蓝藻水华是水体中的蓝藻快速大量增殖形成肉眼可见的蓝藻群体或者导致水体颜色发生变化的一种现象,严重时可在水体表面漂浮积聚形成一层绿色的藻席,甚至藻浆,蓝藻水华发生的根源主要在于水体富集了过多的氮、磷等营养物质,是水体富营养化的另外一种表现形式。近年来,蓝藻水华在养殖水体中呈现高发、频发、暴发态势。

蓝藻是藻类生物,又叫蓝(绿)藻。大多数蓝藻的细胞壁外面有胶质衣,因此又叫枯藻。在所有藻类生物中,蓝藻是最简单、最原始的一种。

从本质上讲,蓝藻水华是以蓝藻为载体的物质和能量转换的结果。在含营养物质丰富的水体中,有些蓝藻常在夏季大量繁殖,并在水面形成一层蓝绿色或并有腥臭味的浮沫,被称为“水华”。

蓝藻水华是由蓝藻短时间的爆发性增殖产生的一种现象。水体中蓝藻水华一般是多个因子综合影响的结果,其发生机制和过程在科学界尚未弄清楚,因此现在还无法做到准确预测蓝藻水华发生的时间和地点。

大规模的蓝藻爆发,被称为“绿潮”。中科院南京地理与湖泊研究所的孔繁翔研究员等在2007年对蓝藻水华的形成机制进行了研究,提出了4阶段的理论假设:即蓝藻的生长与水华的形成可以分为休眠、复苏、生长、上浮及聚集4个阶段。

永利的所有网址,但水华作为蓝藻种群数量超常规积累的现象,其发展发生也有一定规律可循。水华的发生是内因和外因共同作用的结果。水华发生的外因是影响蓝藻种群数量的物理、化学和生物因子,内因则是蓝藻的生物学特性。

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。春季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,决定水华在春季和夏季的生长状况。

一、蓝藻水华发生的内因

一旦有合适的气象与水文条件,已在水体中积累的大量蓝藻群体将上浮到水体表面积聚,形成可见的水华。水华的出现最根本的原因还是排入水体的污染物远远大于水体环境的自身容量。

内因是其在长期进化过程中形成的生理生态特征。蓝藻是原核生物,地球上最古老的光合放氧生物,形成于35亿年前,也是大气臭氧层形成的主要贡献者,对环境有很强的适应性。

形成水华的蓝藻主要有微囊藻、鱼腥藻、色球藻、螺旋藻、拟项圈藻、腔球藻、尖头藻颤藻、裂面藻、胶鞘藻、束毛藻等十多个属,其中微囊藻属是分布最广、最为常见的蓝藻。

蓝藻特殊的生理生态特征,适合在高温环境和强光环境下生长,代谢水平极低;主要捕光天线为藻胆蛋白,能更有效的利用光能。形成水华的蓝藻多数具有伪空泡,这有助于其在水体中的垂直移动,特别是分层水体。这种伪空泡是有许多内空的蛋白膜小体构成,形成了气体载体从而具有悬浮能力,通过光合作用调节蛋白膜小体中的蛋白含量,从而调节其悬浮能力。

当微囊藻之类具假空泡的蓝藻过量繁殖时,水的透明度极低,有光层变的很薄,蓝藻长时间处于低光照下,假空泡形成很快使细胞迅速上升,以致内压的升高尚来不及使假空泡破裂,藻体已升到光照过量的表层,形成斑状浮渣,浮渣分解时散发腥臭味,夜间大量消耗水中溶解氧,容易使鱼缺氧而死。而且蓝藻死亡后产生羟氨或硫化氢,对水生动物有毒,破坏水体,降低水体的利用价值。

二、蓝藻水华发生的外因

一、 蓝藻水华的一般成因

外因与水体的性质有关,可以是物理、化学和生物方面的。水体富营养化是水体中生物对营养盐浓度升高的响应,而水华则是富营养化过程最为明显的表征。因此,蓝藻生长所需的营养盐浓度是蓝藻水华发生的最重要的化学因素。

  1. 内因——蓝藻生物学特性

当水体中总磷浓度超过100微克/升,发生水华可能难以避免;

蓝藻对高温、低光强和紫外线的适应,可以过量摄取无机碳和营养物质,低的氮磷比等因素都有利于蓝藻生长。具体描述如下:

总磷浓度低于50微克/升时,水华发生的概率大为降低;

在池塘水域经过几个月的养殖,水体浮游生物大量生产和能量的转换,除硝酸盐较为丰富之外,另外两大营养盐类磷酸盐、硅酸盐已消耗殆尽。

总磷浓度低于30微克/升时,发生蓝藻水华的概率就很小。

而蓝藻类及少数细菌具有能够利用空气中游离氮的能力,致使蓝绿藻体内积蓄较高量的蛋白氮物质,这一过程称为生物的固氮作用,使硝酸盐、氨氮的积累增添了来源,愈使喜欢高氮低磷的蓝藻类独具生长优势。

氮磷是淡水藻类生长的主要营养元素,当水体中磷质量浓度较高时,氮的质量浓度就相对较低,这时由于多数丝状蓝藻具有固氮能力,因此容易形成丝状蓝藻水华。

在此季节蓝藻类水华往往是用不了三五天时间就会蔓延以至覆盖整个池塘水面。藻类群落中具有不被其他藻类可匹敌与抑制的能力,在环境适宜时往往会处于无节制的繁殖状态。

蓝藻具有的伪空泡有助于藻类上浮,占据光照条件较好的空间位置,对其他藻类形成竞争光的优势。水华通常发生在天气发生剧烈变化的条件下,多日晴天后突然阴天和闷热天气,导致蓝藻大量浮于水面表层,并在微风作用下堆积聚集。

  1. 外因——蓝藻大量繁殖的主要环境条件

当天气条件稳定时,这种堆积聚集可以持续很长世间。

湖泊中营养盐含量增加,合适水文气象条件:高温、高光强、合适的小风速使蓝藻上浮到水面,漂移、合适的风向促成湖滨与港湾的静水堆积、水华形成。

在天气发生变化,特别是大风和大雨天气,这种形成的表层蓝藻浮渣和藻浆很快被破坏,微生物作用加剧蓝藻细胞裂解,细胞大量死亡后,蓝藻毒素随之从细胞中释放进入到水体。

水华形成:大量蓝藻+水文气象条件。

三、蓝藻形成的原因

蓝藻生长:蓝藻+光照+温度+合适环境。具体描述如下:

1 环境条件适宜。

一是连续晴热的高温天气,从藻相生态体系上看温度是其主要影响因素,大多数藻类能在很大温度范围内生活,但最适宜生长温度变幅较窄。一般来看,硅藻、金藻、黄藻适温较低在14~18℃,绿藻较高为20~23℃,而蓝藻更高,最喜欢生长在20~32℃的温度阶段。其中危害最大的微囊藻类在10~40℃都可生长,最适温度为28~32℃。

蓝藻水华多发生在夏季6-9月,有明显的季节性,受温度、阳光、营养物质的影响;温度在20℃以上;水体PH值偏高、光照度强且时间久的条件下,蓝藻形成气囊浮出水面并且迅速繁殖,以至形成蓝藻水华的现象。

蓝藻的生长速度随着水温的升高而加快。在常温条件下,一些有益的单细胞藻类生长速度并不比蓝藻慢,只有当气温达到20℃以上,水温25-35℃时,蓝藻的生长速度才会比其他藻类快。所以受其它藻种的生长制约,蓝藻并不可能在常温条件下大规模暴发,只有进入高温季节,蓝藻的生长速度优势才会体现出来。所以温度是蓝藻暴发的主要因素之一。

2 鱼种放养不合理。

二是水体呈强碱性,在我国北方地区,盛夏季节往往是干旱高温持续数日,光照度极强,水体藻类光合作用极强,CO2消耗量最大,pH
值便急剧上升。

在施肥量较高且有大量生活水污水排入湖中。水中营养盐类丰富,能促进蓝藻、铜绿微小鱼藻、螺旋藻等大量繁殖。如果此时猎食这些藻类的花白鲢、罗非鱼数量没有或很少。则大量浮草植物会在水中老化死亡腐烂。

三是光照浮游植物生产的必要能源条件,故作为养殖户要对光照的把握。

水体富营养化程度增加时,浮游植物的生物多样性下降,许多种类因此退出竞争行列。营养盐浓度无疑是造成蓝藻占优势的主要条件,但其他环境因子对于蓝藻水华的发生也至关重要。

四是水体高氮低磷有机质含量较丰富。养殖水体富营养化的主要原因是营养物质、尤其是过量的溶解性营养盐的积累。

四、蓝藻水华出现的条件

养殖水体中氮、磷等营养盐的来源有两类:

蓝藻水华出现的条件主要可归纳为:

一是外源,主要是养殖过程中向水体输入的废物以及随着水流进入养殖水体的农施化肥和家禽粪便等。

1)水温上升时蓝藻密度增加是重要原因,蓝藻的最适生长水温相对其他藻类更高;

二是内源,指养殖水体的底泥在一定条件下向水体释放的磷酸盐而增加的水体中氮、磷含量。在养殖过程中,残饵、粪便和排泄物不断进入水体,一部分有机物直接溶解于水中,一部分由于重力的作用而沉积水底,不仅增加养殖水体中的营养盐,而且增加底泥中的营养盐,这是一个连续渐进过程。

2)蓝藻对低光有较强的适应性,当水华发生时,水体透明度下降,严重制约其他种类生长,形成了更利于蓝藻的生长条件;

加之夏季多干旱缺水,补充水量时常不足,强光、高温、高碱度的水体状态抑制了其他藻类的繁殖。而微囊藻正得其时,便得天独厚地繁衍开来。

3)蓝藻在高pH值条件下对低二氧化碳有超强的吸收能力。在富营养化水体中,浮游植物的光合生产量很高,导致水体的二氧化碳浓度下降,pH值上升,蓝藻从而具备了很好的竞争能力;

五是富营养化,进入养殖高峰期后,养殖水体中富营养化,养殖生物自身的排泄物对养殖水体也是一种污染。在过去我们往往忽略了养殖生物的自身污染。所以不经常换水的池塘中往往更容易暴发蓝藻。如果蓝藻没有充分的营养也是很难生长的。

4)低氮/磷比对蓝藻的限制作用不是很大,它们本身具有利用不同类型氮盐的能力,低氮可诱导蓝藻的固氮能力;

六是放养结构不合理,养殖水体中水生植物的排泄物、尸体以及其他腐殖质等,经过好气细菌的再次分解,可间接为藻类的繁殖提供营养。如果放养结构不合理,吃食性鱼与滤食性鱼(比如白鲢)比例失调,高温季节水质更新次数少,都会为浮游生物的大量繁殖提供方便。这些因素虽然不能直接造成养殖水体的富营养化,却可以使养殖水体的水质发生根本性的转变,为富营养化的形成提供了便利。

5)很多蓝藻能够从底泥中迁移到水体中,并大量积累细胞内的磷含量,这也是其他藻类所不具备的优势;

二、蓝藻暴发的危害

6)蓝藻对微量元素的需求量很小;

1、消耗水体溶解氧

7)微囊藻具有气囊的种类,对稳定分层的水体有较强的适应能力;

当养殖水体中的蓝藻形成水华时,一方面严重抑制了浮游植物因光合作用所产生的氧气,另一方面也阻隔了空气中的气氛进入养殖水体,因而导致养殖水体中溶解氧严重不足,长时间出现缺氧或者亚缺氧状态,使养殖水体持续恶化,从而直接或间接的加剧事故的发生。

8)蓝藻通常会产生大量有机化合物一直其他藻类生长;

2、降低生物多样性

9)一些蓝藻能够产生毒素,能明显减少动物摄食;

当养殖水体中的蓝藻形成绝对优势种群时,蓝藻的过度增殖加剧了养殖水体通风及光照条件的持续恶化,抑制了养殖水体中有益浮游生物的生长繁殖、阻碍了其它藻类的光合作用,使养殖水体中的丝状藻类和浮游藻类等不能合成本身所需要的营养物质而死亡。

10)蓝藻对硅藻有较强的化感作用,抑制硅藻生长,从而加速水体从中等营养水平向富营养化的转化。

3、产生有毒有害物质

由于并非所有的水华蓝藻均具备上述特征,还难以确定一个特定蓝藻形成水华的真正原因,一个特定水体在具体的时间点上是否会发生蓝藻水华还无法准确预测。

蓝藻大量死亡时会产生蓝藻毒素、大量羟胺及硫化氢等有毒有害物质严重败坏养殖水体,直接危害养殖动物;另外死亡的蓝藻释放大量有机质,散发腥臭味,刺激了化能异养细菌的滋生,其中大部分化能异养细菌对水产养殖动物来说并不是有益菌,而是致病菌,从而进一步导致继发感染细菌性疾病的发生。

蓝藻水华的发生除了与水体中营养盐水平及其生理特征直接相关外,还与水体的水动力学条件有关,不同蓝藻水华类型具有不同的发生机制和触发条件。在不同的水体中优势蓝藻种类不同,这是生态系统特征的选择结果。

三、蓝藻水体的预防措施

五、蓝藻水华的危害特点

正确把住发病季节及时做好预防工作。蓝藻喜生长在温度较高、碱性较高的水中。所以由蓝藻大量繁殖引起的中毒发生在夏季及秋季。因此,预防工作主要措施要调节好水质,池水达到“肥、活、嫩、爽”。

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蓝藻很难消化,造成水体富营养化。在一些营养丰富的水体中,由于难以消化所以很多鱼类不吃。有些蓝藻常于夏季大量繁殖,并在水面形成一层蓝绿色而有恶臭味的浮沫,称为“水华”,大规模的蓝藻爆发,被称为“绿潮”(和海洋发生的赤潮对应)。绿潮引起水质恶化,严重时耗尽水中氧气而造成鱼类的死亡。

经常灌注清水,不使池水有机质含量过高,注意池水的pH值,改变池水的酸碱度和水温,可抑制蓝藻过量繁殖。高温季节渔池尽可能每一个星期灌注清水40厘米深,每月、每亩、每米水深施用生石灰10-15公斤。以有机肥为主的渔池,应与磷肥一起腐烂发酵连汁泼洒,可提高肥效,并且也可达到改良水质目的。

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蓝藻水华引起水体生物多样性急剧降低。蓝藻大量繁殖恶化了水中的通风、光照、缺氧;导致水中浮游生物的生长繁殖,从而阻碍水藻的光合作用。减少了鱼类的生存空间,使与池中的丝状藻和浮游藻等不能合成本身所需要的营养而导致死亡

  1. 降低水体pH值

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蓝藻大量繁殖导致水体缺氧,水质变坏。由于缺氧甚至无氧且水质变坏,蓝藻中有些种类(如微囊藻)还会产生毒素(简称MC),大约50无的绿潮中含有大量MC。MC除了直接对鱼类、人畜产生毒害之外,是强烈的致癌物质,也是肝癌的重要诱因;直接威胁着人类的健康和生存;而且MC耐热,不易被沸水分解,但可被活性碳吸收,所以可以用活性碳净水器对被污染水源进行净化。

可以采用有机酸和“降碱灵”类药物降低池水pH值到7.0~7.5左右,降低pH值的过程应循序渐进,防止对水生动物造成较大的刺激。

另经研究证实,氮和磷是藻类生长的主要限制营养元素,当水体中这两种元素过量增加时,富营养化过程是迅速的;而对淡水水体而言,磷是藻类生长的主要限制因子。自然界中水体的无机磷来自土壤,不能被生物合成,只能通过生物的转化得到。而氮则有更丰富的来源,其主要存在于大气中,生物可通过固氮来转化氮,蓝藻中许多种类都具有这种固氮能力,因此蓝藻能够在水体缺氮时从大气中合成有机氮。水体中的二氧化碳是蓝藻光合作用生产的主要原料,大气中的二氧化碳可通过溶解的气体进入水体,蓝藻具有高度浓缩二氧化碳的机制和能力。

2.调节池塘合适的氮、磷比。

由于碳、氮和磷的来源和利用上的差别,蓝藻生长的制约因素主要是磷元素,只有当磷的浓度合适时,蓝藻水华才会发生,同时这也决定了控制水体中的磷在蓝藻水华和富营养化控制中的实际意义和可操作性。由于影响蓝藻水华发生的条件还取决于水体的物理条件和生物条件,因此磷浓度相同的水体不一定都会发生蓝藻水华。

作为养殖水体,其他因素多不便于控制,所以对氮、磷比的调节很重要。

1840年Liebig提出最低量律和耐性定律:阐明了植物生长所需的元素中供给量最少的元素决定植物的产量。

1925年Selford提出,一种生物能否生存,要依赖一种综合的全部因子存在的环境,只要环境中的一项因子的量或质不足或过多,超过生物的忍耐程度,则该物种不能生存,甚至灭绝。

许多实验研究提出,磷和氮等环境因子是制约蓝藻生长的重要因素。蓝藻的繁殖以营养细胞分裂为主,适合蓝藻生长所需的氮磷比为7.2:1。池塘富营养化,有益藻类生长适应的氮、磷比不一定合适,可以调节池塘合适的氮、磷比,有效控制蓝藻水华的发生。

合理施用氮肥,加大磷肥比例,避免池水含氮过高引起蓝藻大量繁殖。过量施用氮肥,或氮、磷肥搭配不当,会造成水质老化,引起蓝藻过量繁殖,造成中毒死鱼。化肥养鱼,一般条件下,尿素和过磷酸钙的搭配比例:50公斤尿素搭配100~113公斤过磷酸钙。

但高温季节7、8、9
三个月,由于浮游生物繁殖旺盛,磷需要量随之加大,加大磷肥用量,也对抑制蓝藻过量繁殖有好处,即50公斤尿素配150公斤过磷酸钙,特别是池塘和底层有机质比较多,加大磷肥用量尤为必要。

  1. 降低池塘富营养化

可以通过施入有效溶解磷,利用池塘底质中的氮源,为生物所利用,从而逐步降低池塘富营养化。

四、蓝藻水体的治理措施

  1. 物理方法

① 彻底清塘消毒和加注不带蓝藻的新鲜水。

由于蓝藻比其他藻类具有更强的竞争力,因此控制措施以预防为主、防重于治。彻底清塘消毒可有效杀灭蓝藻,压低基数,减少大规模发生的可能。避免随加水带入蓝藻,对控制也有积极意义。

② 定期换鲜水。

对于含有较多蓝藻的池塘,经常、大量地换新鲜水,可稀释蓝藻的浓度,同时也稀释了蓝藻分泌的毒物浓度,促进其他藻类的生长和保持整个生态系统的动态平衡,也可以带来其他藻类,减少蓝藻的种群优势。

换注新水是养殖生产上用得较多的一种方法,但不能从根本上解决蓝藻水华问题。常规的养殖水体换注新水可以暂时缓解水华所带来的危害和负面影响,但换注新水毕竟不能从根本上改变蓝藻水华所形成的生态种群结构,而且这种缓解是比较短期的,暂时的,非常有限,而对于早期的蓝藻水华,换注新水可以起到一定的效果。

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