水华跟赤潮新

专题1：水华与赤潮主讲人：陈辉蓉藻类学Phycology 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 中的专题 水华与赤潮 藻类与污水处理 藻类固沙技术 藻类与生物能源 藻类中的生物活性物质 藻类基因工程水华与赤潮 什么是水华与赤潮？ 水华赤潮有关的藻类 危害性主要在哪些方面？ 产生的原因？ 现有的治理手段 水华（waterbloom）是淡水中的一种自然生态现象。绝大多数的水华是仅由藻类引起的，如蓝藻（也称为蓝细菌）、绿藻、硅藻等；也有部分的水华现象是由浮游动物——腰鞭毛虫引起的。“水华”发生时，水一般呈蓝色或绿色。 赤潮（redtide）是海洋中某些微小（2-20微米）的浮游藻类(主要是赤潮藻)、原生动物或更小的细菌，在满足一定的条件下爆发性繁殖或突然性聚集，引起水体变色的一种自然生态现象．因赤潮生物种类和数量的不同，海水可呈现红、黄、绿等不同颜色。水华与赤潮-概念中国淡水水华爆发状况（陈能汪等2010）*深圳的水华（2011.10.宝安料坑蓝藻水华）深圳的水华（2011.10.丰泽湖隐藻和甲藻水华）水华与赤潮-相关藻类形成水华的藻类：包括蓝藻，绿藻，硅藻，甲藻，隐藻等，产生危害的主要为蓝藻水华束丝藻Aphanizomenon鱼腥藻Anabaena微囊藻Microcystis螺旋藻Spirulina形成水华的蓝藻（adaptedfromOliverandGanf2000）*水华与赤潮–水华蓝藻毒素(SivonenandJones,1999) 毒素 靶器官 产毒蓝藻 鱼腥藻毒素Anatoxin 神经 Anabaena,Planktothrix 鱼腥藻毒素-aAnatoxin-a 神经 Anabaena 石房蛤毒素Saxitoxin(PSPs) 神经 Anabaena,Cylindrospermopsis 节球藻毒素Nodularin 肝脏 Nodularia 微囊藻毒素Microcystin 肝脏 Microcystis,AnabaenaNostoc,Planktothrix 筒胞藻毒素Cylindrospermopsin 肝脏 Cylindrospermopsis*水华与赤潮–微囊藻毒素微囊藻毒素LR（microcystinLR) 环状结构，具稳定性 由肽合成酶复合体合成 通过胆汁酸转运体进入肝细胞 抑制蛋白磷酸酶活性，使多种蛋白过磷酸化微囊藻毒素对各级生物的危害 巴西透析事件：1996年2月，131名患者在巴西Caruaru透析中心接受了常规透析治疗。8个月后，在出现急性肝衰竭的100名患者中，共有76人死亡，其中52人被归因于透析水中的微囊藻毒素。 巴西透析事件是一个特殊案例，也是惟一一起被确认的由微囊藻毒素污染引起的致命中毒事件。一般情况下，微囊藻毒素进入人体的途径主要是通过饮用水和水产品，少部分通过水上娱乐活动或口服受到污染的蓝藻类保健品。微囊藻毒素的急性毒性微囊藻毒素的慢性危害上世纪70年代，中国进行了第一次死因回顾调查。复旦大学公共卫生学院前院长俞顺章教授及其同事注意到，某些饮用沟塘水的地区肝癌死亡率比其他饮用深井水或自来水的地区高出10倍以上。之后，他与中国科学院水生生物所何家苑研究员等人合作，从沟塘水中分离出微囊藻毒素，并怀疑微囊藻毒素是肝癌的诱因之一。    俞顺章等人进行的实验表明，在小鼠中转入乙肝病毒X基因，再引入黄曲霉素和微囊藻毒素，在这三个因素的复合作用下，约有一半的小鼠发生了肝癌。他们随后开展的、长达10年以上的人群对照研究也得出结论，沟塘水中以微囊藻毒素为代表的藻类毒素可能是部分东南沿海地区肝癌高发的危险因素之一。Yu,S.-Z.1989.Drinkingwaterandprimarylivercancer.In:PrimaryLiverCancer,Z.Y.Tang,M.C.WuandS.S.Xia,Ed.ChinaAcademicPublishers,NewYork,NY.p. 30-37毒素危险评价和含量标准-蓝藻毒素（SvreckandSmith2004,Xie2007） 毒素 组织或国家 最大可接受浓度 微囊藻毒素Microcystin 世界卫生组织（WHO） 1.0µgL-1 澳大利亚 1.3µgL-1 加拿大 1.5µgL-1 新西兰 1.0µgL-1 中国 1.0µgL-1 美国俄勒冈州 1.0µgg-1 鱼腥藻毒素-aAnatoxin-a 无官方指导值，建议指导值3.0µgL-1 石房蛤毒素Saxitoxin 无官方指导值，澳大利亚建议指导值3.0µgg-1*赤潮（redtide）2010年8月大梅沙我国赤潮的高发区为：渤海湾、大连湾、长江口、福建沿海、广东和香港海域。海洋赤潮藻类 赤潮生物包括浮游生物，原生动物，细菌等； 我国赤潮生物除原生动物的红色中缢虫外均为浮游植物（藻类）； 有毒有害赤潮藻类以甲藻居多；深圳海域的赤潮藻种类 球状棕囊藻Phaeocystisglobosa金藻。具游泳单细胞和群体胶质囊两种生活形态，能产生溶血毒素。深圳海域的赤潮藻种类 血红哈卡藻Akashiwosanguinea甲藻门裸甲藻科。不产毒但能引起鱼类死亡。深圳海域的赤潮藻种类 夜光藻（Noctilucascintillans）甲藻，我国分布最广的赤潮种类。深圳海域的赤潮藻种类 中肋骨条藻（Skeletonemacostatum）硅藻深圳海域的赤潮藻种类 海洋原甲藻（Prorocentrummicans）甲藻，无毒深圳海域的赤潮藻种类 米氏裸甲藻（Gymnodiniummikimotoi）甲藻，可产生麻痹性贝毒（PSP）深圳海域的赤潮藻种类 链状亚历山大藻（Alexandriumcatenella）甲藻，可产生麻痹性贝毒（PSP）。 Scanningelectronmicroscopeviewofcystsofthetoxicalga  Alexandriumtamarense.(PhotobyD.Wall,WHOI)水华与赤潮–赤潮毒素赤潮毒素被统称为贝毒，赤潮对人体健康的影响主要是毒素通过食物链的传递而作用，导致人体的中毒甚至死亡。赤潮毒素（贝毒） 麻痹性贝毒（PSP）（海洋藻类形成，存在于软体贝类中）  腹泻性贝毒（DSP）（症状较轻微）  神经性贝毒（NSP）（主要由短裸甲藻产生）  西加鱼毒（Ciguatera）（藻类分泌，鱼体内氧化作用转化）健忘症的毒素（ASP）（由一种神经毒性氨基酸软骨藻酸引起）以上毒素的一个共同点是：它们不是由贝类自身产生，而是其它海洋微生物在贝类中积存形成。*水华与赤潮的危害 恶化水体 降低水体的透明度 消耗水体的溶解氧 向水体中释放有毒物质*水华赤潮发生机理 富营养化是水华与赤潮发生的物质基础和首要条件 富营养化（eutrophication）在人类活动的影响下，氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。 水文气象和水体理化因子的变化是水华与赤潮发生的重要原因 水产养殖的自身污染亦是诱发水华与赤潮的因素之一气候因素水体变化流域污染藻类过度生长水温水停留时间氮磷含量(富营养化)pH水文气象和水体理化因子的变化引起水华与赤潮发生点源污染主要包括工业废水和城市生活污水污染，通常有固定的排污口集中排放，非点源污染正是相对点源污染而言，是指溶解的和固体的污染物从非特定的地点，在降水（或融雪）冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体（包括河流、湖泊、水库和海湾等）并引起水体的富营养化或其它形式的污染*水产养殖的自身污染亦是诱发水华与赤潮的因素之一随着水产养殖业的发展,在养殖过程中,人工投喂大量配合饲料和鲜活饵料.池内残存饵料严重污染了养殖水质.另一方面,由于每天带有大量残饵、粪便的排换水排入水体中,加快了水体的富营养化,为水华、赤潮生物提供了适宜的生物环境.水华的科学治理 控制外源营养物质的输入 减少内源营养物质的负荷1.工程措施2.物理化学措施3.生物措施控制外源营养物质的输入1。控制氮、磷对湖泊的继续输入。可采取实施洗涤剂禁磷；实施截污工程或引排污染源；强化水域的综合整治；根据水环境中氮磷容量，实施总量控制。2。制定和完善水环境方面的法律法规。政府部门应严格加强管理，对那些效益不好且污染严重的企业坚决予以关闭，对新建项目严格把关。3。发展生态农业，有效控制农业的污染。在农业区大力推广农业新技术，改进施肥方式，合理种植农作物，推广新型复合肥等措施控制化肥的使用量。减少内源营养物质的负荷1．工程措施主要通过清淤挖泥、深水曝气、湖内下层水抽取、引水稀释等措施。其中清淤挖泥操作起来成本高、技术难度大；深水曝气主要是使湖底通过曝气来补充氧气，使在水与底泥界面之间经常保持有氧状态，利于底泥磷的释放。引水稀释主要是利用未经污染的水来稀释发生“水华”的湖泊，以此来降低湖中氮、磷等营养盐的浓度，但成本也很高。2．物理化学措施这类方法包括用化学药剂杀藻和凝聚沉降等。使用杀藻剂可杀死藻类。藻类被杀死后，死藻应及时捞出，或者再投加适当的化学药品，将藻类腐烂分解释放出的磷酸盐沉降。对那些溶解性营养物质如正磷酸盐等，采用往水体中投加化学物质使其生成沉淀而沉降。脱氮的物理化学方法有氨汽提法、沸石法和折点加氯法等。2．物理化学措施这类方法包括用化学药剂杀藻和凝聚沉降等。使用杀藻剂可杀死藻类。藻类被杀死后，死藻应及时捞出，或者再投加适当的化学药品，将藻类腐烂分解释放出的磷酸盐沉降。对那些溶解性营养物质如正磷酸盐等，采用往水体中投加化学物质使其生成沉淀而沉降。脱氮的物理化学方法有氨汽提法、沸石法和折点加氯法等。3．生物措施(1)种植沉水植被。沉水植被可以吸收固定水体的氮、磷等营养物质，同时可以澄清水质，并且还能为其它水生生物提供多样化的环境，提高水体中的生物多样性，维持水体的生态平衡。(2)实施生物操控。一是减少水体N、P富集量，二是增强捕食蓝藻的强度。因此可以向水体中放养食鱼性鱼类，通过摄食降低以浮游动物为食的小型鱼类的生物量，小型鱼类的生物量的降低引起浮游动物生物量的上升，再通过浮游动物的摄食降低水体中浮游藻类、细菌、有机物的量。(3)生态修复。主要采取人工湿地的方法。在合适的地域上水处理系统可去除营养元素和降解有机物，处理后的水再回用于农业和流入湖泊水体。湿地植物能大量吸收氮、磷等营养盐；土壤可以吸附磷，从而减缓了水体富营养化的进程。赤潮的科学治理1.物理方法回收法2.化学方法①化学药品杀除法②有机除藻剂治理法3.生物方法物理方法回收法.用配备有吸水泵、离心分离机、凝聚槽、混合槽等装置的赤潮回收专用船进行赤潮生物回收.其方法是用吸水泵将赤潮生物大量聚集的海水抽吸到船上,加凝聚剂,加压过滤或离心分离.或者抽取富含赤潮生物的海水,加入相当量的磁铁矿(FeO),进行搅拌,通过电磁过滤,吸取吸附在磁铁矿上的赤潮生物,经离心分离,一次可除去80%的赤潮生物.日本曾进行过几次大规模的海上试验,效果良好. ①化学药品杀除法.将一个装满硫酸铜的布袋放在小船后面拖曳(或用飞机或其他工具喷洒硫酸铜溶液),让硫酸铜慢慢地溶解在水中以杀死赤潮生物.同时,可以用飞机或其他工具喷洒过氧化氢溶液,以杀死海水中的赤潮生物.而且当在水中加入亚铁盐溶液时可增加过氧化氢海洋藻类的破坏作用.这一方法的优点是药物能在水中马上分解,污染程度轻.此外,臭氧还具有和过氧化氢相类似的治理赤潮作用.化学方法化学方法②有机除藻剂治理法.英国赤潮防治专家研究表明,秸秆是对付水中浮游藻类增殖的最合适、最有效的方法.大量的实验证明,秸秆在水中腐烂时能产生出一种天然杀草剂.这种杀草剂是植物在漫长的进化中形成的一种防卫物质.它能抑制有毒浮游藻类的生长,防止他们滋生蔓延,但对高等植物和其他海洋生物则无影响.其用量为每立方米水体投放10g秸秆,每年春秋各投一次可以有效防止水中有害藻类的滋生和蔓延。生物方法近十几年来,人们也一直在研究探索“以藻治藻”或“以虫治藻”等方法,挑选和培养出某些赤潮生物的“克星”生物.据报道,日本水产厅西南区水产研究所等发现了能破坏赤潮生物的病毒,感染到病毒的藻体细胞核发生萎缩,整个细胞受到损坏.复习思考题 水华和赤潮的定义？ 主要的水华藻类？ 水华和赤潮产生的主要毒素？推荐阅读【作者】谢平著【出版商】北京市：科学出版社,2007【ISBN号】978-7-03-019467-1【中图法分类号】Q949Toxiccyanobacteriainwater:Aguidetotheirpublichealthconsequences,monitoringandmanagementEditedbyIngridChorusandJamieBartramhttp://www.who.int/water_sanitation_health/resourcesquality/toxicyanbact/en/******点源污染主要包括工业废水和城市生活污水污染，通常有固定的排污口集中排放，非点源污染正是相对点源污染而言，是指溶解的和固体的污染物从非特定的地点，在降水（或融雪）冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体（包括河流、湖泊、水库和海湾等）并引起水体的富营养化或其它形式的污染*