973计划项目湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发973计划课题 2004年度总结报告 项目名称:湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发机理研究 课题名称:湖泊水,沉积物界面过程对营养物迁移转化影响研究 课题编号:2002CB412304 课题负责人:金相灿刘建彤 课题依托单位:中国环境科学研究院 中国科学院水生生物研究所 二零零四年十二月十五日 本课题自2003年启动以来，紧紧围绕国家需求、课题任务书的任务要求和目前国际、国内的研究进展，开展了大量的野外调查检测、室内分析和模拟试验研究工作。下面从以下几个方面，对整个第四课题在2004年度的研究工作做一概括性总结。 一、年度计划执行情况 1(年度计划完成情况 1.1课题拟完成的研究内容和预期目标 根据课题任务书的要求，本课题第二年度应完成下列研究内容。 1.1.1 掌握水体理化因素和生物因素对生源要素在水-沉积物界面形态转化的影 响; 1.1.2 研究富营养化条件下，水-沉积物界面微生态结构的维持机理; 1.1.3 确定污染湖区主要生源要素的形态与生物可利用性之间的关系;
1.1.4 掌握跨介质间营养物的动态赋存以及热力学平衡与营养状态的关系; 1.1.5 在国内外核心刊物上发表文章4篇，其中中国环境科学研究院和中科院水 生生物研究所分别发表2篇。 1.2 课题完成的研究内容和目标 1.2.1浅水湖泊水-沉积物界面物质交换过程及其水动力影响机制 现场调查采样，分析，完成冬、夏两季样品采集工作，进行实验室内外分析数据的初步整理。初步总结完成沉积物-水界面氧化还原条件的控制机理研究。 1.2.2 湖泊营养物的微生态转化及生化动力学 1 针对长江中下游的五大浅水湖泊(滇池、洪泽湖、洞庭湖、巢湖和太湖)和两个城市湖泊(武汉月湖和南京玄武湖) 进行现场调查采样、分析，进行实验室内外分析数据的整理，总结长江中下游湖泊的基本理化特征和营养状况;同时重点研究太湖不同富营养水平湖区，分春夏秋冬四季对太湖流域的梅梁湖鼋头渚、梅梁湾小丁湾、梅梁湖蠡园、贡湖、东太湖等湖区进行野外调查，分析上覆水、沉积物样品中各种理化性质。并从底栖动物、着生藻类和微生物三方面进行水,沉积物界面的微生态结构的调查;开展实验室内的模拟研究，研究环境因子对湖泊水,沉积物界面磷交换的影响。 1.2.3 湖泊水,沉积物界面地球化学过程对湖泊富营养化的影响 水体理化因素对生源要素在水,沉积物界面形态转化的影响;跨介质间营养物的动态赋存以及热力学平衡与营养状态的关系;系统研究生源要素在浅水湖泊水,沉积物界面的形态转换机理;模拟研究确定不同形态P的存在形式对其生物有效性的影响。 1.2.4重污染湖区营养元素生物可利用性的限制因素和转化作用
水华 “水华”（waterblooms）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（严格意义上应称为蓝细菌）、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，水一股呈蓝色或绿色。这种在自然界就有的“水华”现象，在我国古代历史上就有记载。另外，水中出现此现象（一般呈红色）则为赤潮。 淡水中富营养化后，“水华”频繁出现，面积逐年扩散，持续时间逐年延长。太湖、滇池、巢湖、洪泽湖都有“水华”，就连流动的河流，如长江最大支流——汉江下游汉口江段中也出现“水华”。淡水中“水华”造成的最大危害是：饮用水源受到威胁，藻毒素通过食物链影响人类的健康，蓝藻“水华”的次生代谢产物MCRST能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁人类的健康和生存。此外，自来水厂的过滤装置被藻类“水华”填塞，漂浮在水面上的“水华”影响景观，并有难闻的臭味。所以每次发生水华现象都会给人类和自然界带来巨大的损失或灾害。 当藻类大量生长时，这些藻类能释放出毒素——湖靛，对鱼类有毒杀作用。藻类大量死亡后，在腐败、被分解的过程中，也要消耗水中大量的溶解氧，使水体严重恶臭。而造成水华现象的出现，主要原因还是水域沿线大量施用化肥、居民生活污水和工业废水大量排入江河湖泊，致使江河湖泊中氮、磷、钾等含量上升。 导致水华发生的重要的因素之一就是水体的富营养化。 湖泊等水体的富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题.研究蓝藻水华的形成机制,对于科学预测湖泊中蓝藻水华的产生,并采取相应措施
减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义.为探索富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理,综述了目前对我国大型浅水湖泊蓝藻水华成因研究现状和对水华形成机理的一般认识.分析了导致蓝藻水华形成的化学、物理和生物等主要环境因素,论述了蓝藻,尤其是微囊藻成为水华优势种的可能原因.认为对水华的形成需要全面认识,营养盐浓度的升高 可能仅是蓝藻水华形成、且人们可以加以控制的因素之一;在探索水华成因时,不能仅仅局限于夏季蓝藻水华发生时环境特征的研究与观察,而应该提前关注蓝藻的越冬生理生态特征、春季复苏的生态诱导因子及其阈值以及在复苏后,蓝藻如何在生长过程中形成群体,并逐步成为湖泊水生生态系统中的优势种乃至形成水华的过程.并需要对蓝藻越 冬的生存对策、蓝藻群体的形成的条件、蓝藻在春季复苏的触发条件及其生态阈值、以及蓝藻在与其它藻类种群竞争中取胜的生理生化特征有足够的认识.蓝藻水华的"暴发" 是表观现象,其前提还是藻类一定的生物量,且是一个逐渐形成的过程.根据生态学的基 本理论和野外对水华形成过程的原位观测,提出了蓝藻水华成因的四阶段理论假设.即 在四季分明、扰动剧烈的长江中下游大型浅水湖泊中,蓝藻的生长与水华的形成可以分为休眠、复苏、生物量增加(生长)、上浮及聚集等4个阶段,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; 春节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则决定了水华蓝藻在春季和夏季的生长状况,一旦有合适的气象与水文条件,已经在水体中积累的大量水华蓝藻群体将上浮到水体表面积聚,形成可见的水华. 研究蓝藻水华的形成机理必须寻找导致水华形成的各主要生理阶段的触发因子或特异 性因子,针对不同阶段蓝藻的生理特性,进行深入研究.只有这样才有可能逐步弄清蓝藻 水华的形成机制,并对其发生的每一进程进行预测,寻求更加具有针对性的控制措施. 除了水体的富营养化之外，水温，洋流，水体的PH值，光照强度等均会对藻类等水华生物的大爆发产生影响，在个别时候甚至是诱发因素。 位于江苏省南部的中国第三大淡水湖——太湖中，水华十分平凡，致使太湖的渔业遭遇危机，而当淡水营养化后的太湖，“水华”平凡出现，促使其“水华”面积逐渐加大，导致“水华”时间延年增长。
J. Lake Sci.(湖泊科学), 2008, 20(2): 145-152 https://www.doczj.com/doc/7c13932606.html,. E-mail: jlakes@https://www.doczj.com/doc/7c13932606.html, ?2008 by Journal of Lake Sciences 太湖蓝藻水华遥感监测方法* 段洪涛1, 张寿选1, 张渊智2 (1: 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室, 南京 210008) (2: 香港中文大学太空与地球信息科学研究所, 香港沙田) 摘要: 利用遥感技术监测太湖蓝藻水华具有重要的现实意义. 基于不同遥感数据, 包括MODIS/Terra、CBERS-2 CCD、ETM 和IRS-P6 LISS3, 结合蓝藻水华光谱特征, 采用单波段、波段差值、波段比值等方法, 提取不同历史时期太湖蓝藻水华. 结果 表明: MODIS/Terra数据可以利用判别式Band2>0.1和Band2/Band4>1提取蓝藻水华; CBERS-2 CCD、ETM和IRS-P6LISS3 数据可以利用Band4大于一定阈值和Band4/Band3>1提取蓝藻水华; 波段比值(近红外/红光>1)算法稳定, 可以发展成为蓝藻 水华遥感提取普适模式. 同时, 本文成功利用ETM和IRS-P6LISS3数据Band4波段对蓝藻水华空间分布强度进行了五级划 分. 这为今后利用遥感技术, 建立太湖蓝藻水华监测和预警系统奠定了基础. 关键词: 蓝藻; 卫星监测; 多源数据; 太湖 Cyanobacteria bloom monitoring with remote sensing in Lake Taihu DUAN Hongtao1, ZHANG Shouxuan1 & ZHANG Yuanzhi2 (1: State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, CAS, Nanjing 210008, P.R.China) (2: Institute of Space and Earth Information Science, The Chinese University of Hong Kong, Shatin, NT, Hong Kong, P.R.China) Abstract:It is significant that remote sensing methods is used for monitoring cyanobacteria bloom in Lake Taihu, since it breaks out frequently each year. Based on spectral characters of cyanobacteria bloom, different algorithm including single band, band subtraction and band ratio, were used for bloom mapping, with different instruments such as the MODIS/Terra, CBERS-2 CCD, ETM and IRS-P6. They noted that all these sensors were able to detect cyanobacteria bloom, while the algorithm of band ratio between infrared and red band has a stable correlation with blooms, and it can be developed into a universal pattern. Except that, spatial cyanobacteria bloom concentrations were separated into five classes based on digital number values (DNs) in ETM and IRS-P6 Band 4. This study showed that satellite observations was effectively applied to cyanobacteria bloom monitoring and early-warning for Lake Taihu. Keywords:Cyanobacteria bloom; satellite monitoring; multi-source data; Lake Taihu 水是生命之源, 而湖泊是地球上最重要的淡水资源之一, 是湖泊流域地区经济可持续发展和人们赖 以生存的重要基础[1]. 目前, 我国内陆湖泊面临的一个主要问题是水体的富营养化[2], 其重要特征是藻类 物质, 特别是蓝藻大量繁殖. 蓝藻异常生长, 极易堆积、腐烂沉降, 形成水华, 在河口以及近岸淤积[3], 不 仅破坏水体景观和生态系统平衡, 而且由于蓝藻在生长过程中释放毒素, 消耗溶解氧, 引起水体生物大 量死亡, 湖泊水质恶化, 严重威胁了湖泊周围地区的饮水安全[4]. 如2007年5-6月, 由于太湖蓝藻爆发, 无锡重要水源地贡湖南泉水厂取水口遭受严重污染, 导致100多万人饮水困难. 因此, 快速、全面掌握蓝 藻分布信息, 对于控制蓝藻水华、评价蓝藻生态环境风险、研究蓝藻异常生长的原因以及建立水质的预 *中国科学院“优秀博士学位论文、院长奖获得者科研启动专项资金”、国家科技支撑计划项目(2007BAC26B01)和江苏省 自然科学基金(BK2007261)联合资助. 2007-09-05收稿; 2007-11-06收修改稿. 段洪涛, 男, 1979年生, 博士, 助理研究员; E-mail: htduan@https://www.doczj.com/doc/7c13932606.html,.
淡水水体中蓝藻水华研究进展 高政权,孟春晓* (山东理工大学生命科学学院,山东淄博255049) 摘要 综述目前国内大型浅水湖泊蓝藻水华成因研究现状,分析蓝藻水华形成的一般机理,重点阐明蓝藻水华治理的关键技术研究及其重要生态和环境意义。 关键词 蓝藻;水华;治理;环境 中图分类号 X524 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)16-07597-02 Progress i n Cyano bacteri aW ater B l oo m i n Fres h W ater GAO Zheng qua n et al (Schoo l of L ife Sciences ,Shandong U ni versity o fT echno l ogy ,Z i bo ,Shandong 255049)Abstract The st udy su mmar i zed the research sit uati on o f f o r m ati on cause of cyanobacteria water bl oo m,and ana l yses genera lmechanis m s o f cyanobact er i a w ater bl oo m for ma tion .F inall y ,key techno l ogy research and its m i portant ecol og i cal and environ menta l si gn ificance f or cya nobacter i a w ater bl oo m control were discussed .K ey words Canobacteria ;W ater bl oo m;R ehabilitati on ;Env i ron m ent 基金项目 国家自然科学基金(40706050;40706048);国家支撑项目 (11200602);中央级公益性研究所专项资金(2060402/2);山东理工大学自然科学基金(4040 306017);山东理工大学博士启动基金项目(4041 405016,4041 405017)。 作者简介 高政权(1972-),男,湖南安乡人,博士,副教授,从事藻类 生理学研究。*通讯作者。 收稿日期 2009 00 蓝藻又称蓝绿藻,是所有藻类生物中最简单、最原始的一种。蓝藻在长期进化中形成了极强的生态竞争优势,在适宜环境条件下即可获得最大生长率,并以指数级迅速增长,从而使产毒菌株密度增加,获得竞争优势,形成种类少而数量大的蓝藻水华。由于环境污染日趋加重,许多水体富营养化而导致蓝藻水华的暴发,成为我国目前及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。我国五大淡水湖中的太湖和巢湖相继暴发大规模水华,加上以前报道的滇池、南京玄武湖、淮河、海河等水华事件,不难看出,水体富营养化引起的蓝藻水华已极大地影响到人们生活的多个方面。20世纪90年代以来,国内淡水水体营养状态日益严重,长江、黄河、松花江等主要河流以及鄱阳湖、太湖、巢湖、武汉东湖、昆明滇池、上海淀山湖等集合淡水湖在调查中发现有大量藻类生长,形成严重的蓝藻水华[1] 。有资 料表明,我国有66%以上的湖泊和水库处于富营养化水平[2] 。2007年4月中国科学院长江水利委员会发布的 长江保护与发展报告 称,2003年三峡库区蓄水至135m 后,12条长江一级支流,在回水区不同程度地出现水华现象,并且近几年有加剧的趋势。湖泊富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究蓝藻水华的形成机制,对于科学预测湖泊中蓝藻水华的产生及采取相应措施减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义 [3] 。 1 水华的成因 富营养化的水体在适宜的条件下,水体中藻类,主要是蓝藻短时间大量繁殖并聚集的生态异常现象称为水华,也称湖靛。底泥腐殖质较多的水体,因富含P 、N 等营养元素,当N 、P 比值大于7时,只要外部条件适宜,浮游植物特别是蓝藻就会迅速繁殖生长,甚至在水面聚合成数厘米厚的蓝绿色的藻浆,即水华。浮游植物对N 、P 的吸收速率遵循米氏方程。蓝藻水华的生成离不开合适的光照、气温、水文、气象等因素。蓝藻的繁殖习性是喜高温、连续阴雨、闷热、弱风的气 候条件,在该条件下会大量繁殖,在数量上占绝对优势,完全抑制了其他藻类的生长。影响蓝藻水华形成的环境因素包括物理因素(水温、光照、营养盐、气候等)、化学因素(氮、磷浓度等)、生物因素(蓝藻本身的生理生态特征在形成优势种 群中的作用)等[3] 。赵孟绪等探讨了2003年广东汤溪水库蓝藻水华提前发生的原因,结果表明,水温与蓝藻、微囊藻的丰度具有显著相关性,较高的水温是蓝藻水华发生重要条件之一;在具备充分氮磷营养盐和合适水温条件下,汛期反常的水体稳定性导致了汤溪水库蓝藻水华的提前发生[4] 。2 水华的危害 蓝藻水华被认为是影响水质的重要因素,它会产生微囊藻毒素,为代表的有毒代谢物,严重危害人类身体健康和生命安全。1996年在巴西,由于人群使用了含藻类毒素污染的水作肾透析液,造成126人出现急性或亚急性肝中毒,导致60个患 者由于肝功能严重损伤而死亡[5] 。水华是藻类在合适环境条件下形成的过度繁殖和聚集现象,因而在种类组成、发生时间及水平分布上具有一定的规律性。蓝藻水华出现时,水面被厚厚的蓝绿色湖靛所覆盖,甚至在岸边大量堆积。藻体大量死亡分解的过程中,不但散发恶臭,破坏景观,同时大量消耗水中的溶解氧,使鱼类窒息死亡。随着富营养化的加剧,藻类水华发生的频率和幅度增加,水华对水环境的危害和生物安全日益引起广泛的关注。在水华发生时,其现象表现为某些藻类,尤其是单细胞的蓝藻疯长。水华是湖泊富营养化的典型表征之一。蓝藻水华的形成影响了水生态系统的健康发展。蓝藻大量生长改变了水体的理化环境,透明度降低,水体散发腥臭味,溶解氧减少,造成鱼虾等水生物的死亡。当水体中的营养素被蓝藻耗尽时,蓝藻大量死亡,尽管是死亡的蓝藻,其在被细菌分解过程中还是会产生并释放蓝藻毒素,最终导致水生态系统的迅速崩溃,蓝藻水华也给水产养殖业、供水及旅游业甚至人类的饮用水安全带来极大的危害[6] ,太湖、玄武湖、巢湖、滇池等大型 湖泊都曾深受蓝藻水华暴发所引发的污染之苦[7-9] 。目前人们最为关注的焦点是蓝藻毒素所带来的危害。在淡水水体中引起蓝藻水华和产生藻毒素的藻类主要有蓝藻门的微囊藻属、鱼腥藻属、念珠藻属、束丝藻属和颤藻属等,其中的微囊藻毒素是一组由水体中蓝绿藻(如微囊藻、鱼腥藻、颤藻及念珠藻)产生的具有亲肝特性的环状多肽毒 安徽农业科学,Jou r n al ofAnhu iAgr.i Sc.i 2009,37(16):7597-7598责任编辑 庆瑢 责任校对 王凌志
湖泊富营养化治理与蓝藻水华控制 湖泊富营养化治理与 蓝藻水华控制 ■孔繁翔中国科学院南京地理与湖泊研究所 摘要:经济的突飞猛进伴随着生态环境的急剧恶化,使得人们的生存经受着强烈的考验.而当今污染体现严重的蓝藻水华 中含有大量的微囊藻毒素,对人们构成了极大的危害.本文讨论了蓝藻水华的成因和危害等,并从外源削减与控制,内源 削减与控制,湖内水生生态系统恢复与重建等方面阐述了富营养化湖泊治理的途径. 关键词:湖泊;富营养化;蓝藻水华;治理;控制 湖泊的结构与功能及其富营养化 1.湖泊的概述及其结构 湖泊是陆地表面具有一定规模的天 然洼地的蓄水体系,是湖盆,湖水以及水 中物质组合而成的自然综合体.我国是 一 个多湖泊的国家,湖泊面积在1kmz 以上的有2300余个,总面积为71787 km,占全国总面积的8%左右. 2.湖泊的功能 湖泊是重要的国土资源,具有调节 河川1径流,发展灌溉,提供工业和饮用 的水源,繁衍水生生物,沟通航运,改善 区域生态环境以及开发矿产等多种功 能,在国民经济的发展中发挥着重要作 用.①湖泊能蓄积水量,调节河川1径流.
②湖泊能调节气候.③湖泊蕴藏了丰富的水力资源.④湖泊的航运作用.⑤湖 泊的物质资源.⑥湖泊的旅游资源. 3.湖泊的富营养化 湖泊的富营养化问题是由于人类 活动造成的,如低水平的制造业产生的工业废水,现代化农业生产中大量流失的农药,化肥,未经处理的城镇生活污水,高密度水产养殖遗留的剩余饵料, 以及航运,旅游等水上活动产生的一些污染物,都造成了富营养物质大量输入湖泊.湖泊生态系统本身是有一定的自净能力的,如水草,芦苇,沉水植物,湖 畔湿地等都是天然的净化器.而现在由于人类对湖泊的围垦,湖泊沿岸的水利工程等都破坏了湖泊的自净系统.从而造成营养源的输出途径减少,营养物质大量过剩,最终形成富营养化. 目前一般认为,富营养化的定义是 湖泊在自然因素和(或)人类活动影响下,因氮磷等营养物质含量过多,造成水体生产力从低向高营养状态过渡的一种现象或趋势[总氮(TN)达0.2mg/L, 总磷(TP)达0.02mg/L].1991年: 122个湖泊中,51%富营养化,2005年: 133个湖泊中,88.6%富营养化.61%国 控重点湖(库)水质为V类和劣V类. 富营养化最直接的表现就是蓝藻 水华的暴发.蓝藻是水中的浮游植物,
气候变化与蓝藻水华暴发 东北师范大学数学与统计学院长春130024 【摘要】近年来，太湖蓝藻水华的暴发频率比较高，主要集中在太湖西部和北部。影响太湖中蓝藻水华暴发的因素很多，但发现气候因素所占的比重比较大，比如温度、风、光照、降水等等。这篇文章就主要从气候因素中的温度、光照时间和风这三个因素的变化，根据太湖情况建立一个模拟湖泊生态系统模型，利用散点图、线性回归分析、数值逼近建立拟合方程等数学知识，对太湖中影响蓝藻水华暴发的这三个因素进行一下简单的分析。 【关键词】蓝藻水华暴发气候因素建模求解
问题分析 在当今世界，水体富营养化和蓝藻水华的发生，仍然是在水体污染方面人们所面临的重大环境问题之一。在太湖和内陆的其他湖泊，现在是蓝藻水华的发生不仅仅是只在夏、秋两季了，而且也在逐步的向春、冬两季过度，个人认为这正是由于气候变化所引起的，即全球变暖趋势。蓝藻水华的暴发不仅会对湖泊中的水生动植物带来危害，致使其死亡，破坏湖泊中生态系统的平衡，并且还会严重影响人们的生活和健康。特别是在夏季，湖泊中蓝藻水华漂浮在水面上，在风的推波助澜之下，都被吹到岸边，并且夏天温度高，经阳光的暴晒，蓝藻会自动分解、产生恶臭的气味，造成局部空气污染影响人们生活，还有的就是如果蓝藻水华在人们饮用水源头大量聚集、腐烂变异，造成水质恶化、变味，这样会直接影响人们的健康饮水，带来疾病，给人你们造成极大的麻烦。 所以问题就产生了：怎样才能预防和抑制蓝藻水华的爆发呢？这就需要研究蓝藻水华的发生机制和影响因素了！蓝藻【1】（或蓝细菌）是地球上最早出现的光合自养生物，它们利用水作为电子供体，利用太阳能将CO2还原成有机化合物，并释放出自由氧。蓝藻的主要生存环境为淡水和海洋，它们能在咸水、咸淡水、淡水、冰冷或沸腾的泉水，以及其他微藻无法生存的环境中繁衍，譬如蓝藻常常是岩石的裸露面和土壤中建立种群的先锋物种，它们通过一些特殊的机制（如吸收紫外线辐射的外鞘色素）增加其在相对暴露的陆地环境中是适应性，蓝藻具有在贫瘠的基质上生存的卓越能力。蓝藻能与其他动植物（如真菌、苔藓、羊齿类、裸子植物、被子植物等）形成共生关系，而内共生被认为是真核生物叶绿体和线粒体的起源。蓝藻还是唯一可以进行生物固氮的藻类。而大量的藻类在水中高度的聚集就会水华，具体的是：水华【2】是当水体中出现富营养状况并具备适宜的温度、光照、气候及合适的水文条件等有利于藻类生长或聚集的环境条件时，水体藻类大量生长繁殖或聚集并达到一定浓度的现象，是湖泊环境因子综合作用的结果。形成水华的蓝藻【1】一般都是有伪空泡的种类，包括许多属，在形态上从小的丝状群体到肉眼可见的大型球状群体，有些种类可以固氮，有些则不固氮。而我国蓝藻水华主要是微囊藻水华，此外还有鱼腥藻水华、束丝藻水华、拟柱胞藻水华等。微囊藻水华是危害最为严重的一种，其发生普遍、持续时间长，多数产毒危害性大。我国湖泊中微囊藻早常见的为铜绿微囊藻，是太湖和滇池等湖泊水体富营养化的主要优势种群之一。而铜绿微囊藻的生长与代谢又很大程度上受气候因素温度、光照时间及风的影响。因此我们就可以针对太湖中的铜绿微囊藻建立一个模型来单独的研究气候因素对其生长代谢的影响，作为样本来反映太湖中气候变化对蓝藻水华的影响。 模型假设 （1）我们研究所用的小型生态系统与太湖的生态系统相似，并且具有一定的代表能力。 （2）风浪对太湖的扰动在研究中表现为悬臂搅拌器带动玻璃棒对小型生态系统的搅拌。 （3）对某个因素对铜绿微囊藻生长代谢的影响进行研究时，其他的因素是一样的，且在研究所持续的这段时间内，不会有外界的任何因素对样本进行干扰。 模型建立
第10卷 第8期 中 国 水 运 Vol.10 No.8 2010年 8月 China Water Transport August 2010 收稿日期：2010-05-17 作者简介：宋益峰（1978-），浙江海盐人，学士，上海市金山区水文站助理工程师，主要从事水环境监测与治理研究。 我国典型浅水湖泊蓝藻水华治理技术研究进展 宋益峰1 ，兰 林2 ，吴 江3 （1上海市金山区水文站，上海 201508；2江苏省水利厅，江苏 南京 210029； 3太仓市环境监测站，江苏 太仓 215400） 摘 要：蓝藻水华成为我国浅水湖泊的重大水环境问题。根据蓝藻水华的形成机制，采取相应控制技术减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义。文中综述了目前我国典型浅水湖泊蓝藻水华治理中物理控制法、化学控制法、生物控制法的研究进展。 关键词：浅水湖泊；蓝藻水华；治理技术 中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2010）08-0154-02 一、前言 我国目前66%以上的湖泊、水库处于富营养化的水平，其中重富营养和超富营养的占22%，富营养化成为我国湖泊目前与今后相当长一段时期内的重大水环境问题[1]。与湖泊富营养化相伴随的一个普遍现象就是蓝藻水华[2]，蓝藻水华广泛地存在于淡水生态系统中并产生一系列严重的水环境问题[3]。蓝藻水华控制是世界性难题[4~6]，迄今采用的控制蓝藻水华的技术有几种：物理控制法、化学控制法和生物控制法。 二、蓝藻物理强化控制技术 1．机械除藻技术 机械除藻技术包括移动式富集湖面蓝藻“水华”技术、气浮捕集蓝藻“水华”技术。沈银武等[7]利用振动重力斜筛、旋振筛和卧螺离心脱水方法，在单机运行的条件下，在滇池于2001年4月和9月的145天中开机1,700h，共收获富藻水17,000m 3，折合干重为325t。试验区收获的蓝藻干粉经检测其平均总氮(N)为8.51％；总磷(P)为0.49％、总钾(K)0.70%和粗有机物43.47％。依此结果计算，相当于从试验区取出氮(N) 27.66 t、磷(P) 1.6t、钾(K ) 2.28 t 和粗有机物141.28t。有效降低了富营养化湖泊的氮、磷等水平和减轻或缓解了大量暴发的蓝藻生物量。 2．水动力控藻技术 吴张永等[8]对流体动力处理蓝藻技术进行了前期室内试验研究，发现实验条件下除藻率可达100%，且不会对水体造成二次污染。太湖在闾江口到马山岛之间马围长堤附近修建马山大桥，把大堤打通，沟通马山西的太湖与梅梁湖、贡湖、五里湖的水流，促使流入口袋的水流，从袋底顺利流入西太湖，促使湖水在夏季向西北部分流，冬季西太湖水流灌入两湖以冲洗滞水。如此可把两湖与西太湖整体形成循环水流，以使湖水通过自净、分流促使快速换水，抑制蓝藻暴发。 3．超声波控藻技术 超声波技术是近年来发展起来的一种新型的环境技术，被称为环境友好技术[9]，具有操作和控制容易，便于引进自动化操作手段，在处理中不引入其他化学物质，而且反应条件温和，反应速度快等优点。功率超声在水体中空化效应产 生的高压、冲击波、声流和剪切力能够有效破坏藻类的细胞结构，抑制叶绿素的合成，降低蓝藻细胞类囊体膜上藻胆蛋白和某些酶的活性。目前有研究将超声波技术应用于自然水体，通过超声短时间的辐照抑制水体中藻类的生长，从而达到控制水华爆发的目的[10]。 三、太湖蓝藻化学强化控制技术 1．湖底充气扬水筒技术 扬水筒技术，将积聚于表层的藻类驱赶至水库底层，由于光照极低以及温度骤降等原因，藻类失去活性而逐渐消亡，并能显著降低水库底层铁、锰浓度。在荷兰阿姆斯特丹Nieuwe Meer 水库中，扬水筒技术实施结果得到证明：其生物量降低为未处理前的1/20，藻类种群结构也由原先以蓝藻为主转变为硅藻、绿藻为主；此外整个水体中的溶解氧浓度可一直维持在5mg/l 左右，从而扩充了鱼类的生存空间。 2．黏土除藻技术 黏土除藻华技术最早来源于絮凝原理，曾被作为在海洋赤潮暴发时的一种应急技术，取得了一定的效果。早在1997年，就有专家在国际权威科学期刊《自然》上撰文指出，使用黏土除藻可能是治理藻华的最有发展前途的方法。但由于絮凝除藻机理不清、黏土投量太大、藻华复发和二次污染等问题，许多将黏土除藻技术应用于淡水湖泊中清除藻华的尝试一直没有成功，其技术定位为应急措施。 潘纲等[11]通过改性黏土的快速除藻除浊作用启动并强化沉积物中的生物地球化学反应使其自动地进行长期连锁的健康修复过程，发展了既能快速消除水华又能长期治理湖泊富营养化的一系列改性黏土技术。通过对26种不同黏土与藻细胞之间多项絮凝性质的研究发现高效黏土絮凝除藻的黏土架桥网捕作用，根据上述科学发现在架桥网捕性能方面对黏土进行改性，结果改性后的黏土不仅特别适合于淡水藻华的清除，而且黏土的投入量也从国际先进的200mg/l，降到了10mg/l，除藻效率达到95％以上。这种环境友好的天然改性剂可以使各种原先不具有除藻能力的当地黏土/沉积物变成高效除藻剂。 3．化学除藻剂
第37卷第5期 2009年10月气 象 科 技M ETEOROLO GICAL SCIENCE AND TECHNOLO GY Vol.37,No.5Oct.2009 MOD IS 遥感监测滇池蓝藻水华分布 鲁韦坤1 谢国清1 余凌翔1 杨树平2 (1云南省气候中心,昆明650034;2昆明市环境监测中心,昆明650032) 摘要 以中分辨率的MODIS 数据作为遥感影像源,运用蓝藻水华在蓝波段、红波段和近红外波段的光谱特征,使用假彩色合成法(R G B :62221)和归一化植被指数法对滇池的蓝藻水华进行遥感监测。通过星地同步试验,证明了该两种方法的正确性。其中假彩色合成法通过色彩差异表现蓝藻水华,具有视觉效果较好的优点,归一化植被指数法则以数值大小的方式区别水华浓度,该方法建立反演模型后可用于定量研究。 关键词 假彩色合成 植被指数 星地同步 MODIS 蓝藻水华 中国气象局滇池蓝藻监测项目和昆明市环境监测中心滇池蓝藻监测项目资助 作者简介:鲁韦坤,男,1979年生,硕士,主要从事环境遥感方面的研究,Email :luweikun @hot https://www.doczj.com/doc/7c13932606.html, 收稿日期:2008年10月30日;定稿日期:2009年6月11日 引言 应用TM 等高分辨率卫星监测滇池蓝藻水华 的技术已经比较成熟,早在1989年渤海湾发生赤潮 时就发现赤潮水体和清洁水体及浑浊水的TM 影 像在TM3和TM4波段存在灰度差异,由于赤潮生 物的叶绿素a 在红光区的吸收作用,其TM3的反 射率低于浑浊海水,而且在TM4波段的反射率下 降比浑浊海水的慢。从处理得到的影像看,渤海西 部沿海几乎全是程度不等的红色区[1～2]。但由于高 分辨率卫星具有重访周期较长、数据昂贵等缺点,不 可能用于日常监测。新型卫星遥感数据的出现,如 MODIS 影像,给内陆水体的水质遥感监测提供了新 的机遇。MODIS (中分辨率成像光谱仪)是Terra 和Aqua 卫星上载有的重要传感器,其星下点空间 分辨率可为250m 、500m 或1000m ,每天过境4 次,其中2次白天,而且过境时间相差不大,增强了 影像的可比性。MODIS 数据具有从可见光到热红 外的36个光谱通道,加之较高的辐射分辨率(12 bit ,TM 图像8bit ),使其已成为内陆较大湖泊水 质遥感监测最有潜力的数据源之一[3]。 1 滇池蓝藻水华概况滇池为地震断层陷落型的湖泊,南北长39km , 东西最宽为13km 。湖岸线长163.2km ,面积为306.3km 2,容水量为15.7亿m 3,流域面积2920km 2。自20世纪80年代以来,入湖污染物不断增加,富营养化日趋严重,导致湖内蓝藻大量繁殖。1992年蓝藻水华大面积暴发,造成鱼类死亡,从此滇池蓝藻水华问题日益严重。滇池蓝藻一般于每年的4～11月大量繁殖、富集,此时由于滇池流域盛行西南风,外海常年形成逆时针环流,受风向、风浪及水体的环流影响,浮于水面的蓝藻“水华”被源源不断地输送到滇池北部,特别是海埂、草海大堤、大观河入滇池河道一带。因湖水富营养化引起的蓝藻水华频繁暴发,破坏了滇池生态系统的总体平衡,严重降低了滇池的使用功能[4～5]。2 技术路线和方法2.1 滇池蓝藻水华监测的原理和方法蓝藻的遥感监测是基于蓝藻的光谱效应,蓝藻个体呈绿色,当气候条件适宜时,大量蓝藻聚集后便形成覆盖在水面上的绿油漆状水华,由于水华的蓝藻浓度和聚集的厚度不同,致使水体颜色、密度、透明度等产生差异,导致水体的反射能量发生变化,进而在遥感图像上反映为色调、灰阶、形态、纹理等特征的差别,利用这一特性,并选择恰当的蓝藻水华响 应波段,就可识别蓝藻分布的范围、面积等[6～7]。 2.2 数据预处理卫星地面站接收的MODIS 数据在星地通公司
水体蓝藻水华的成因及控制措施 近年来，水体富营养化现象日趋严重。水体富营养化导致藻类异常增殖形成水华，使水体腥臭难闻，溶解氧减少，大量鱼类死亡，严重影响了水体的功能，改变了水生态环境，危害到周围居民的身体健康，影响国家、社会、经济的可持续发展。我国的许多水体已受到富营养化的严重威胁，且水华的影响范围和程度有加重的趋势。因此，认识藻类水华的形成原因，并寻求有效的防治措施刻不容缓。 1.蓝藻水华的成因 (1) 营养物质与藻类水华 丹麦著名生态学家Jorgensen 指出浮游藻类的生长是富营养化的关键过程，着重研究氮、磷负荷与浮游藻类生产力的相互作用和关系。总磷、总氮等营养盐相对充足，能给水生生物( 主要是藻类) 大量繁殖提供丰富的物质基础，导致浮游藻类( 或大型水生植物) 爆发性增殖。通常认为总氮的浓度超过0.2 mg /L，总磷的浓度超过0.02 mg /L 是湖泊、水库富营养化的发生浓度．美国EPA 建议总磷浓度0.05 mg /L，正磷酸盐浓度0.025 mg /L 是湖泊和水库磷浓度的上限。天然水体中的藻类进行光合作用，合成本身的原生质，临界的氮磷比按重量计为7：1，当氮、磷比小于7∶1 时，氮将限制藻类的增长，否则，磷则可认为是藻类增长的限制因素。 (2) 气象因素 在营养物质充分的条件下，光照强烈、水流缓慢、适合的水温最适宜藻类生长，其产生的污染有较强的空间差异性。 (3) 水生食物链失衡 从本质上来说，水体藻类暴发是水中营养物质过剩导致生物物种失衡的过程，是一个环境改变而导致的生物过程，要更多地从生物学的角度来考虑。自然水域中存在水生食物链，各能量层次的生物通过捕食关系而紧密联系，相互间的影响也更大。如果食浮游生物的鱼类数量减少或能力降低，将使水藻生长量超过消耗量，平衡被打破，发生富营养化。该理论说明营养负荷的增加不是导致营养化的
南京师范大学 研究生课程学习考试成绩单 （试卷封面） 任课教师签名： 批改日期： 注： 1、以撰写论文为考核形式的，填写此表，综合考试可不填； 2、本成绩单由任课老师填写，填好后与作业（试卷）一并送院（系）研究生秘书处； 3、学位课总评成绩须以百分制记分。
蓝藻水华的危害及其治理 姓名:刘畅,学号:121202008.学院:生命科学学院 摘要:水体富营养化是目前世界各国所面临的重大环境问题。水体富营养化带 来的一个突出的问题是蓝藻水华的暴发。大规模的蓝藻水华降低了水资源利用效能，引起严重的生态破坏及巨大的经济损失，而蓝藻毒素的产生给公众健康带来极大危害。有关蓝藻毒素中毒的事件也时有报道。引起蓝藻水华的种类主要有微囊藻（Microcystis）、鱼腥藻（Anabaena）、鞘颤藻（Lyngbya）、束丝藻（Aphanizomenon）、颤藻（Oscillatoria）。本文简要概述了蓝藻水华的危害及其治理现状。 关键词：蓝藻水华危害治理 The harmful of water blooms and its management Abstract:The water eutrophication is the serious environment problem that all the countries are faced with it. The water eutrophication brings the outbreak of water blooms. The scale of the water blooms reduces the efficiency of water usage , cause serious ecological destruction and huge economic losses, and the algae toxin production brings great harm to the public health . The algae toxin poisoning event is also reported. The species cause water blooms are mainly Microcystis, Anabaena, Lyngbya , Aphanizomenon, Oscillatoria. This paper briefly summarizes the harmful of water blooms and its present management situation. Key wards: water blooms, damage, management 1 蓝藻及蓝藻水华 蓝藻是一类极其古老、微小的原核生物，又称蓝细菌，是一种全球广泛存在的原核生物，无色素体、细胞核等细胞器，原生质体分为外部色素区和内部无色中央区，色素区含有叶绿素a，细胞可以进行光合作用（李建宏，1997），繁殖为无性繁殖。蓝藻在其长达三十多亿年的进化过程中，形成了一套独特的形态和生理代谢机制（陈飞勇，2008）。一旦环境条件适宜，其就快速生长繁殖，并在短时间内成为优势种群，当其生长达到一定的生物量时，他们便在水体表层聚集，形成水华。长期的进化形成了极强的生态竞争优势，在适合的环境条件下即可获得最大生长率，并以指数级迅速增长。研究发现蓝藻具有自我强化机制作用的生态生长调节素，可使其产生尽可能多的后代，从而使产毒菌株密度增加，获得竞争优势，形成种类少而数量大的蓝藻水华。 水华（water bloom）是指在富营养化的河流、湖泊及池沼等淡水域中，在一定的营养、气候、水文条件和生物环境下，由于氮、磷等营养元素过多，导致某些藻类的异常增殖，在水体表层大量聚集成肉眼可见的蓝绿色藻层，呈油状厚厚地覆盖于水面的污染现象(王为东，2001)。常见的水华藻种多属蓝藻门，有微囊藻、鱼腥藻、颤藻、束丝藻、念珠藻等（汪育文，2007）。其中以铜绿微囊藻在数量和发生上占绝对优势。
环境一号卫星CCD 数据在太湖蓝藻水华遥感监测中的应用 金焰,张咏,牛志春,姜晟 (江苏省环境监测中心,江苏 南京 210036) 摘 要:利用环境一号卫星(H J-1)CCD 数据,对太湖水华进行遥感监测,并比对同时相的EOS /MOD IS 卫星遥感数据。结果表明,H J-1星CCD 数据具有优于EO S /M OD IS 数据的蓝藻水华识别能力,并有良好抗云层干扰能力,适合用于太湖蓝藻水华应急监测。 关键词:环境一号卫星;宽覆盖多光谱可见光相机数据;蓝藻水华;遥感监测;太湖中图分类号:X 87 文献标识码:B 文章编号:1006-2009(2010)05-0053-04 Application of Environ m ental Satellite H J -1CCD D ata for Cyanobacteria B l oo m R e m ote Sensi ng i n Tai hu L ake JI N Yan ,ZHANG Yong ,N I U Zh i chun ,JI A NG Sheng (J i a ng s u Environm entalM onitori n g Center ,N anjing,J iangs u 210036,Ch i n a) Abst ract :Re m ote sensi n g m on itori n g of cyanobacteria b l o o m in Ta i h u Lake w ith env ironm ental satelliteH J 1CCD data w as descri b ed .Co m pared w ith EOS /MODI S data ,resu lts show ed thatH J 1CCD data w asm ore su it able for cyanobacteria b loo m recognition i n e m ergency m on itor i n g than that of EOS /M OD I S did and had better capab ility o f anti i n terference w hen it w as cloudy . K ey w ords :Env ironm en tal sa tellite H J 1;CCD data ;C yanobacteria bloo m ;Re m ote sensi n g m on itor i n g ;Taihu Lake 收稿日期:2010-03-18;修订日期:2010-07-22基金项目:国家科技支撑基金资助项目(2008BAC34B07)作者简介:金焰(1982 ),男,江苏南京人,助理工程师,硕士,从事环境遥感监测工作。 2008年9月,我国首个环境与灾害监测预报小卫星星座环境一号A 、B (H J-1)成功发射。卫星的主要任务是对灾害、生态破坏、环境污染进行大范围、全天候、全天时动态监测,为紧急救援、灾害救助及恢复重建提供科学依据 [1] 。针对太湖蓝 藻水华灾害,遥感监测以美国地球观测系统中分辨率成像光谱仪(EOS /M OD I S)数据为主,其开展蓝藻水华信息提取基于空间分辨率为250m 的1通道、2通道 [2] ,形成了多种蓝藻水华信息的提取方法 和研究手段[3-5] ,其中江苏省环境监测中心采用较 为成熟的归一化植被指数(NDV I)结合目视解译,并辅助以实地巡测验证的方法,形成业务化运行体系,在太湖蓝藻预警工作中发挥了巨大作用 [6-8] 。 EOS /MOD I S 数据的空间分辨率较低,限制了对 当日蓝藻形势作细致分析,在提取蓝藻水华信息时易被薄云、水生植被等因素干扰,在云层干扰严重情况下无法准确判断蓝藻发生状况。现利用环境一 号卫星中分辨率宽覆盖多光谱可见光相机(H J-1CCD)数据,开展太湖蓝藻水华遥感监测研究。1 环境一号卫星CCD 传感器性能 环境与灾害监测预报小卫星星座由2颗光学 小卫星和1颗合成孔径雷达小卫星构成,分别称为环境一号A 星(H J-1-A )、环境一号B 星(H J-1-B)和环境一号C 星(H J-1-C )。其中已发射的H J-1-A 光学有效载荷为2台宽覆盖多光谱可见光相机和1台超光谱成像仪,H J-1-B 光学有效载荷为2台宽覆盖多光谱可见光相机和1台红外相机,而未发射的H J-1-C 有效载荷为合成孔径雷达。相对于其他中高分辨率卫星传感器,环 第22卷 第5期环境监测管理与技术2010年10月