藍(lán)藻和藍(lán)藻水華的發(fā)生機(jī)理

藍(lán)藻和藍(lán)藻水華的發(fā)生機(jī)理第1頁(yè)/共81頁(yè)第2頁(yè)/共81頁(yè)第3頁(yè)/共81頁(yè)第4頁(yè)/共81頁(yè)第5頁(yè)/共81頁(yè)第6頁(yè)/共81頁(yè)第7頁(yè)/共81頁(yè)藍(lán)藻和藍(lán)藻水華的發(fā)生機(jī)理藻類(lèi)和藍(lán)藻簡(jiǎn)介藍(lán)藻水華藍(lán)藻水華形成機(jī)理湖泊水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化藍(lán)藻水華應(yīng)急監(jiān)測(cè)實(shí)例第8頁(yè)/共81頁(yè)第一部分藻類(lèi)和藍(lán)藻簡(jiǎn)介第9頁(yè)/共81頁(yè)一藻類(lèi)及其分類(lèi)系統(tǒng)藻類(lèi)是一類(lèi)形態(tài)多變的、近似植物的生物；藻類(lèi)缺乏根、莖、葉等高等植物典型的結(jié)構(gòu)；微型藻類(lèi)被稱(chēng)作浮游植物；藍(lán)藻被認(rèn)為是地球上最早出現(xiàn)的生命形態(tài)。第10頁(yè)/共81頁(yè)藻類(lèi)主要特征1、藻類(lèi)是低等植物，分布廣，絕大多數(shù)生活于水中。2、個(gè)體大小相差懸殊，小球藻3-4μm，巨藻長(zhǎng)60m。3、具葉綠素chlorophyll，能進(jìn)行光合作用的自養(yǎng)型生物autotrophicplant。4、沒(méi)有真正的根、莖、葉的分化，又稱(chēng)葉狀體植物。5、繁殖器官簡(jiǎn)單，以單細(xì)胞的孢子或合子進(jìn)行繁殖，無(wú)胚，又叫孢子植物sporeplant?？傊?，藻類(lèi)是無(wú)胚而具葉綠素的自養(yǎng)葉狀體孢子植物。第11頁(yè)/共81頁(yè)五界生物系統(tǒng)(5kingdoms)動(dòng)物界AnimalKingdom植物界PlantKingdom真菌界Fungi原生生物界KingdomProtista

EukaryoticAlgae+protozoans+slimemolds

原核生物界KingdomMoneraProkaryoticAlgae+Bacteria第12頁(yè)/共81頁(yè)P(yáng)ROKARYOTES(原核）EUKARYOTES（真核）藍(lán)藻CYANOPHYTA所有其它藻類(lèi)原綠藻PROCHLOROPHYTA藻類(lèi)既有原核也有真核第13頁(yè)/共81頁(yè)

色球藻（藍(lán)藻）

眼藻（裸藻）第14頁(yè)/共81頁(yè)藻類(lèi)（Algae）藻類(lèi)一詞并非指某一分類(lèi)單元，它是一個(gè)集合名詞，泛指一類(lèi)具有光合色素，沒(méi)有真正根莖葉，生物體為葉狀體（thallus），不會(huì)形成種子，生殖細(xì)胞沒(méi)有包被的一類(lèi)植物。也稱(chēng)之為隱花植物或孢子植物。

“Algaeareanunnaturalgroupoforganisms!”.第15頁(yè)/共81頁(yè)Bold&Wynne（1985）把藻類(lèi)分為10個(gè)門(mén)藍(lán)藻門(mén)（Cyanophyta）原綠藻門(mén)（Prochlorophyta）綠藻門(mén)（Chlorophyta）輪藻門(mén)（Charophyta）裸藻門(mén)（Euglenophyta）褐藻門(mén)（Phaeophyta）金藻門(mén)（Chrysophyta）甲藻門(mén)（Pyrrophyta）隱藻門(mén)（Cryptophyta）紅藻門(mén)（Rhodophyta）

把金藻、定鞭藻、黃藻、真鞭藻、針胞藻、硅藻都作為“綱”的階元置于金藻門(mén)內(nèi)。第16頁(yè)/共81頁(yè)1979年,中國(guó)藻類(lèi)學(xué)會(huì)在已故饒欽止院士、曾呈奎院士及黎尚豪院士領(lǐng)導(dǎo)下經(jīng)討論確認(rèn)藻類(lèi)分為11個(gè)門(mén)藍(lán)藻門(mén)（Cyanophyta）紅藻門(mén)（Rhodophyta）隱藻門(mén)（Cryptophyta）甲藻門(mén)（Pyrrophyta）黃藻門(mén)（Xanthophyta）金藻門(mén)（Chrysophyta）硅藻門(mén)（Bacillariophyta）褐藻門(mén)（Phaeophyta）裸藻門(mén)（Euglenophyta）綠藻門(mén)（Chlorophyta）輪藻門(mén)（Charophyta）近年又加上一個(gè)門(mén):原綠藻門(mén)(Prochlorophyta)目前我國(guó)出版的中國(guó)藻類(lèi)志都按這一系統(tǒng)。第17頁(yè)/共81頁(yè)近年深入分析并結(jié)合分子生物學(xué)對(duì)系統(tǒng)學(xué)研究成果，Hoek等提出的藻類(lèi)10個(gè)門(mén)的大類(lèi)的分類(lèi)比較廣泛的被接受。第18頁(yè)/共81頁(yè)藍(lán)藻門(mén)（Cyanophyta=Cyanbacteria）原綠藻門(mén)（Prochlorophyta）紅藻門(mén)（Rhodophyta）異鞭藻門(mén)（Heterokontophyta）1金藻綱（Chrysophyceae）2(Parmophyceae)3(Sarcinochrysophyceae)4黃藻綱（Xanthophyceae）5真鞭藻綱（Eustigmatophyceae）6硅藻綱（Bacillariophyceae）7針胞藻綱（Raphidophyceae）8硅鞭藻綱（Dictyochophyceae）9褐藻綱（Phaeophyceae）定鞭藻門(mén)（Haptophyta）隱藻門(mén)（Cryptophyta）甲藻門(mén)（Dinophyta）裸藻門(mén)（Euglenophyta）綠裸藻門(mén)（Chlorachniophyta）綠藻門(mén)（Chlorophyta）本系統(tǒng)中把輪藻綱(Charophyceae),細(xì)綠藻綱(Prasinophyceae)等置于綠藻門(mén)。第19頁(yè)/共81頁(yè)二藍(lán)藻的主要特征1.細(xì)胞壁由纖維素（內(nèi)層）和果膠質(zhì)（外層）組成，細(xì)胞外有的具膠被或膠鞘。2.無(wú)色素體，色素均勻地散在細(xì)胞周?chē)脑|(zhì)內(nèi)。色素成分主要為葉綠素a、β胡蘿卜素、藻膽素。藻膽素是藍(lán)藻的特征色素，包括藍(lán)藻藻藍(lán)素（c-phycocyanin,C34H47N4O8）、藍(lán)藻藻紅素(c-phycoerythrin,C34H42N4O9)和別藻藍(lán)素(Allophycocyanin)等。3.無(wú)細(xì)胞核，只具核質(zhì)而無(wú)核仁和核膜。屬原核生物，稱(chēng)為藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria）第20頁(yè)/共81頁(yè)4.同化產(chǎn)物主要是藍(lán)藻淀粉(Cyanophyceanstarch)。5.繁殖方式主要為營(yíng)養(yǎng)繁殖和孢子繁殖，未發(fā)現(xiàn)有性繁殖，可產(chǎn)生的孢子有：內(nèi)生孢子、外生孢子、厚壁孢子（休眠孢子）、藻殖孢。營(yíng)養(yǎng)繁殖常見(jiàn)為細(xì)胞分裂，特殊為藻殖孢繁殖。第21頁(yè)/共81頁(yè)

段殖體是藍(lán)藻藻絲上兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞間生出的膠質(zhì)隔片(凹面體)或由間生異形胞斷開(kāi)后形成的若干短的藻絲分段，又稱(chēng)藻殖段或連鎖體。

厚壁孢子系由普通營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞增大體積，積累豐富營(yíng)養(yǎng)，然后細(xì)胞壁增厚而成。厚壁孢子有極強(qiáng)的生命活力，能在不利環(huán)境條件下長(zhǎng)期休眠。第22頁(yè)/共81頁(yè)

異形胞是絲狀藍(lán)藻類(lèi)(除了顫藻目以外)產(chǎn)生的一種與繁殖有關(guān)的特別類(lèi)型的細(xì)胞，它是由營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞特化而成的。形狀與一般細(xì)胞不同，圓形色淡，成熟的異形胞是透明的，其細(xì)胞壁在與相鄰細(xì)胞相接處有鈕狀增厚部(極節(jié)球)。具有異形胞的藍(lán)藻能固氮，當(dāng)水中氮缺乏時(shí)，異形胞的數(shù)目顯著增加。

第23頁(yè)/共81頁(yè)三湖泊藻類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)colonialunicellularfilamentousscumbranchedunicell第24頁(yè)/共81頁(yè)湖泊藻類(lèi)季節(jié)演替規(guī)律第25頁(yè)/共81頁(yè)湖泊藻類(lèi)季節(jié)演替藻類(lèi)生物量在初春由于低溫和低光照，生物量很低；隨著光照加強(qiáng)，以及地表徑流的增加，硅藻生物量上升當(dāng)水溫度和光照時(shí)間增加，綠藻生物量上升；藍(lán)藻在溫度較高時(shí)適宜生長(zhǎng)能夠儲(chǔ)存P固定N2不被捕食漂浮能更好利用光秋季水體混合、光限制、營(yíng)養(yǎng)鹽輸入、攝食減少第26頁(yè)/共81頁(yè)過(guò)多、單一的藻類(lèi)容易形成水華/outreach/importance.php第27頁(yè)/共81頁(yè)光的生態(tài)作用植物在光合作用中并不能利用光譜中所有波長(zhǎng)的光能，僅僅可見(jiàn)光部分(波長(zhǎng)為380～760nm)的大部分光能被植物的色素所吸收和利用。通常把這部分輻射稱(chēng)為生理有效輻射，它約占太陽(yáng)總輻射的40%～50%。在有效輻射中，各種光的作用也是不一樣的。普遍存在于各種藻類(lèi)中的葉綠素a，對(duì)輻射能的吸收高峰在光譜中為405nm和640nm兩部分；僅綠藻和裸藻含有葉綠素b，其吸收高峰在440nm和620nm兩部分；藻藍(lán)素和藻紅素吸收的高峰在500～600nm部分。因此，在光合作用中被吸收最多的是紅色、橙色和黃色光線。只有類(lèi)胡蘿卜素(carotenoid)能吸收范圍最為廣泛的光譜成分，在水生植物對(duì)光照條件適應(yīng)上起著極重要的作用。第28頁(yè)/共81頁(yè)與藻類(lèi)有關(guān)的重要元素氮：氮是蛋白質(zhì)的主要成分，是構(gòu)成生物體最重要的基本物質(zhì)。除某些藍(lán)藻外，一般水生生物只能利用溶解的有機(jī)氮、銨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，而不能利用溶解的氣體氮，因而水中氮的含量常不能滿(mǎn)足生物的需要；磷：磷也是蛋白質(zhì)的重要成分，高等動(dòng)物(包括魚(yú)類(lèi))的腦和神經(jīng)中也需要磷。水中磷的含量通常很少，因此，浮游植物的繁殖和發(fā)育常因磷的不足而受限制。硅：硅是硅藻的細(xì)胞壁和某些動(dòng)物骨骼所必需的成分，對(duì)于硅藻尤其重要。據(jù)朱樹(shù)屏(1949)的培養(yǎng)試驗(yàn)，天然水中硅的不足對(duì)硅藻有限制作用，但硅量稍多對(duì)綠藻有抑制作用。但在一般情況下，淡水中硅的含量能滿(mǎn)足硅藻的需要；

磷、氮和硅是水生生物，特別是藻類(lèi)極需要而水中含量又很微量的物質(zhì)，一般稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)或生源物質(zhì)。第29頁(yè)/共81頁(yè)氮（Nitrogen）N是藻類(lèi)的主要營(yíng)養(yǎng)元素之一，在水體中無(wú)機(jī)N主要以三種形態(tài)出現(xiàn)：硝態(tài)氮（NO3-，Nitrate）、亞硝態(tài)氮（NO2-，Nitrite）和氨態(tài)氮（NH4+，Ammonium）；Ammonium:能直接被植物所利用的形態(tài)，在未被污染的自然水體中，氨的含量很低，主要由有機(jī)物質(zhì)和動(dòng)物分泌物通過(guò)細(xì)菌降解所得；而在受生活污水和養(yǎng)殖廢水嚴(yán)重有機(jī)污染水體（河流、湖泊和近岸海域），氨濃度往往超標(biāo)；Nitrate：是浮游植物最重要的氮源。在未受污染的水體中，硝態(tài)氮的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氨態(tài)氮。硝態(tài)氮是通過(guò)硝酸鹽降解酶（NR）降解為氨，然后被植物吸收利用；Nitrite：在自然水體中含量很低，往往被忽略。它是通過(guò)亞硝酸鹽還原酶（NiR）降解為氨從而被植物利用。第30頁(yè)/共81頁(yè)磷（Phosphorus）

在自然水體中，P主要以溶解態(tài)的無(wú)機(jī)和有機(jī)形態(tài)出現(xiàn)。在湖泊和海洋里，植物體主要P來(lái)源是磷酸鹽（orthophosphate）植物細(xì)胞有儲(chǔ)存P的能力，當(dāng)水環(huán)境中P的濃度較高時(shí)，植物細(xì)胞可以將剩余的P儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)，當(dāng)水環(huán)境中P濃度下降時(shí)，植物就可以利用細(xì)胞儲(chǔ)存的P進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖。這樣可以解釋為什么在P濃度很低的條件下，藻類(lèi)還可以維持生長(zhǎng)。

許多藻類(lèi)還可以利用有機(jī)磷作為P源。通過(guò)酶的作用將這些有機(jī)磷降解為無(wú)機(jī)磷，然后被植物吸收。研究比較多的酶有堿性磷酸酶（AlklinePhosphatase，APA）。第31頁(yè)/共81頁(yè)

第二部分藍(lán)藻水華第32頁(yè)/共81頁(yè)MicrocystisaeroginosaSource:LakeErieCenter,UniversityofToledo第33頁(yè)/共81頁(yè)

太湖藍(lán)藻水華第34頁(yè)/共81頁(yè)

滇池藍(lán)藻水華第35頁(yè)/共81頁(yè)藍(lán)藻水華的危害降低水體溶解氧。藍(lán)藻可以消耗水中的溶解氧，當(dāng)藍(lán)藻大量繁殖時(shí)，水中的溶解氧濃度也迅速降低，造成魚(yú)蝦、螺螄等水生物的死亡，使水體遭受污染。臭味。藻體死亡時(shí)還會(huì)散發(fā)惡臭，影響生活用水。

產(chǎn)生毒素。主要是神經(jīng)毒素和肝毒素。其中肝毒素分布最為廣泛，是肝癌的誘因之一。人類(lèi)對(duì)藍(lán)藻毒素的攝入并不一定主要通過(guò)飲水，由于藍(lán)藻毒素可通過(guò)食物鏈累積，供食用的水產(chǎn)品如魚(yú)類(lèi)、貝類(lèi)等也可能攜帶藍(lán)藻毒素進(jìn)而危害人類(lèi)，另外，那些用地表水進(jìn)行噴灌的農(nóng)作物以及室外養(yǎng)殖的微藻食品都有受到藍(lán)藻毒素污染的危險(xiǎn)。皮膚過(guò)敏。人們?cè)谙丛琛⒂斡炯捌渌线\(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸含藻毒素水體可引起眼睛和皮膚過(guò)敏。動(dòng)物中毒或死亡。家畜及野生動(dòng)物飲用了含藻毒素的水后，會(huì)出現(xiàn)腹瀉、乏力、嘔吐、嗜睡等狀，甚至死亡。破壞景觀。水面被厚厚的藍(lán)綠色湖靛所覆蓋，甚至在岸邊堆積，嚴(yán)重破壞景觀，第36頁(yè)/共81頁(yè)人類(lèi)藍(lán)藻毒素染毒途徑飲用水湖泊休閑（親水活動(dòng)）口服,皮膚接觸洗澡吸入,皮膚接觸藻類(lèi)食物片劑口服第37頁(yè)/共81頁(yè)藍(lán)藻毒素中毒事例

AlargeepidemicinBrazilinvolvinghumandeathsoccurredin1988.Over2,000residentssufferedfromgastroenteritisoveran8-weekperiod,with88deaths.Anepidemiologicinvestiga-tionimplicateddrinkingwaterfromareservoir,evenwaterthathadbeenboiledbeforeuse.Infectiousagents,metalsortoxinswerenotfound;however,thecyanobacteriumgeneraAnabaenaandMicrocystiswerefoundingreatquantitiesinuntreatedwaterfromthereservoir.Algaltoxinswerenotassayed,butthecircumstantialevidencestronglyimplicatedthecyanobacteriaasthecause.第38頁(yè)/共81頁(yè)TheCapitalTimes,MadisonSept.6,2003HumanFatalitiesfromCyanobacteria:ChemicalandBiologicalEvidenceforCyanotoxins.WayneW.Carmichaeletal.2003AnoutbreakofacuteliverfailureoccurredatadialysiscenterinCaruaru,Brazil.100patientsdevelopedacuteliverfailure,andofthese76died.theWorldHealthOrganization.…microcystinwasinthewaterusedfordialysis[was]19.5timesthelevelsetasaguidelineforsafedrinkingwatersuppliesbytheWorldHealthOrganization.CyanobacteriacanCauseSevereSkinRashesinSensitiveIndividuals第39頁(yè)/共81頁(yè)藍(lán)藻毒素引發(fā)的人類(lèi)中毒事件（魏軍艷，2007）第40頁(yè)/共81頁(yè)影響水華形成、毒素產(chǎn)生和維持的因素藻華的形成無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽水溫 pH值:6-9光照濁度湍流水流毒素產(chǎn)生環(huán)境因素溫度、光照、氮濃度、CO2和pH遺傳差異代謝過(guò)程毒素釋放持久性在水體中保持穩(wěn)定抗極端PH抗熱性第41頁(yè)/共81頁(yè)湖泊管理營(yíng)養(yǎng)鹽排放控制

藍(lán)藻細(xì)胞移除絮凝，澄清，過(guò)濾，解毒不能破碎細(xì)胞毒素去除氧化(臭氧);

其它如紫外,氯胺化和過(guò)氧化氫處理無(wú)效活性碳緩慢沙濾-生物降解藻毒素的控制

第42頁(yè)/共81頁(yè)第三部分藍(lán)藻水華形成機(jī)理第43頁(yè)/共81頁(yè)關(guān)于水華成因的假設(shè)

不同階段的關(guān)鍵因素不同可以將藍(lán)藻水華的形成分為四個(gè)階段

1休眠

2復(fù)蘇

3生物量增加

4上浮，形成水華第44頁(yè)/共81頁(yè)藍(lán)藻水華形成機(jī)理

（孔繁翔，2005）第45頁(yè)/共81頁(yè)藍(lán)藻水華形成機(jī)理1物理因素1.1溫度:有關(guān)研究表明微囊藻的最佳生長(zhǎng)溫度高于其它藻類(lèi)，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明,太湖微囊藻的最適生長(zhǎng)溫度為30～35℃，水庫(kù)中的圍隔實(shí)驗(yàn)證實(shí)當(dāng)水溫為26℃時(shí),，最適宜于微囊藻的聚集、上浮而形成水華。1.2光照：由于藍(lán)藻細(xì)胞體內(nèi)除了具有葉綠素外,還同時(shí)具有藻膽蛋白(包括藻藍(lán)蛋白、別藻藍(lán)蛋白),這些色素使得藍(lán)藻可以利用其它藻類(lèi)所不能利用的綠、黃和橙色部分的光(500～600nm),從而比其它藻類(lèi)具有更寬的光吸收波段,能更有效地利用水下光的有效光輻射并可以生長(zhǎng)在僅有綠光的環(huán)境中。此外,長(zhǎng)期暴露在強(qiáng)光條件下對(duì)許多藻類(lèi)來(lái)說(shuō)可能是致命的,但微囊藻通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)類(lèi)胡蘿卜素的含量而保護(hù)細(xì)胞免受光的抑制,因此,對(duì)強(qiáng)光有較大的忍受性。。1.3水文、氣候、氣象等條件也可以通過(guò)影響湖泊水體的分層、混合以及光照、營(yíng)養(yǎng)鹽的可利用性等,從而直接或間接地影響藍(lán)藻種群的細(xì)胞密度、種群組成、垂直分布、生命周期等。直接作用是由于風(fēng)浪和湖流的運(yùn)動(dòng)將湖區(qū)內(nèi)的藍(lán)藻吹向湖岸,形成水華;而間接作用,尤其在大型淺水湖泊中,可能更多的是由于風(fēng)浪的擾動(dòng),導(dǎo)致了大量的營(yíng)養(yǎng)鹽從沉積物中釋放出來(lái),大大增加了水體中藻類(lèi)可利用的營(yíng)養(yǎng)鹽含量第46頁(yè)/共81頁(yè)水文與氣象因素作用途徑水文與氣象因素對(duì)水華形成驅(qū)動(dòng)作用的可能途徑：

間接途徑：改變營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的形態(tài)和數(shù)量，對(duì)水華藻類(lèi)生長(zhǎng)產(chǎn)生影響直接作用：直接驅(qū)動(dòng)藻類(lèi)的空間積聚，形成可見(jiàn)的水華第47頁(yè)/共81頁(yè)Source:J?hnketal.(2007)Simulationofphytoplanktonpopulationsunderthreesetsofphysicalparameters.第48頁(yè)/共81頁(yè)藍(lán)藻水華形成機(jī)理2

化學(xué)因素伴隨著湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化,尤其是水體中磷濃度的增加,通常會(huì)導(dǎo)致水體中浮游植物的種群組成朝著形成水華的藍(lán)藻演替。同時(shí),水體中總氮總磷比(TN:TP)也會(huì)顯著影響著浮游植物的種群組成,通常當(dāng)TN:TP<29時(shí),可以形成水華的藍(lán)藻會(huì)占優(yōu)勢(shì)。然而,最近的研究結(jié)果表明:在較高的TN∶TP的情況下,水體中也會(huì)形成藍(lán)藻的水華,較低的TN:TP并不是藍(lán)藻水華形成的條件,而是藍(lán)藻水華產(chǎn)生的結(jié)果.

由于藍(lán)藻能夠更有效地適應(yīng)特殊的磷環(huán)境。例如:微囊藻有較高的磷吸收的最大攝取速率(Vmax)、比其它藻類(lèi)具有更強(qiáng)的儲(chǔ)存磷的能力,它們可以在細(xì)胞中儲(chǔ)存足夠的磷(夠細(xì)胞分裂2～4次)、對(duì)磷和氮等營(yíng)養(yǎng)鹽的結(jié)合力比其它藻類(lèi)高等,這些特點(diǎn)使得它們可以更有效地利用磷,尤其在氮、磷限制的條件下,具有比其它藻類(lèi)更高的競(jìng)爭(zhēng)力。因此,在許多氮、磷濃度較低的水體中,也時(shí)?？梢砸?jiàn)到藍(lán)藻的水華。對(duì)于生長(zhǎng)在大型湖泊中的藍(lán)藻而言,由于湖泊內(nèi)部的營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)、沉積物水界面的交換、微生物過(guò)程等使得它們生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)鹽往往可以得到再生、補(bǔ)充,而不必完全依賴(lài)于外界的輸入。因此,與生長(zhǎng)在小型湖泊中的相比,它們更少受營(yíng)養(yǎng)鹽的限制。此外,有研究報(bào)道,湖泊中風(fēng)浪的擾動(dòng)可能比水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽的含量本身更能影響銅綠微囊藻的生長(zhǎng)。第49頁(yè)/共81頁(yè)Non-PointSourcePhosphorusLoadingMainsourcesofPhosphorusareAgriculturalandDevelopedLandTypicallymorePloadingfromdevelopedacreagethanagriculturallandSource:LakeChamplainBasinProgram2005第50頁(yè)/共81頁(yè)AgriculturalLandUseIncreaseGlobalagriculturallanduseincreaseof18%.2.7-foldincreasein phosphorus-driven Eutrophication globally.LongerGrowingSeasonSource:Tilmanet.al(2001)第51頁(yè)/共81頁(yè)藍(lán)藻水華形成機(jī)理2生物因素2.1光合色素葉綠素、藻膽素、類(lèi)胡蘿卜素能更有效的利用光能;2.2氣囊使得它們能夠懸浮在水中,同時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)浮力來(lái)控制它們?cè)谒w中的垂直分布、晝夜遷移及形成水華的能力。這種通過(guò)浮力的控制一方面使得它們能更好地適應(yīng)環(huán)境的變化,例如:漂浮到表層,增加獲得光照的條件、遷移到營(yíng)養(yǎng)鹽較適宜的位置,增加營(yíng)養(yǎng)鹽供給。2.3膠鞘形成了細(xì)胞數(shù)量很多的群體,不僅增強(qiáng)了下沉和上浮的速度,而且減少了沉積的損失。藍(lán)藻的這種能夠進(jìn)行垂直遷移的特性,使得它們?cè)谂c其它藻類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)鹽,尤其是在競(jìng)爭(zhēng)光的方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。2.4休眠在水華形成期間和水華形成以后,尤其是當(dāng)生長(zhǎng)環(huán)境條件不利時(shí),微囊藻會(huì)聚集,進(jìn)入休眠狀態(tài)而沉降到相對(duì)黑暗、厭氧的表層沉積物中。在這種特殊的環(huán)境條件、細(xì)胞內(nèi)貯存的豐富有機(jī)物可能為微囊藻的休眠細(xì)胞提供了復(fù)蘇和生長(zhǎng)基礎(chǔ)。微囊藻的這種生活史策略不僅會(huì)影響水體中微囊藻的種群變動(dòng),而且可能有助于其越過(guò)環(huán)境條件惡劣的冬季第52頁(yè)/共81頁(yè)底泥中微囊藻復(fù)蘇和生長(zhǎng)特性的研究

在10℃和10μEm-2s-1

時(shí)，底泥中的微囊藻復(fù)蘇啟動(dòng)，并上升到水體中。這個(gè)過(guò)程的最適條件為20℃，30μEm-2s-1。分別培養(yǎng)底泥微囊藻和同時(shí)期水體中的微囊藻，發(fā)現(xiàn)底泥中的微囊藻生長(zhǎng)的最適溫度為20℃，光照強(qiáng)度為30μEm-2s-1，與水體中的微囊藻生長(zhǎng)條件相似。本研究結(jié)果初步揭示了底泥中微囊藻的萌發(fā)復(fù)蘇過(guò)程與微囊藻水華的爆發(fā)的關(guān)系。第53頁(yè)/共81頁(yè)溫度對(duì)微囊藻從底泥中釋放的影響第54頁(yè)/共81頁(yè)越冬微囊藻細(xì)胞特征初步觀察顯微觀察表明：在冬季低溫條件下，微囊藻在底泥表面多以2－8個(gè)細(xì)胞的小群體(休眠體？)存在越冬細(xì)胞直徑(7.2-7.8μm)大于夏季微囊藻群體中單細(xì)胞(4.8-6μm)

部分細(xì)胞因不明原因解體，融解第55頁(yè)/共81頁(yè)葉綠素的年變化與水華預(yù)測(cè)

（Chenetal.,2003）第56頁(yè)/共81頁(yè)第四部分湖泊水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化第57頁(yè)/共81頁(yè)湖泊水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化1氮磷負(fù)荷對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響充足的氮、磷是發(fā)生水華的物質(zhì)基礎(chǔ),在藻類(lèi)等浮游生物生長(zhǎng)所需的各種營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)中,氮、磷是主要的限制因子,而磷是最主要的限制因子。根據(jù)計(jì)算,每1g氮可增殖10.8g藻類(lèi),

每1g磷可增殖78g藻類(lèi)。水體中氮、磷含量直接決定了藻類(lèi)的增殖速率,進(jìn)而影響到水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程。近年來(lái),由于水庫(kù)周邊經(jīng)濟(jì)建設(shè)的粗放型發(fā)展,使得大量工業(yè)和生活污水未經(jīng)處理直接排入水庫(kù),加重水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)負(fù)荷;再加上水庫(kù)周邊的不合理開(kāi)發(fā),面源污染負(fù)荷的增加;集約化的網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú),進(jìn)一步加快水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程。第58頁(yè)/共81頁(yè)(王孟等,2004)《湖泊、水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)分與分類(lèi)方法》>55富營(yíng)養(yǎng);30-35中營(yíng)養(yǎng)<35貧營(yíng)養(yǎng)第59頁(yè)/共81頁(yè)湖泊水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化2水庫(kù)類(lèi)型和水庫(kù)功能對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的影響按照水庫(kù)水域特征可分為湖泊型和河道型。河道型水庫(kù)多為山區(qū)，人口密度小、河流徑流量大、坡降大，故入庫(kù)污染負(fù)荷較小;

而湖泊型水庫(kù)多為丘陵地區(qū)或平原地區(qū),人口密度大,入庫(kù)污染負(fù)荷大,故湖泊型水庫(kù)水質(zhì)較差。不同用途的水庫(kù)其水滯留時(shí)間,出庫(kù)水流深度、流速和出水口位置是各不相同的,這主要是由于不同水庫(kù)調(diào)度方式的時(shí)空異質(zhì)性而引起的?？傊?水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化程度與水庫(kù)類(lèi)型和水庫(kù)功能有密切關(guān)系。不同類(lèi)型、不同功能水庫(kù)的水質(zhì)差別很大,主要是由于不同水庫(kù)的出庫(kù)水流的排放方式和水滯留時(shí)間存在較大差異所致。第60頁(yè)/共81頁(yè)湖泊水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化3水文因素對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的影響水文因素包括水量吞吐、水位變化和水團(tuán)的運(yùn)動(dòng)。水文對(duì)水質(zhì)的作用主要表現(xiàn)在水位和水滯留時(shí)間的調(diào)節(jié)，改變浮游植物種類(lèi)組成，稀釋或降低浮游植物的現(xiàn)存量，破壞藻類(lèi)的生存條件。3.1水滯留時(shí)間對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的影響水在庫(kù)區(qū)的滯留情況和水交換情況直接影響懸浮物的沉淀及磷等有機(jī)物的滯留。水庫(kù)水滯留時(shí)間的長(zhǎng)短決定了水庫(kù)中浮游生物種群能否維持,滯留時(shí)間太短，浮游生物由于缺乏足夠的時(shí)間進(jìn)行繁殖，種群數(shù)量難以維持。3.2水位對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的影響水庫(kù)是通過(guò)人工對(duì)水量的調(diào)蓄來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能運(yùn)轉(zhuǎn),這種調(diào)蓄作用通過(guò)進(jìn)出水量平衡和水庫(kù)平面形態(tài)決定水位的變化。同時(shí)，水又是物質(zhì)的載體，溶解的和不溶解的物質(zhì)隨著水團(tuán)的運(yùn)動(dòng)發(fā)生物理的，化學(xué)的和生物的混合、分布、遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程,因此,水庫(kù)的調(diào)蓄作用即水位的變化不僅影響水體的水量平衡,也影響水體理化性狀和生態(tài)過(guò)程。第61頁(yè)/共81頁(yè)湖泊水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化夏季不同水位時(shí)理化性狀（王孟等，2004）第62頁(yè)/共81頁(yè)

葉綠素a、水體透明度與湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)第63頁(yè)/共81頁(yè)藻類(lèi)異常繁殖時(shí)易引起水體腐臭的種類(lèi)第64頁(yè)/共81頁(yè)生物指數(shù)(BI)法

Beck指數(shù)是以浮游藻類(lèi)為對(duì)象,按下式計(jì)算污染指數(shù)

B1=2A+B

式中:A—污染敏感種數(shù);B—耐污染種數(shù)一般標(biāo)準(zhǔn):B1=0～5重污染；11～19為輕污染；6～10為中污染；20為清潔水第65頁(yè)/共81頁(yè)生物多樣性指數(shù)1

ShanonWiever多樣性指數(shù)

多樣性指數(shù)隨藻類(lèi)種(屬)數(shù)的增多而增大,在受污染的水體,D減少,相似性增大,一些耐受污染的種類(lèi)細(xì)胞數(shù)(個(gè)體數(shù))明顯增加。所以多樣性指數(shù)越小,水體富營(yíng)養(yǎng)化程度越重。一般多采用下列公式計(jì)算d值:其中:S—整個(gè)生物樣所包含的種的數(shù)目

Pi—第i種個(gè)體數(shù)在全部群落總個(gè)體數(shù)中所占的比重;d—多樣性指數(shù)值。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):清潔>3,清污2～3,中污1～2,重污0～1,嚴(yán)重污染0第66頁(yè)/共81頁(yè)生物多樣性指數(shù)2

生物數(shù)量(密度)變化生物數(shù)量(密度)是衡量水質(zhì)變化的另一種重要指標(biāo)。據(jù)資料報(bào)道,浮游植物的總量和藍(lán)藻數(shù)量大幅度上升,則被認(rèn)為是水體富營(yíng)養(yǎng)化的又一種特征。定量的生物指數(shù)Bip值,主要以浮游藻類(lèi)為對(duì)象,按下式計(jì)算Bip值:式中:A—含葉綠體個(gè)體數(shù);B—不含葉綠體個(gè)體數(shù)一般標(biāo)準(zhǔn)Bip:0～8為天然凈水；8～20為弱污染；21～60為中污染；60～100為重污染第67頁(yè)/共81頁(yè)生物多樣性指數(shù)3、Marglef多樣性指數(shù)以底棲動(dòng)物為對(duì)象，按下式計(jì)算:

式中:S-底棲動(dòng)物總種數(shù)，N-底棲動(dòng)物個(gè)體數(shù)，d-多樣性指數(shù)

一般標(biāo)準(zhǔn)是:d:10～40為天然清潔水；7～10為輕污染；1～6為一般污染；d<1為重污染第68頁(yè)/共81頁(yè)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的生物學(xué)評(píng)價(jià)(況琪軍等,2005)第69頁(yè)/共81頁(yè)富營(yíng)養(yǎng)化概念模型營(yíng)養(yǎng)鹽輸入過(guò)濾直接響應(yīng)葉綠素初級(jí)生產(chǎn)力藻生物量有機(jī)物沉積系統(tǒng)代謝浮游植物群落Si:NN:P

溶氧水華

間接響應(yīng)底棲生物量浮游生物量高等植物生境多樣性透明度沉積物中有機(jī)碳沉積物生物地球化學(xué)底層水溶氧季節(jié)變化死亡率增加生物多樣性喪失

CloernJ.E.2000第70頁(yè)/共81頁(yè)富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)·營(yíng)養(yǎng)鹽:

TP(周年和冬季),PO4(冬季),TN(周年和冬季),NO3(冬季),NO2(冬季),NO3+NO2(冬季),NH4(冬季),TN/TP(周年)andSiO3(冬季);流域輸入:進(jìn)入系統(tǒng)的TN、TP和TC；·溶氧濃度:

底層溶解氧濃度或飽和度;·透明度:

Secchi盤(pán)深度(夏季);·浮游植物:

水華,有毒藻,和葉綠素a;·底棲植物:水草;·底棲動(dòng)物:大型底棲動(dòng)物生物量;EuropeanEnvironmentAgency第71頁(yè)/共81頁(yè)第一代評(píng)價(jià)方法單因子法-物理參數(shù)法：透明度-化學(xué)參數(shù)法：DO、CO2、氮、磷、CODMn-生物參數(shù)法：葉綠素a、浮游植物種類(lèi)、多樣性指數(shù)、藻類(lèi)增殖潛力

第72頁(yè)/共81頁(yè)

綜合指數(shù)法-營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

NI＝（CCOD×CDIN×CDIP）/4500式中：NI——營(yíng)養(yǎng)指數(shù)；CCOD、CDIN、CDIP——分別為水體中的化學(xué)耗氧量（mg/l）、溶解無(wú)機(jī)氮（g/l）、溶解無(wú)機(jī)磷（g/l）的實(shí)測(cè)濃度。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)指數(shù)NI>1，認(rèn)為水體富營(yíng)養(yǎng)化。第73頁(yè)/共81頁(yè)

營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量法（NQI）NI＝CCOD/SCOD+CTN/STN+CTP/STP+CChla/SChla式中：NI——營(yíng)養(yǎng)指數(shù)；CCOD、CTN、CTP、CChla——分別為水體中的化學(xué)耗氧量、總氮、總磷、葉綠素a的實(shí)測(cè)濃度；SCOD、STN、STP、SChla——分別為水體中的化學(xué)耗氧量、總氮、總磷、葉綠素a的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。SCOD=3.0mg/l，STN=0.6mg/l，STP=0.03mg/l，SCHLa=10g/l當(dāng)營(yíng)養(yǎng)指數(shù)大于3時(shí)，認(rèn)為海水達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化。第74頁(yè)/共81頁(yè)ASSETS是一種綜合方法，對(duì)河口和沿海水域富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。ASSETS包括定量和半定量組份和一組壓力－狀況－響應(yīng)Pressure-State-Response(PSR)指標(biāo).ASSETS方法的核心是開(kāi)展3種診斷:壓力評(píng)價(jià)(人類(lèi)活動(dòng)總體影響OverallHumanInfluence)以癥狀為基礎(chǔ)的狀況評(píng)價(jià)(富營(yíng)養(yǎng)化總體狀況OverallEutrophicConditions)管理措施評(píng)價(jià)(確定未來(lái)趨勢(shì)Def