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1、-教师：斌学院：城市建立与环境工程学院专业：环境工程小组成员：罗华瑞贾如雪孟秋怡汀阚世豪梁丽媛溆东立钟凯文中国大学城环学院二一七年六月摘要：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 mechanis
2、m and control countermeasures of Tai Lake, for e*ample. This paper briefly describes the position 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 met
3、hods 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 effec
4、tively utilize cyanobacteria and water bloom.Keywords: Tai Lake, cyanobacteria and water bloom, outbreak mechanism, control countermeasures.1. 蓝藻1.1根本特征1细胞壁由纤维素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。色素成分主要为叶绿素a、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, C34H42N
5、4O9) 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Cyanobacteria4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：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假设干短的藻丝分段，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
6、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. 蓝藻水华的爆发机制与控制对策-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
7、域之一。如图1所示，太湖位于我国人口密集、经济兴旺的长江三角洲地区，太湖流域行政区划分属、和三省一市，流域总面积36895 km2，其中在和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开展，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，饮用水平安受到严重威胁.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根本上沿袭北东南方向分布
8、。图2 太湖区域位置示意图图3 太湖分区3.2蓝藻水华爆发模式太湖蓝藻水华的爆发实际经历了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根底的蓝藻颗粒(或蓝藻小细胞团)在风浪扰动下发生碰撞, 在短时间快速形成大细胞群体; 这样的过程可能会重复屡次, 并随着风速的变化再现多阶段和间歇性的开展. 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,
9、 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爆发阶段: 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, 最终呈现蓝藻水华爆发的态势.图4太湖蓝藻水华爆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蓝藻水华发生的外因素人们认为富营养化主要是、外因相互作用的结果.导致水体富营养化的因素主要有:外因营养物质的过度增加
10、，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35月出现顶峰值的现象对太湖水体的富营养化具有潜在的促进影响，研究说明，太湖水域TN和TP
11、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，TN最大浓度出现在，而二者的最大是沉降率都出现在。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。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1.86109m3，在大局部区域沉积物的深度为0.52.0m。如下图，绝大局部的沉积物从梅梁湾顺着西部沿岸一直延伸到太部。研究说明，只要是营养负荷
12、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，且它们的新代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:有关研究说明微囊藻的最正确生长温度高于其它藻类，室实验证明, 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。水体中微量元素充足会促进蓝藻发生; 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
13、生水华; 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.光照：由于蓝藻细胞体除了具有叶绿素外, 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、黄和橙色局部的光(500 600nm ) , 从而比其它藻类具有更宽的光吸收波
14、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。因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;固氮蓝藻能固定空气中游离的氮; 局部蓝藻能够通过自身产生的毒素而成为优势种; 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; 蓝藻的细胞壁由外层的果胶质和层的纤
15、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; 蓝藻细胞可以贮存过量营养物质以备不时之需;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安康生
16、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构造和水力过程，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、
