l蓝藻水华的危害及治理

南南京京师师范范大大学学 研研究究生生课课程程学学习习考考试试成成绩绩单单 试卷封面 试卷封面 院 系专 业 研究生姓名学 号 课 程 名 称 授 课 时 间周学时学分 简 要 评 语 考 核 论 题 总评成绩 含 平时成绩 备注 任课教师签名 批 改 日 期 注 1 以撰写论文为考核形式的 填写此表 综合考试可不填 2 本成绩单由任课老师填写 填好后与作业 试卷 一并送院 系 研究生秘书处 3 学位课总评成绩须以百分制记分 蓝藻水华的危害及其治理 姓名 刘畅 学号 121202008 学院 生命科学学院 摘 要 水体富营养化是目前世界各国所面临的重大环境问题 水体富营养化 带来的一个突出的问题是蓝藻水华的暴发 大规模的蓝藻水华降低了水资源利 用效能 引起严重的生态破坏及巨大的经济损失 而蓝藻毒素的产生给公众健 康带来极大危害 有关蓝藻毒素中毒的事件也时有报道 引起蓝藻水华的种类 主要有微囊藻 Microcystis 鱼腥藻 Anabaena 鞘颤藻 Lyngbya 束 丝藻 Aphanizomenon 颤藻 Oscillatoria 本文简要概述了蓝藻水华的危 害及其治理现状 关键词 蓝藻水华 危害 治理 The harmful of water blooms and its management Abstract The water eutrophication is the serious environment problem that all the countries are faced with it The water eutrophication brings the outbreak of water blooms The scale of the water blooms reduces the efficiency of water usage cause serious ecological destruction and huge economic losses and the algae toxin production brings great harm to the public health The algae toxin poisoning event is also reported The species cause water blooms are mainly Microcystis Anabaena Lyngbya Aphanizomenon Oscillatoria This paper briefly summarizes the harmful of water blooms and its present management situation Key wards water blooms damage management 1 蓝藻及蓝藻水华 蓝藻是一类极其古老 微小的原核生物 又称蓝细菌 是一种全球广泛存 在的原核生物 无色素体 细胞核等细胞器 原生质体分为外部色素区和内部 无色中央区 色素区含有叶绿素a 细胞可以进行光合作用 李建宏 1997 繁殖为无性繁殖 蓝藻在其长达三十多亿年的进化过程中 形成了一套独特的 形态和生理代谢机制 陈飞勇 2008 一旦环境条件适宜 其就快速生长繁 殖 并在短时间内成为优势种群 当其生长达到一定的生物量时 他们便在水 体表层聚集 形成水华 长期的进化形成了极强的生态竞争优势 在适合的环 境条件下即可获得最大生长率 并以指数级迅速增长 研究发现蓝藻具有自我 强化机制作用的生态生长调节素 可使其产生尽可能多的后代 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 水华 water bloom 是指在富营养化的河流 湖泊及池沼等淡水域中 在 一定的营养 气候 水文条件和生物环境下 由于氮 磷等营养元素过多 导 致某些藻类的异常增殖 在水体表层大量聚集成肉眼可见的蓝绿色藻层 呈油 状厚厚地覆盖于水面的污染现象 王为东 2001 常见的水华藻种多属蓝藻门 有微囊藻 鱼腥藻 颤藻 束丝藻 念珠藻等 汪育文 2007 其中以铜绿 微囊藻在数量和发生上占绝对优势 2 蓝藻水华的危害 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 当水体中的营养素 被蓝藻耗尽时 蓝藻大量死亡 各种有害气体及蓝藻毒素大量释放 狄留妹 2002 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 游业带来极大的危害 我国是一个湖泊众多的国家 湖泊不仅具有供水 调蓄洪水 调节气候 渔业 旅游等功能 还在维持区域生态系统平衡和保持生物多样性等方面发挥 重要作用 是支撑我国经济和社会发展的重要资源之一 然而 最近的几十年 由于湖泊生态系统受损 水质下降 已严重削弱了湖泊生态系统的服务功能 特别是极大地威胁到饮用水的安全供应 湖泊富营养化所导致的蓝藻水华是湖 泊生态系统受损的主要表征之一 我国是世界上蓝藻水华暴发最严重 分布最 广泛且水华蓝藻种类最多的国家之一 如太湖 滇池 吴为梁 2000 和巢湖 Codd G A Morrison L F 2005 均有大面积 高频率的蓝藻水华发生 在一些水 华暴发地方 蓝藻浓度急剧增高 蓝藻水华还会造成水体的 二次污染 如 蓝藻在生长和衰亡过程中所分泌的异味化合物或毒素等可严重影响饮用水及水 产品的品质 造成严重的经济损失 还会引起水生和一些陆生动物中毒 并可 能危及人类健康 藻类堆积后腐烂分解还可导致局部水域水质的严重恶化 危 及供水安全 如2007年5月底因蓝藻水华暴发导致无锡市主要自来水厂停产 严 重干扰居民的生产和生活 影响社会稳定 引起国内外的极大关注 对生态文 明与和谐社会建设产生重大不利影响 蓝藻水华暴发也会导致湖泊的渔业及旅 游等功能的下降 严重时甚至导致整个系统生态功能的崩溃 而生态系统的正 常结构和功能一旦被破坏并失去平衡 将很难在短时问内恢复 显然 蓝藻水 华在湖泊中的频繁暴发已经成为一种 生态灾害 Xie L 2005 需要强调的是 我国蓝藻水华生态灾害最严重的湖泊流域多是经济发达 人口密集的地区 灾 害的发生不仅严重制约了区域经济的可持续发展 同时也对人们的健康和社会 的稳定产生了极大威胁 控制肆虐的蓝藻水华危害 保障区域水安全和生态安 全已成为国家的重大需求 目前 引起人们更大关注的是蓝藻毒素所带来的危害 微囊藻属 鱼腥藻 属 颤藻属和束丝藻属等都可以产生蓝藻毒素 沈建国 2001 水体中高浓 度微囊藻毒素可影响水生植物种群的多样性 也可使鱼卵变异 鱼虾死亡 鱼 类行为及生长异常 蓝藻毒素同样威胁着人体健康 有研究表明 对我国肝癌 高发区江苏海门和启东两地进行了饮水与肝癌的病例对照和前瞻性研究 结果 显示饮河沟水居民患肝癌的危险较饮井水或自来水居民高 有学者认为蓝藻毒 素是引起我国南方肝癌高发的主要危险因素之一 世界卫生组织制定了饮用水 中蓝藻毒素的控制标准为1ug L 3 蓝藻水华的治理 3 1 化学法 化学法是通过筛选和合成化学药剂 统称杀藻剂 来控制水中藻类的繁殖 其机理一方面通过金属离子抑制藻类的正常代谢而达到杀灭藻类的目的 另一 方面则通过金属离子的絮凝作用沉降藻类而达到去除藻类的目的 有机溴杀藻 剂 铜盐 硫酸铜 氯化铜 高锰酸钾等是应用较多的杀藻剂 其中硫酸铜 是最为常见的杀藻剂 铜离子作用于蓝藻藻胆体抑制其对光能的吸收和传递 具有较强的杀藻效果 但铜离子容易富集并且硫酸铜能使藻毒素从藻细胞内释 放入水中 铝离子和铁离子都有较强的絮凝作用 化学除藻法能立杆见影 但 它不可避免地将造成环境污染或破坏生态平衡 所产生的负面效应非常严重 而且难以消除 可以说这是一种短视行为或是一种权宜之计且在水源水体中施 用杀藻剂后 死藻仍留在水体中 营养物质不能移出水体 必须连续间歇加注 因此耗药量大 且费时费力 3 2 物理法 物理法主要采取截流 疏浚 稀释和污水分流等措施 物理方法有费时 费钱 操作困难的缺点 解层作用 光调节 水位调节 高压放电 超声波等 物理方法效果也明显 但不易普遍和大规模实施 向水中播洒粘土清除蓝藻水 华也是比较有效的方法 3 2 1底泥疏浚和底泥中磷的固化 底泥沉积物是水环境中磷的主要贮存库 因此 当外源污染通道被有效阻 断后 底泥将是水柱中溶解态磷的主要来源 底泥沉积物中铁与磷形成配合物 的稳定性受氧化还原电位的影响 当夏季底泥界面缺氧时 底泥中的磷就会大 量释放 给蓝藻水华的爆发提供有利的营养补给 因此 减少底泥中磷的释放 从理论上讲对控制蓝藻水华的发生会起到很好的调节作用 陈雪初 2008 目前 国际上常用底泥疏浚和底泥中磷的固化 金相灿 2004 来减少磷的释放 但底泥 疏浚成本太高 且挖出的底泥往往含有高含量的重金属及其他持久性有毒有机 污染物 如何处理这些底泥也是非常棘手的问题 底泥中磷的固化主要采用固 化剂 铁盐 粘土 碳酸钙等 和改变底泥氧化还原电位的方法 曝气 通氧气等 方法 总体来说 采用磷固化的方法成本很高 同时 在水体中使用化学固化 剂可能会造成二次污染 并且处理后容易反弹 3 2 2 定期排放出均温层水 研究显示 富营养化水体中溶解态磷主要分布在贴近底泥的均温层中 因 为在水华季节到来前 磷在缺氧条件下从底泥中向均温层释放 最终扩散到整 个水柱中 因而 在大型水库中可以通过定期排放出底部均温层高磷含量的库 水来阻止底泥中释放出的磷对表层浮游植物磷营养的供给 从而控制水华的发 生 该方法虽成本低 无外源污染 但排出的含磷污水可能会对下游水资源产 生不利影响 3 3 生物法 主要从生态的角度 通过生物间的营养竞争和牧食关系来控制蓝藻水华 生物方法强调的是整个生态系统的管理 从营养环节来控制蓝藻 使水体的营 养素转变为人类需要的终产品 具有经济 高效 合理的优点 目前主要采用 微生物防治 食藻生物 水生植物抑制等方法 3 3 1 水柱中溶解态磷的沉淀 众所周知 水柱中溶解态磷的含量是蓝藻水华发生的决定因素之一 因此 通过沉淀的方法将水柱中溶解态的磷沉淀到底泥中贮存 在一定程度上可以控 制蓝藻水华的发生 常用于水体中磷的沉淀剂主要包括硫酸铝 铁盐 硫酸铁 氯化铁等 粘土及石灰石 Ca OH 2 CaCO3 等 其中铁盐被认为是较好的磷沉 淀剂 但铁盐的使用会显著降低水体的酸度 导致铁与磷形成的配合物的稳定 性降低 石灰石多数是作为杀藻剂来固化 沉淀水柱中的磷而使用的 石灰石 以其低廉的价格及较低的毒性 相比硫酸铜 被广泛应用于水柱中蓝藻的去除及 磷的沉淀 但该沉淀剂需要较大的使用量 可能会改变水体的pH 因此存在一 定的环境风险性 3 3 2 微生物治理 微生物对蓝藻水华的治理研究主要是利用微生物溶解蓝藻 溶藻微生物包 括溶藻病毒 溶藻真菌和溶藻细菌 溶藻病毒广泛地存在于各种水体 它是通 过特异性溶解宿主来维持种群关系平衡的关键因子 在水华和产毒蓝藻中常发 现藻细胞含有溶藻病毒 病毒造成的藻溶解明显地导致微藻群落的消亡 溶藻 真菌主要通过释放抗生素类的物质达到溶藻目的 粘细菌是最主要溶藻细菌 从废水中分离出9种粘细菌 发现它们能溶解鱼腥藻 束丝藻 微囊藻及颤藻 3 3 3 水生植物抑制法 水生植物抑制水生植物从营养竞争 沉降污泥和释放抑藻素三个方面来影 响 藻类的种群 邵林广 2001 水生植物对营养盐与光照竞争上比藻类有优势 在武汉东湖进行了水浮莲净化富营养化湖泊的试验研究 研究结果表明 水浮 莲对富营养化湖泊中BOD5的去除率在70 以上 总氮去除率60 以上 总磷去除 率70 以上 通过试验发现石草蒲对水体总氮去除率达87 4 总磷去除率达 43 9 溶解氧增加26 6 李文朝等在研究东太湖沉积物的生物中总氮 总磷 与水生物的关系后得出结论 表层沉积物中总氮与总碳量主要经过水生植物的 生物沉积途径进入沉积物 脱离湖泊内的营养循环 进入地球化学循环过程 而磷在淤积物中的积累主要经过非生物沉积途径 水生植物通过促进湖水中含 磷物质的沉降和防止淤积物再悬浮起来促进磷沉积的作用 4 结语 水体中大量营养物质的积累及蓝藻的生态竞争优势导致了蓝藻水华在全球 范围内普遍爆发 蓝藻水华造成的危害是多方位和多层次的 孔繁翔 2005 对 蓝藻水华的治理也在不断深入 化学方法见效快 却不可避免会造成二次污染 物理方法投资大 成效也不显著 生物方法从生态的角度治理蓝藻水华 具有 经济 高效 合理的优点 已受到越来越广泛的重视 利用微生物溶解蓝藻是 微生物治理蓝藻水华的主要研究内容 食藻生物防治是在水体中引入鱼类 贝 类等其它生物 它们直接或间接以藻类为食从而抑制藻类的过度生长 水生植 物则是从营养竞争 沉降污染和释放抑藻素三个方面来控制蓝藻水华的爆发 参考文献参考文献 1 王为东 王大力 尹澄清 芦苇型湿地生态系统的潜水水质状态研究 J 生态学报 2001 21 6 919 925 2 李建宏 邵子厚 Cu 对蓝藻Spirulina maxima光合作用的抑制机理 J 植物生理学报 1997 23 1 77 82 3 汪育文 李建宏 吴敏等 南京玄武湖微囊藻水华种类组成的研究 环境科学 2007 28 10 2187 2191 3 邵林广 水浮莲净化富营养化湖泊试验研究 J 环境与开发 2001 2 16 28 29 4 Codd G A Morrison L F Metcalf J S Cyanobacterical toxins Risk management for health