值等方法, 提取不同历史时期太湖蓝藻水华. 结果 表明: MODIS/Terra数据可以利用判别式Band2>0.1和Band2/Band4>1提取蓝藻水华; CBERS-2 CCD、ETM和IRS-P6LISS3 数据可以利用Band4大于一定阈值和Band4/Band3>1提取蓝藻水华; 波段比值(近红外/红光>1)算法稳定, 可以发展成为蓝藻 水华遥感提取普适模式. 同时, 本文成功利用ETM和IRS-P6LISS3数据Band4波段对蓝藻水华空间分布强度进行了五级划 分. 这为今后利用遥感技术, 建立太湖蓝藻水华监测和预警系统奠定了基础. 关键词: 蓝藻; 卫星监测; 多源数据; 太湖 Cyanobacteria bloom monitoring with remote sensing in Lake Taihu DUAN Hongtao1, ZHANG Shouxuan1 & ZHANG Yuanzhi2 (1: State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, CAS, Nanjing 210008, P.R.China) (2: Institute of Space and Earth Information Science, The Chinese University of Hong Kong, Shatin, NT, Hong Kong, P.R.China) Abstract:It is significant that remote sensing methods is used for monitoring cyanobacteria bloom in Lake Taihu, since it breaks out frequently each year. Based on spectral characters of cyanobacteria bloom, different algorithm including single band, band subtraction and band ratio, were used for bloom mapping, with different instruments such as the MODIS/Terra, CBERS-2 CCD, ETM and IRS-P6. They noted that all these sensors were able to detect cyanobacteria bloom, while the algorithm of band ratio between infrared and red band has a stable correlation with blooms, and it can be developed into a universal pattern. Except that, spatial cyanobacteria bloom concentrations were separated into five classes based on digital number values (DNs) in ETM and IRS-P6 Band 4. This study showed that satellite observations was effectively applied to cyanobacteria bloom monitoring and early-warning for Lake Taihu. Keywords:Cyanobacteria bloom; satellite monitoring; multi-source data; Lake Taihu 水是生命之源, 而湖泊是地球上最重要的淡水资源之一, 是湖泊流域地区经济可持续发展和人们赖 以生存的重要基础[1]. 目前, 我国内陆湖泊面临的一个主要问题是水体的富营养化[2], 其重要特征是藻类 物质, 特别是蓝藻大量繁殖. 蓝藻异常生长, 极易堆积、腐烂沉降, 形成水华, 在河口以及近岸淤积[3], 不 仅破坏水体景观和生态系统平衡, 而且由于蓝藻在生长过程中释放毒素, 消耗溶解氧, 引起水体生物大 量死亡, 湖泊水质恶化, 严重威胁了湖泊周围地区的饮水安全[4]. 如2007年5-6月, 由于太湖蓝藻爆发, 无锡重要水源地贡湖南泉水厂取水口遭受严重污染, 导致100多万人饮水困难. 因此, 快速、全面掌握蓝 藻分布信息, 对于控制蓝藻水华、评价蓝藻生态环境风险、研究蓝藻异常生长的原因以及建立水质的预 *中国科学院“优秀博士学位论文、院长奖获得者科研启动专项资金”、国家科技支撑计划项目(2007BAC26B01)和江苏省 自然科学基金(BK2007261)联合资助. 2007-09-05收稿; 2007-11-06收修改稿. 段洪涛, 男, 1979年生, 博士, 助理研究员; E-mail: htduan@https://www.sodocs.net/doc/f215053256.html,.
关于蓝藻爆发期间浊度升高的微观解释
蓝藻爆发期间出水浊度升高的微观解析 首先，我要说的是我现在是针对结合实际生产而所做的阐述。并且，滤后水浊度超标主要是由于有机物穿透滤池，处于生长期的蓝藻穿透也会影响浊度，这里只讨论前者。 （天然水中的胶体一般带负电如蓝藻，粘土以及一些固体悬浮颗粒等，而我们投加的混凝剂基本为水解带正电，如果水解为负电，那么就没有电性中和作用，而架桥作用是所用的高分子混凝剂都有的。） 首先应该从混凝开始说起，混凝有3种机理：1，电性中和即投加电解质使原水胶体颗粒的电位降低，压缩双电层，使电位ζ=0，使胶体脱稳，这样才能使胶体聚凝，但应该注意的是一旦混凝剂投加量过多，就会使胶体颗粒改变原有的电性而带正电并重新稳定，值得注意的是混凝剂的带正电价越高分子量越大其吸附性越好。2，架桥作用：不管混凝剂带何种电荷，只要它是高分子聚合物，就对胶粒有吸附作用。要具有架桥作用必须是线性的，非极性的（在其表面不会形成水化膜）并且要求有一定长度。3:网捕和卷扫：在水中杂质含量低时，往往需要投加大量的混凝剂如聚合氢氧化铝，给与其适中的PH，产生氢氧化铝絮凝体网捕和卷扫杂质。（其实氢氧化铝絮凝体任何时候都存在，只是随着PH升高有所增加） 所以我们投加的聚合氯化铝是多种效果叠加的混凝剂。 通常的，我们讨论混凝就必须考虑到2个因素：1个是混凝剂，还有就是水中杂质胶粒，混凝剂的性质影响到混凝效果，当水中杂质胶粒改变时，混凝效果也会改变，（当然还与温度 PH 浓度等也有关系后续谈到） 通常的出沉淀池的悬浮杂质都是带负电的，粒径一般的都很小，大约在30um 以下，其比表面积就很大，在布朗运动的作用的，有自发聚集的倾向（如活性炭有吸附作用），以及范德华力，以及各种键力的吸引，但由于一般胶粒表面带有同种电荷的斥力以及由于各种原因引起的水化膜的阻力而不能自发的聚集起来，这样就形成一个分散的稳定状态。 要破坏这种状态必须使带电胶体的电位降低以排除斥力和消除水化膜（我认为主要是极性基团对水（极性基团）的吸引力造成的。） 我认为一般的憎水胶粒都是非极性分子或是极性较小的分子，影响憎水胶体稳定性的主要是动力学稳定（即各种沉降）和表面动电位趋于0的程度（即吸附中和），而影响动力学稳定的主要是流体的流态和胶粒的大小，这是次要的。因此电中和性才是导致胶粒是否处于聚集稳定状态的主要因素。且是静电力，范德华力，分子键力等因素造成的一个综合力效果，在没有投加混凝剂的情况下，根据DLVO理论,胶粒很难通过自由的布朗运动碰撞到一起甚至运动到一定的聚集范围之内的可能性也很小，对于这类以静电力排斥为主导因素而处于分散状态的胶体，只要投加异种电荷的混凝剂，使其电性得到中和，运动电位ζ=0或趋近于0就可。这样即使是电性中和还是吸附架桥都成为可能。 还有一种就是亲水胶体，如有机胶体和高分子物质，有机胶体和高分子物质一般都是极性的。存在极性基团（如羧基和羟基），它对水有强烈的吸附作用，使粒子包围在较厚的水化膜阻碍胶粒相互靠近，这时水化膜作用是影响胶体聚集稳定性的主要原因，水化膜通过物理手段很难去除。因为涉及到分子内部结构和电子排列问题。
淡水水体中蓝藻水华研究进展
淡水水体中蓝藻水华研究进展 高政权,孟春晓* (山东理工大学生命科学学院,山东淄博255049) 摘要 综述目前国内大型浅水湖泊蓝藻水华成因研究现状,分析蓝藻水华形成的一般机理,重点阐明蓝藻水华治理的关键技术研究及其重要生态和环境意义。 关键词 蓝藻;水华;治理;环境 中图分类号 X524 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)16-07597-02 Progress i n Cyano bacteri aW ater B l oo m i n Fres h W ater GAO Zheng qua n et al (Schoo l of L ife Sciences ,Shandong U ni versity o fT echno l ogy ,Z i bo ,Shandong 255049)Abstract The st udy su mmar i zed the research sit uati on o f f o r m ati on cause of cyanobacteria water bl oo m,and ana l yses genera lmechanis m s o f cyanobact er i a w ater bl oo m for ma tion .F inall y ,key techno l ogy research and its m i portant ecol og i cal and environ menta l si gn ificance f or cya nobacter i a w ater bl oo m control were discussed .K ey words Canobacteria ;W ater bl oo m;R ehabilitati on ;Env i ron m ent 基金项目 国家自然科学基金(40706050;40706048);国家支撑项目 (11200602);中央级公益性研究所专项资金(2060402/2);山东理工大学自然科学基金(4040 306017);山东理工大学博士启动基金项目(4041 405016,4041 405017)。 作者简介 高政权(1972-),男,湖南安乡人,博士,副教授,从事藻类 生理学研究。*通讯作者。 收稿日期 2009 00 蓝藻又称蓝绿藻,是所有藻类生物中最简单、最原始的一种。蓝藻在长期进化中形成了极强的生态竞争优势,在适宜环境条件下即可获得最大生长率,并以指数级迅速增长,从而使产毒菌株密度增加,获得竞争优势,形成种类少而数量大的蓝藻水华。由于环境污染日趋加重,许多水体富营养化而导致蓝藻水华的暴发,成为我国目前及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。我国五大淡水湖中的太湖和巢湖相继暴发大规模水华,加上以前报道的滇池、南京玄武湖、淮河、海河等水华事件,不难看出,水体富营养化引起的蓝藻水华已极大地影响到人们生活的多个方面。20世纪90年代以来,国内淡水水体营养状态日益严重,长江、黄河、松花江等主要河流以及鄱阳湖、太湖、巢湖、武汉东湖、昆明滇池、上海淀山湖等集合淡水湖在调查中发现有大量藻类生长,形成严重的蓝藻水华[1] 。有资 料表明,我国有66%以上的湖泊和水库处于富营养化水平[2] 。2007年4月中国科学院长江水利委员会发布的 长江保护与发展报告 称,2003年三峡库区蓄水至135m 后,12条长江一级支流,在回水区不同程度地出现水华现象,并且近几年有加剧的趋势。湖泊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及采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 [3] 。 1 水华的成因 富营养化的水体在适宜的条件下,水体中藻类,主要是蓝藻短时间大量繁殖并聚集的生态异常现象称为水华,也称湖靛。底泥腐殖质较多的水体,因富含P 、N 等营养元素,当N 、P 比值大于7时,只要外部条件适宜,浮游植物特别是蓝藻就会迅速繁殖生长,甚至在水面聚合成数厘米厚的蓝绿色的藻浆,即水华。浮游植物对N 、P 的吸收速率遵循米氏方程。蓝藻水华的生成离不开合适的光照、气温、水文、气象等因素。蓝藻的繁殖习性是喜高温、连续阴雨、闷热、弱风的气 候条件,在该条件下会大量繁殖,在数量上占绝对优势,完全抑制了其他藻类的生长。影响蓝藻水华形成的环境因素包括物理因素(水温、光照、营养盐、气候等)、化学因素(氮、磷浓度等)、生物因素(蓝藻本身的生理生态特征在形成优势种 群中的作用)等[3] 。赵孟绪等探讨了2003年广东汤溪水库蓝藻水华提前发生的原因,结果表明,水温与蓝藻、微囊藻的丰度具有显著相关性,较高的水温是蓝藻水华发生重要条件之一;在具备充分氮磷营养盐和合适水温条件下,汛期反常的水体稳定性导致了汤溪水库蓝藻水华的提前发生[4] 。2 水华的危害 蓝藻水华被认为是影响水质的重要因素,它会产生微囊藻毒素,为代表的有毒代谢物,严重危害人类身体健康和生命安全。1996年在巴西,由于人群使用了含藻类毒素污染的水作肾透析液,造成126人出现急性或亚急性肝中毒,导致60个患 者由于肝功能严重损伤而死亡[5] 。水华是藻类在合适环境条件下形成的过度繁殖和聚集现象,因而在种类组成、发生时间及水平分布上具有一定的规律性。蓝藻水华出现时,水面被厚厚的蓝绿色湖靛所覆盖,甚至在岸边大量堆积。藻体大量死亡分解的过程中,不但散发恶臭,破坏景观,同时大量消耗水中的溶解氧,使鱼类窒息死亡。随着富营养化的加剧,藻类水华发生的频率和幅度增加,水华对水环境的危害和生物安全日益引起广泛的关注。在水华发生时,其现象表现为某些藻类,尤其是单细胞的蓝藻疯长。水华是湖泊富营养化的典型表征之一。蓝藻水华的形成影响了水生态系统的健康发展。蓝藻大量生长改变了水体的理化环境,透明度降低,水体散发腥臭味,溶解氧减少,造成鱼虾等水生物的死亡。当水体中的营养素被蓝藻耗尽时,蓝藻大量死亡,尽管是死亡的蓝藻,其在被细菌分解过程中还是会产生并释放蓝藻毒素,最终导致水生态系统的迅速崩溃,蓝藻水华也给水产养殖业、供水及旅游业甚至人类的饮用水安全带来极大的危害[6] ,太湖、玄武湖、巢湖、滇池等大型 湖泊都曾深受蓝藻水华暴发所引发的污染之苦[7-9] 。目前人们最为关注的焦点是蓝藻毒素所带来的危害。在淡水水体中引起蓝藻水华和产生藻毒素的藻类主要有蓝藻门的微囊藻属、鱼腥藻属、念珠藻属、束丝藻属和颤藻属等,其中的微囊藻毒素是一组由水体中蓝绿藻(如微囊藻、鱼腥藻、颤藻及念珠藻)产生的具有亲肝特性的环状多肽毒 安徽农业科学,Jou r n al ofAnhu iAgr.i Sc.i 2009,37(16):7597-7598责任编辑 庆瑢 责任校对 王凌志
湖泊富营养化治理与蓝藻水华控制
湖泊富营养化治理与蓝藻水华控制 湖泊富营养化治理与 蓝藻水华控制 ■孔繁翔中国科学院南京地理与湖泊研究所 摘要:经济的突飞猛进伴随着生态环境的急剧恶化,使得人们的生存经受着强烈的考验.而当今污染体现严重的蓝藻水华 中含有大量的微囊藻毒素,对人们构成了极大的危害.本文讨论了蓝藻水华的成因和危害等,并从外源削减与控制,内源 削减与控制,湖内水生生态系统恢复与重建等方面阐述了富营养化湖泊治理的途径. 关键词:湖泊;富营养化;蓝藻水华;治理;控制 湖泊的结构与功能及其富营养化 1.湖泊的概述及其结构 湖泊是陆地表面具有一定规模的天 然洼地的蓄水体系,是湖盆,湖水以及水 中物质组合而成的自然综合体.我国是 一 个多湖泊的国家,湖泊面积在1kmz 以上的有2300余个,总面积为71787 km,占全国总面积的8%左右. 2.湖泊的功能 湖泊是重要的国土资源,具有调节 河川1径流,发展灌溉,提供工业和饮用 的水源,繁衍水生生物,沟通航运,改善 区域生态环境以及开发矿产等多种功 能,在国民经济的发展中发挥着重要作 用.①湖泊能蓄积水量,调节河川1径流.
②湖泊能调节气候.③湖泊蕴藏了丰富的水力资源.④湖泊的航运作用.⑤湖 泊的物质资源.⑥湖泊的旅游资源. 3.湖泊的富营养化 湖泊的富营养化问题是由于人类 活动造成的,如低水平的制造业产生的工业废水,现代化农业生产中大量流失的农药,化肥,未经处理的城镇生活污水,高密度水产养殖遗留的剩余饵料, 以及航运,旅游等水上活动产生的一些污染物,都造成了富营养物质大量输入湖泊.湖泊生态系统本身是有一定的自净能力的,如水草,芦苇,沉水植物,湖 畔湿地等都是天然的净化器.而现在由于人类对湖泊的围垦,湖泊沿岸的水利工程等都破坏了湖泊的自净系统.从而造成营养源的输出途径减少,营养物质大量过剩,最终形成富营养化. 目前一般认为,富营养化的定义是 湖泊在自然因素和(或)人类活动影响下,因氮磷等营养物质含量过多,造成水体生产力从低向高营养状态过渡的一种现象或趋势[总氮(TN)达0.2mg/L, 总磷(TP)达0.02mg/L].1991年: 122个湖泊中,51%富营养化,2005年: 133个湖泊中,88.6%富营养化.61%国 控重点湖(库)水质为V类和劣V类. 富营养化最直接的表现就是蓝藻 水华的暴发.蓝藻是水中的浮游植物,
太湖蓝藻爆发原因及治理
太湖蓝藻爆发的起因及防治措施 太湖蓝藻爆发的起因及防治措施 “太湖美，美就美在太湖水……”记得小时候就时常唱起这首歌，可自从2007年太湖蓝藻事件爆发后，无锡人就谈水色变。作为一名无锡人，在目睹了这一切之后更是感触颇深。当你打开水龙头，就能闻到一股股恶臭；一盆水中有着一层绿色沉淀物时；市民开始疯抢纯净水……你就能知道水的珍贵了！ 太湖水污染，只是人与自然矛盾的一个缩影。人类对自然的肆意破坏和祲占，已经到了触目惊心的地步：森林滥砍滥伐，矿山私自采挖，污水恣意排放，能源严重消耗-----，唇亡齿寒，太湖爆发的一场水危机，只是大自然对人类的一次小小惩罚，但如若不进行深刻反思，我们将彻底砸掉子孙赖以生存的饭碗，人类社会，将自取灭亡。 通过查阅资料，我们可以知道：蓝藻即蓝藻门，又称蓝绿藻，是一门最原始、最古老的藻类植物。蓝藻的主要特征是：植物体简单，单细胞生物，各式群体和丝状体；细胞中无真核，但细胞中央含有核物质，通常呈颗粒状或网状，没有核膜和核仁，具有核的功能，故称其为原核生物。蓝藻可以分为几十个种类，其中有一种叫微囊藻，它所产生的微囊藻毒素在自然界已知的毒素中排名第二，仅次子二(口恶)英。同时，蓝藻还存在着许多危害，如蓝藻可以消耗水中的溶解氧，当蓝藻大量繁殖时，水中的溶解氧浓度也迅速降低，造成鱼虾、螺蛳等水生生物的死亡，使水体遭受污染。尽管是死亡的蓝藻，它在被细菌分
解的过程中还是会产生毒素，同样污染水体。河流湖泊中，蓝藻含量过高是否会对人体有影响，目前还没有明确的说法，但从实验结果来看，它对肝、脾都有一定的影响。而且蓝藻爆发的周边地区，其癌症爆发比例要比其他没受蓝藻污染的地方大。 自从1998年12月，国务院就发起了太湖水污染治理“零点行动”，拉开了太湖水污染治理的序幕。可惜的是，九年以来，投资资金达百亿元，太湖水质却并没有因此而得到明显改善，甚至还一度出现加重的趋势。那么，到底是什么原因导致了太湖蓝藻的爆发呢？直接原因是经济社会发展速度过快导致的工业污染、农业污染和城市生活污水的排放远远超过我们所做的努力。间接原因在于一些政府技术性官僚和学者，总是寄希望于通过技术手段，来解决“公共地悲剧”问题。而我们在电视上及相关报道上，总是能听到这样一种解释，那就是水中氮磷含量超标，导致蓝藻大量繁殖，并极力强调使用无磷洗衣粉！其实这是有一定依据的，因为无锡初期的企业以传统的印染和冶金为主，后期又涌现出大批的机械制造业。然而冶金业废水若非重金属冶炼产生，一般含有毒物质较少，更没有很多的有机物；机械加工废水则主要是含机械润滑油、树脂、油漆等杂质，机械加工各种金属制品所排出的废液和冲洗废水，其中含有各种金属离子如铬、锌以及氰化物等；印染废水含有大量染料、淀粉、纤维素、木质素、洗涤剂等有机物，以及碱、硫化物、各类盐类等无机物。从上述资料可以看出，无锡附近的工业废水排放并不是蓝藻爆发的主要原因，这些废水没有提供蓝藻大量繁衍所需的含磷有机物。它们所起的作用主要是使水
蓝藻水华
气候变化与蓝藻水华暴发 东北师范大学数学与统计学院长春130024 【摘要】近年来，太湖蓝藻水华的暴发频率比较高，主要集中在太湖西部和北部。影响太湖中蓝藻水华暴发的因素很多，但发现气候因素所占的比重比较大，比如温度、风、光照、降水等等。这篇文章就主要从气候因素中的温度、光照时间和风这三个因素的变化，根据太湖情况建立一个模拟湖泊生态系统模型，利用散点图、线性回归分析、数值逼近建立拟合方程等数学知识，对太湖中影响蓝藻水华暴发的这三个因素进行一下简单的分析。 【关键词】蓝藻水华暴发气候因素建模求解
问题分析 在当今世界，水体富营养化和蓝藻水华的发生，仍然是在水体污染方面人们所面临的重大环境问题之一。在太湖和内陆的其他湖泊，现在是蓝藻水华的发生不仅仅是只在夏、秋两季了，而且也在逐步的向春、冬两季过度，个人认为这正是由于气候变化所引起的，即全球变暖趋势。蓝藻水华的暴发不仅会对湖泊中的水生动植物带来危害，致使其死亡，破坏湖泊中生态系统的平衡，并且还会严重影响人们的生活和健康。特别是在夏季，湖泊中蓝藻水华漂浮在水面上，在风的推波助澜之下，都被吹到岸边，并且夏天温度高，经阳光的暴晒，蓝藻会自动分解、产生恶臭的气味，造成局部空气污染影响人们生活，还有的就是如果蓝藻水华在人们饮用水源头大量聚集、腐烂变异，造成水质恶化、变味，这样会直接影响人们的健康饮水，带来疾病，给人你们造成极大的麻烦。 所以问题就产生了：怎样才能预防和抑制蓝藻水华的爆发呢？这就需要研究蓝藻水华的发生机制和影响因素了！蓝藻【1】（或蓝细菌）是地球上最早出现的光合自养生物，它们利用水作为电子供体，利用太阳能将CO2还原成有机化合物，并释放出自由氧。蓝藻的主要生存环境为淡水和海洋，它们能在咸水、咸淡水、淡水、冰冷或沸腾的泉水，以及其他微藻无法生存的环境中繁衍，譬如蓝藻常常是岩石的裸露面和土壤中建立种群的先锋物种，它们通过一些特殊的机制（如吸收紫外线辐射的外鞘色素）增加其在相对暴露的陆地环境中是适应性，蓝藻具有在贫瘠的基质上生存的卓越能力。蓝藻能与其他动植物（如真菌、苔藓、羊齿类、裸子植物、被子植物等）形成共生关系，而内共生被认为是真核生物叶绿体和线粒体的起源。蓝藻还是唯一可以进行生物固氮的藻类。而大量的藻类在水中高度的聚集就会水华，具体的是：水华【2】是当水体中出现富营养状况并具备适宜的温度、光照、气候及合适的水文条件等有利于藻类生长或聚集的环境条件时，水体藻类大量生长繁殖或聚集并达到一定浓度的现象，是湖泊环境因子综合作用的结果。形成水华的蓝藻【1】一般都是有伪空泡的种类，包括许多属，在形态上从小的丝状群体到肉眼可见的大型球状群体，有些种类可以固氮，有些则不固氮。而我国蓝藻水华主要是微囊藻水华，此外还有鱼腥藻水华、束丝藻水华、拟柱胞藻水华等。微囊藻水华是危害最为严重的一种，其发生普遍、持续时间长，多数产毒危害性大。我国湖泊中微囊藻早常见的为铜绿微囊藻，是太湖和滇池等湖泊水体富营养化的主要优势种群之一。而铜绿微囊藻的生长与代谢又很大程度上受气候因素温度、光照时间及风的影响。因此我们就可以针对太湖中的铜绿微囊藻建立一个模型来单独的研究气候因素对其生长代谢的影响，作为样本来反映太湖中气候变化对蓝藻水华的影响。 模型假设 （1）我们研究所用的小型生态系统与太湖的生态系统相似，并且具有一定的代表能力。 （2）风浪对太湖的扰动在研究中表现为悬臂搅拌器带动玻璃棒对小型生态系统的搅拌。 （3）对某个因素对铜绿微囊藻生长代谢的影响进行研究时，其他的因素是一样的，且在研究所持续的这段时间内，不会有外界的任何因素对样本进行干扰。 模型建立
我国典型浅水湖泊蓝藻水华治理技术研究进展
第10卷 第8期 中 国 水 运 Vol.10 No.8 2010年 8月 China Water Transport August 2010 收稿日期：2010-05-17 作者简介：宋益峰（1978-），浙江海盐人，学士，上海市金山区水文站助理工程师，主要从事水环境监测与治理研究。 我国典型浅水湖泊蓝藻水华治理技术研究进展 宋益峰1 ，兰 林2 ，吴 江3 （1上海市金山区水文站，上海 201508；2江苏省水利厅，江苏 南京 210029； 3太仓市环境监测站，江苏 太仓 215400） 摘 要：蓝藻水华成为我国浅水湖泊的重大水环境问题。根据蓝藻水华的形成机制，采取相应控制技术减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义。文中综述了目前我国典型浅水湖泊蓝藻水华治理中物理控制法、化学控制法、生物控制法的研究进展。 关键词：浅水湖泊；蓝藻水华；治理技术 中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2010）08-0154-02 一、前言 我国目前66%以上的湖泊、水库处于富营养化的水平，其中重富营养和超富营养的占22%，富营养化成为我国湖泊目前与今后相当长一段时期内的重大水环境问题[1]。与湖泊富营养化相伴随的一个普遍现象就是蓝藻水华[2]，蓝藻水华广泛地存在于淡水生态系统中并产生一系列严重的水环境问题[3]。蓝藻水华控制是世界性难题[4~6]，迄今采用的控制蓝藻水华的技术有几种：物理控制法、化学控制法和生物控制法。 二、蓝藻物理强化控制技术 1．机械除藻技术 机械除藻技术包括移动式富集湖面蓝藻“水华”技术、气浮捕集蓝藻“水华”技术。沈银武等[7]利用振动重力斜筛、旋振筛和卧螺离心脱水方法，在单机运行的条件下，在滇池于2001年4月和9月的145天中开机1,700h，共收获富藻水17,000m 3，折合干重为325t。试验区收获的蓝藻干粉经检测其平均总氮(N)为8.51％；总磷(P)为0.49％、总钾(K)0.70%和粗有机物43.47％。依此结果计算，相当于从试验区取出氮(N) 27.66 t、磷(P) 1.6t、钾(K ) 2.28 t 和粗有机物141.28t。有效降低了富营养化湖泊的氮、磷等水平和减轻或缓解了大量暴发的蓝藻生物量。 2．水动力控藻技术 吴张永等[8]对流体动力处理蓝藻技术进行了前期室内试验研究，发现实验条件下除藻率可达100%，且不会对水体造成二次污染。太湖在闾江口到马山岛之间马围长堤附近修建马山大桥，把大堤打通，沟通马山西的太湖与梅梁湖、贡湖、五里湖的水流，促使流入口袋的水流，从袋底顺利流入西太湖，促使湖水在夏季向西北部分流，冬季西太湖水流灌入两湖以冲洗滞水。如此可把两湖与西太湖整体形成循环水流，以使湖水通过自净、分流促使快速换水，抑制蓝藻暴发。 3．超声波控藻技术 超声波技术是近年来发展起来的一种新型的环境技术，被称为环境友好技术[9]，具有操作和控制容易，便于引进自动化操作手段，在处理中不引入其他化学物质，而且反应条件温和，反应速度快等优点。功率超声在水体中空化效应产 生的高压、冲击波、声流和剪切力能够有效破坏藻类的细胞结构，抑制叶绿素的合成，降低蓝藻细胞类囊体膜上藻胆蛋白和某些酶的活性。目前有研究将超声波技术应用于自然水体，通过超声短时间的辐照抑制水体中藻类的生长，从而达到控制水华爆发的目的[10]。 三、太湖蓝藻化学强化控制技术 1．湖底充气扬水筒技术 扬水筒技术，将积聚于表层的藻类驱赶至水库底层，由于光照极低以及温度骤降等原因，藻类失去活性而逐渐消亡，并能显著降低水库底层铁、锰浓度。在荷兰阿姆斯特丹Nieuwe Meer 水库中，扬水筒技术实施结果得到证明：其生物量降低为未处理前的1/20，藻类种群结构也由原先以蓝藻为主转变为硅藻、绿藻为主；此外整个水体中的溶解氧浓度可一直维持在5mg/l 左右，从而扩充了鱼类的生存空间。 2．黏土除藻技术 黏土除藻华技术最早来源于絮凝原理，曾被作为在海洋赤潮暴发时的一种应急技术，取得了一定的效果。早在1997年，就有专家在国际权威科学期刊《自然》上撰文指出，使用黏土除藻可能是治理藻华的最有发展前途的方法。但由于絮凝除藻机理不清、黏土投量太大、藻华复发和二次污染等问题，许多将黏土除藻技术应用于淡水湖泊中清除藻华的尝试一直没有成功，其技术定位为应急措施。 潘纲等[11]通过改性黏土的快速除藻除浊作用启动并强化沉积物中的生物地球化学反应使其自动地进行长期连锁的健康修复过程，发展了既能快速消除水华又能长期治理湖泊富营养化的一系列改性黏土技术。通过对26种不同黏土与藻细胞之间多项絮凝性质的研究发现高效黏土絮凝除藻的黏土架桥网捕作用，根据上述科学发现在架桥网捕性能方面对黏土进行改性，结果改性后的黏土不仅特别适合于淡水藻华的清除，而且黏土的投入量也从国际先进的200mg/l，降到了10mg/l，除藻效率达到95％以上。这种环境友好的天然改性剂可以使各种原先不具有除藻能力的当地黏土/沉积物变成高效除藻剂。 3．化学除藻剂
MODIS遥感监测滇池蓝藻水华分布
第37卷第5期 2009年10月气 象 科 技M ETEOROLO GICAL SCIENCE AND TECHNOLO GY Vol.37,No.5Oct.2009 MOD IS 遥感监测滇池蓝藻水华分布 鲁韦坤1 谢国清1 余凌翔1 杨树平2 (1云南省气候中心,昆明650034;2昆明市环境监测中心,昆明650032) 摘要 以中分辨率的MODIS 数据作为遥感影像源,运用蓝藻水华在蓝波段、红波段和近红外波段的光谱特征,使用假彩色合成法(R G B :62221)和归一化植被指数法对滇池的蓝藻水华进行遥感监测。通过星地同步试验,证明了该两种方法的正确性。其中假彩色合成法通过色彩差异表现蓝藻水华,具有视觉效果较好的优点,归一化植被指数法则以数值大小的方式区别水华浓度,该方法建立反演模型后可用于定量研究。 关键词 假彩色合成 植被指数 星地同步 MODIS 蓝藻水华 中国气象局滇池蓝藻监测项目和昆明市环境监测中心滇池蓝藻监测项目资助 作者简介:鲁韦坤,男,1979年生,硕士,主要从事环境遥感方面的研究,Email :luweikun @hot https://www.sodocs.net/doc/f215053256.html, 收稿日期:2008年10月30日;定稿日期:2009年6月11日 引言 应用TM 等高分辨率卫星监测滇池蓝藻水华 的技术已经比较成熟,早在1989年渤海湾发生赤潮 时就发现赤潮水体和清洁水体及浑浊水的TM 影 像在TM3和TM4波段存在灰度差异,由于赤潮生 物的叶绿素a 在红光区的吸收作用,其TM3的反 射率低于浑浊海水,而且在TM4波段的反射率下 降比浑浊海水的慢。从处理得到的影像看,渤海西 部沿海几乎全是程度不等的红色区[1～2]。但由于高 分辨率卫星具有重访周期较长、数据昂贵等缺点,不 可能用于日常监测。新型卫星遥感数据的出现,如 MODIS 影像,给内陆水体的水质遥感监测提供了新 的机遇。MODIS (中分辨率成像光谱仪)是Terra 和Aqua 卫星上载有的重要传感器,其星下点空间 分辨率可为250m 、500m 或1000m ,每天过境4 次,其中2次白天,而且过境时间相差不大,增强了 影像的可比性。MODIS 数据具有从可见光到热红 外的36个光谱通道,加之较高的辐射分辨率(12 bit ,TM 图像8bit ),使其已成为内陆较大湖泊水 质遥感监测最有潜力的数据源之一[3]。 1 滇池蓝藻水华概况滇池为地震断层陷落型的湖泊,南北长39km , 东西最宽为13km 。湖岸线长163.2km ,面积为306.3km 2,容水量为15.7亿m 3,流域面积2920km 2。自20世纪80年代以来,入湖污染物不断增加,富营养化日趋严重,导致湖内蓝藻大量繁殖。1992年蓝藻水华大面积暴发,造成鱼类死亡,从此滇池蓝藻水华问题日益严重。滇池蓝藻一般于每年的4～11月大量繁殖、富集,此时由于滇池流域盛行西南风,外海常年形成逆时针环流,受风向、风浪及水体的环流影响,浮于水面的蓝藻“水华”被源源不断地输送到滇池北部,特别是海埂、草海大堤、大观河入滇池河道一带。因湖水富营养化引起的蓝藻水华频繁暴发,破坏了滇池生态系统的总体平衡,严重降低了滇池的使用功能[4～5]。2 技术路线和方法2.1 滇池蓝藻水华监测的原理和方法蓝藻的遥感监测是基于蓝藻的光谱效应,蓝藻个体呈绿色,当气候条件适宜时,大量蓝藻聚集后便形成覆盖在水面上的绿油漆状水华,由于水华的蓝藻浓度和聚集的厚度不同,致使水体颜色、密度、透明度等产生差异,导致水体的反射能量发生变化,进而在遥感图像上反映为色调、灰阶、形态、纹理等特征的差别,利用这一特性,并选择恰当的蓝藻水华响 应波段,就可识别蓝藻分布的范围、面积等[6～7]。 2.2 数据预处理卫星地面站接收的MODIS 数据在星地通公司
太湖蓝藻爆发的原因及防治措施
太湖蓝藻爆发的原因及防治措施 近十几年来，由于经济发展和环境保护没有同步，使得太湖的水质越来越差，特别是太湖北岸的城市——无锡曾经发生了饮水危机。临着中国五大淡水湖之一的太湖，却没有水可以喝？——这主要是太湖水中蓝藻的大规模暴发。 蓝藻是一种最原始、最古老的藻类植物，在地球上出现在距今35亿年至33亿年前。蓝藻的重要特性是喜高温和光照，高气温、高光照时，蓝藻会迅速生长，高温天气持续越长，蓝藻生长的时间就越长。在营养丰富的水体中，蓝藻常于夏蓝藻大量生长，死亡腐败后气味难闻，破坏景观；死亡分解耗氧过多，导致其它生物缺氧死亡；分泌毒素，破坏水质，直接危害人类健康。 那么太湖为什么会暴发蓝藻呢？ 很重要的一点是自然条件。自然条件包括气象、水文和地理条件，即是蓝藻爆发的生境。蓝藻有适宜的生境就会爆发。主要有以下影响因素： 1、气温。日均气温高于200c利于蓝藻生长繁殖； 2、光照。晴热天气光照条件好，利于光合作用，蓝藻繁殖快，易上浮，易爆发； 3、风。影响蓝藻的浮沉和使蓝藻顺风向漂浮； 4、降雨。可降低水温、增氧、易于蓝藻下沉； 5、水域形状。蓝藻易聚集于顺风向的湖湾和凹岸； 6、其它。与水动力、水温、水位、水深、气压以及水体的电导、盐度、酸碱度（PH）、扰动、水的垂直分层和稳定性有关，还与微生物、食物链的相互作用等生物环境有关。 其次是基础环境。蓝藻爆发的基础环境条件主要是水体富营养化程度： 1、水体富营养化。根据太湖蓝藻爆发的实际情况，当氮（N）、磷（P）达到一定浓度，蓝藻就可能爆发，但水体的过度富营养化也不利于蓝藻的生长。 2、氮、磷比值。一般认为，在水体富营养化和N/P大于一定比值，且其它条件适宜的情况下，蓝藻就可能爆发。 3、影响蓝藻爆发的其他基础环境条件还有有机质、铁和微量元素等。 物种条件。蓝藻爆发必须有蓝藻的种子和种群存在，并有以下两个条件： 1、蓝藻种源基数较高。一年中蓝藻首次爆发的时间和生长繁殖速度，与底