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藻华频发:气候变化、农业污染及水产养殖成主因

中国水域遭受蓝藻侵袭的同时,美国和欧洲也面临着同样的藻华危机。

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藻华在淡水和海水中均有可能发生,即便有时藻华并未产生有毒物质,但仍对环境造成危害。图片来源:Daniel Ramirez

上周,美国伊利湖爆发大规模藻华,水面被数十亿单细胞藻类所覆盖。这为俄亥俄州托莱多市的居民敲响了警钟:即使是最微小的生物,也能够使人们的现代生活陷入停滞。

伊利湖两座水处理厂发现,由于蓝藻(又称为蓝绿藻)泛滥,湖水中微囊藻毒素含量超标,达到危险级别。该市高达50万人接到警告,不得饮用自来水。

伊利湖一直以来都被藻华问题困扰。2011年,伊利湖爆发了最大的一次藻华危机,2.5万平方公里的湖面上,约1/5的面积都被蓝绿藻覆盖。

一般水体中藻类的含量较低,同时藻华也是一种自然现象。但是,由于人类活动对环境的影响,藻类的数量、尺寸及潜在的毒性都在不断地增加。其中,气候变化和多变的气候模式是影响藻类尺寸及蔓延的关键因素。

藻华在淡水和海水中均有可能发生。虽然有时藻华并未产生有毒物质,但仍会带来重大危害。随着藻类不断繁殖,覆盖区域逐渐增大,会形成若干“死亡区域”,遮挡住阳光并不断地吸收水中的氧气,从而使得水下生物无法存活。而藻类大量死亡、腐烂、并在细菌作用下开始分解的过程也会消耗水中更多的氧气。

来自澳大利亚海洋和南极研究所的古斯塔夫·哈雷格拉夫教授表示:“有明显迹象表明,全球有害藻华爆发的强度、频率以及分布范围均在增加。”

“造成这种现象的一个主要原因是,随着全球科学意识的增强,人们的监测手段和监管力度也在不断地增加。在一些国家,例如中国,水体富营养化及水产养殖行业对沿海水域的不断利用都可能是藻华爆发的主要原因。”

去年7月,中国爆发了有史以来最大规模的藻华事件。大量无毒浒苔覆盖了青岛(中国东部城市)黄海海域3万平方公里的海面。藻华造成的影响已经波及到了其他领域。旅游业、渔业、房地产市场以及当地经济都受到了影响。

相关专家认为,山东和江苏两省之所以每年都会爆发藻华,主要原因是自2005年开始,两省开始发展海藻养殖。他们认为,由于养殖海藻的木筏上藻类繁殖迅速,农民将这些藻类移除至公共水域,使得公共水域藻类蔓延。

从智利到菲律宾,几乎海岸线上的每一个国家都被藻华问题困扰。科学期刊《 公共科学图书馆·综合 》即将发表的一份新的报告认为,气候变化只会使藻华现象更加严重。

该报告作者之一杰夫·胡伊斯曼表示,实际上,不断增加的大气二氧化碳浓度是“一场史无前例的大规模富化试验”。“大量的CO2进入水生系统……会使全球富营养水体的藻华现象愈演愈烈。水资源管理者和决策者不得不做好准备,应对气候变化引起的水质恶化。”

不断变化的气候模式也会产生其他影响。目前,暴风雨及非季节性暴雨愈加频发,将大量含有过量化肥的表层土壤冲进水道。化肥中的磷和氮元素在土壤中能够促进植物生长,在水系中也能发挥同样的作用。目前,托莱多爆发大规模藻华的最有可能的诱因就是伊利湖周围7万户农民耕种导致的富营养物质流失。同时,集约型畜牧业进一步导致土壤流失,加剧了这一现象。

此外,由于化肥中的磷元素会残留在土壤中,这也就意味着任何限制化肥使用的措施对解决藻华问题都不会立竿见影。即使禁用化肥,藻华对这些地区造成的影响也会持续好几年。

解决化肥流失问题的方法包括:确保牲畜远离水道;定期进行游牧,防止牧场发生土壤流失;在农业用地周围植树造林,用以吸收养分,防止水土流失。

海水中爆发的有害藻华(HABs)能够影响整个食物链。腰鞭毛藻和芬地湾亚历山大藻等有毒单细胞藻类或浮游植物会被一些较小的生物摄入。鱼类、鸟类和海洋哺乳动物在摄食这些较小生物后,吸收了留存在这些较小生物中的有毒物质,导致自身死亡。人类食用受到污染的贝类后也会导致瘫痪和死亡;牡蛎、贻贝等滤食性动物能够更快地吸收有毒物质。在一次有害藻华(HABs)后,佛罗里达州的海草受到有毒物质的污染,导致276只海牛在食用后死亡。

这些浮游植物(通常为沟鞭藻类)色素沉着的方式各异,但在波斯湾地区,所谓的“赤潮”问题越来越严重。近年来,由于多次爆发有害藻华(HABs),阿联酋(UAE)相关部门开始建造人工珊瑚礁,试图修复遭到严重破坏的海洋环境。阿联酋(UAE)城市化和工业化的快速发展是藻华频发以及毒性增强的主要原因。空前繁荣的沿海开发造成水土流失和严重的污染,使得本就脆弱的海洋生态系统更加不堪一击。

繁忙的海上交通也是导致藻类入侵和蔓延的原因之一。藻类可以随着压载舱进出的水和泥沙传播至各地。“在澳大利亚,一些从未出现此类问题的地区最近也出现了藻华:有些与船舶压载水中携带的入侵藻类有关,另一些则是气候因素导致的藻类蔓延,”哈雷格拉夫说道。

1994年,一场“黑潮”过后,1500公吨鱼类和60公吨岩虾被冲上南非西部圣赫勒拿湾海岸。最初是一场由沟鞭藻类叉状角藻和海洋原甲藻引发的赤潮,但是由于大规模的赤潮使得水中溶解氧的含量过低,导致厌氧菌开始生成硫化氢,从而引发黑潮。

气候变化使大气二氧化碳含量增加,促进了藻类的大量繁殖。同时,气候变化还造成水体温度升高,为包括蓝绿藻在内的藻类大量增殖提供了适宜的温度。藻类在温度较高的水体中能够更加快速的生长蔓延,从而更快地浮到水面。一旦藻类浮到水面,它们就能吸收阳光,使得水体温度进一步升高。

来自斯旺西大学水产研究中心的凯文·弗林教授是藻类生物能源计划(EnAlgae project)的核心人物。该计划旨在通过开发藻类生物量生产、生物能和温室气体减排等技术,减少西北欧地区CO2的排放以及对不可持续能源的依赖。

凯文·弗林教授认为,随着人口的不断增加,人类活动对环境影响的不断加剧,藻华现象未来可能更加普遍。目前,他正在研究藻类生长以及以藻类为生的浮游生物的生长模式,来帮助人们了解如何更好的控制藻华的发生。

“(它们)是富营养化(主要来自于农业,用来满足人类不断增加的粮食需求)、降雨模式变化和温度升高的复杂产物。”因此,凯文·弗林教授说道,有“确切……的理由预测,将来淡水和海洋系统藻华现象发生的频率会不断增加。”



翻译:程冠飞

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