太湖富营养化与蓝藻水华引起的饮用水危机——原因与对策
摘要】 2007年5月份发生在无锡太湖蓝藻水华引起的自来水危机事件进一步凸现我国湖泊富营养化的严峻局面和蓝藻水华频发的现状。从分析太湖富营养化发生、发展,蓝藻水华爆发的原因和机制入手,提出湖泊富营养化治理和蓝藻水华控制的途径和措施。研究表明,太湖富营养化之所以如此严重而且治理起来异常艰难,主要是由于太湖发育于长江中下游洪泛平原,营养本底高;由于水浅和沉水植被的退化使得频繁的风浪扰动造成内源营养盐负荷维持在一个非常高的水平;而流域内社会经济的高速发展,进一步加剧了太湖富营养化进程。蓝藻水华爆发一方面与蓝藻本身的生理特征有关,如固碳、伪空泡、光吸收及营养盐利用的能力;另一方面则与系统内物理、化学、生物环境有关,如独特的浅水湖泊水下光场结构和低的捕食压力。太湖的富营养化治理需遵循控源截污、湖泊生态修复和流域管理的原则,具体措施包括前置库和人工湿地的面源污染物控制技术;物理机械和生物去除内源营养盐削减技术;沉水植被恢复的湖泊生态修复技术。而蓝藻水华的控制技术则包括围隔拦截和导流的物理工程方法、絮凝沉降和抑藻物添加的化学工程方法以及生态浮床和生物操纵的生态工程方法。具体使用时,需要先诊断、后治理。
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蓝藻是一种分布广、适应性很强的藻类。环境污染，水源污染，蓝藻在很多地方都可以看到。那么，爆发蓝藻的原因有哪些?下面就由我告诉大家分析爆发蓝藻的原因吧!
1.分布广：蓝藻在自然界分布很广，是最原始、最古老的藻类，喜欢生活在有机质丰富且pH值较高的水体中，喜高温，主要在淡水中生长，成为淡水中重要的浮游植物，在温暖的季节里常大量繁殖形成“水华”。在我国南方几乎一年四季都可以见到由蓝藻形成的“水华”。在盐碱水中蓝藻较多。
2.适应性强，可在极端不良的环境中出现。对温度、盐度升高，照度、养分、溶氧下降及硫化氢出现等不良环境有较强的耐性。
3.蓝藻类有些种类具有固氮能力，特别是具有异形胞的种类，能够利用空气中的氮气合成自身需要的氮肥，从而改变水体中的氮磷比，所以蓝藻的发生和水体的营养元素比例失衡有很大关系。
4.浮游种类喜高温、强光、高pH和含氮高、有机质丰富的静水水体。因而符合上述条件的虾池易引起蓝藻爆发。
5.形成水华的蓝藻主要有：微囊藻、鱼腥藻、色球藻、螺旋藻、拟项圈藻、腔球藻、尖头藻、颤藻、裂面藻、胶鞘藻、节球藻、束毛藻等十多个属。其中微囊藻水华极为常见，它是水体富营养化的标志，蓝藻水华发生时，散发腥臭味，夜间大量消耗水中溶解氧，死亡后产生羟氨或硫化氢，对水生动物有毒，破坏生态平衡，危害渔业，也使水的其他利用价值降低。
1.在一些营养丰富的水体中，有些蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫，称为“水华”，例如微囊藻夏荤高温季节大量繁殖，在水体表层形成一层厚厚的类似于油漆样的物质。大规模的蓝藻爆发，被称为“绿潮”(和海洋发生的赤潮对应)。绿潮引起水质恶化，严重时耗尽水中氧气而造成鱼虾类的死亡。更为严重的是，蓝藻中有些种类(如微囊藻)还会产生毒素(简称MC)，大约50%的绿潮中含有大量MC。MC除了直接对鱼虾类、人畜产生毒害之外，也是肝癌的重要诱因。
2.蓝藻繁殖过盛会抑制 其它 藻类生长，造成溶氧、pH值等昼夜变化剧烈，不适宜虾类生长发育。
3.有的种类繁殖过盛(形成湖靛)，死亡后发出一股难闻的腥臭味，消耗大量氧气，同时分解后产生毒素，败坏水质，引起鱼虾生病或大量死亡。
4.蓝藻发生是水体富营养化和水体污染的指标生物(如褐色管孢藻是清水的指示生物，泥生颤藻则是水体污染的指示生物)。
以上几点，都会造成虾的食欲降低，免疫力下降，并且由于大部分蓝藻其外层都有一层胶被，不易消化，虾误食后容易引起胃肠道疾病。
发生蓝藻水华，主要原因是水体聚集了过多的富营养物质。水体富营养化可细分为天然富营养化与人为富营养化。天然富营养化是指湖泊营养物质的天然富集，需要千年甚至万年的演化过程。目前出现的蓝藻迸发主要原因是人为富营养化造成的随着人类对环境资源的开发利用活动日益增加，工业的发展以及乡村人口的高度集中，大量含有污染物质的工业废水和生活污水未经适当处置便排入水体，使水体中氨氮、磷以及有机污染物等耗氧物质浓度的升高，增加了水中的营养物质的负荷量。
1.常规方法
①沿池边泼洒杀藻剂 一般为含氯制剂或硫酸铜、络合铜等铜制剂，此法有一定的效果，但缺点是对南美白对虾的刺激大，尤其是铜制剂会抑制虾的生长;另外一旦用量过大，容易造成转水，而且蓝藻大量死亡后分解产生的毒素进一步加剧了对虾的危害，易引起事故发生。
②大量进水 一些养殖户在生产中发现，有时通过大量换水(尤其是河水)可以使蓝藻死亡。其实原理很简单，由于蓝藻适应新环境的能力较差，换水后水环境突然改变，引起不适，从而大量死亡，造成人为的转水。
此法的缺点是首先存在很大的偶然性，并不是每次进水都有效。其次，水中各项指标的突然变化同样会引起南美白对虾的应激反应，造成虾的免疫力急剧下降并发生不正常蜕壳，在蜕壳期间极易感染各种病害。再者，所进水源因没有经过任何处理，含有大量致病菌、重金属元素等有害物质，改变了水体的生态平衡。所以此法不建议使用。
③其他方法 一些养殖户通过混养部分花鲢、罗非鱼的方法，利用花鲢控制枝角类的数量，利用罗非鱼吃掉部分蓝藻及病虾，防止病害发生，起到一定的效果。但在具 体操 作时应注意放养密度，防止密度过大引起缺氧。
2.有效方法
①控制轮虫、枝角类的数量，防止其吃掉小型有益藻类。
②从藻类繁殖所需的营养成分人手，肥水时尽量使用含有复合硅营养元素的肥水产品。蓝、绿藻对硅肥吸收速度慢而单细胞藻类(如硅藻)吸收较快，水肥起来时单胞藻类(如硅藻)占优势，适当控制了蓝、绿藻的繁殖。
③用微生物制剂抑制蓝藻的繁殖。一些复合菌中含有多种有益微生物，通过生态竞争，平衡氮磷比例;通过大量繁殖，和蓝藻争夺营养，抑制其光合作用，减缓蓝藻繁殖速度，同时稳定pH值;通过分泌胞外活性产物来抑制蓝藻的繁殖。所有这些都可以有效控制蓝藻的发生。
④加大肥水力度，无论在防治还是治疗蓝藻上，在施用活菌制剂的基础上，一定要加大肥水力度，平衡水体营养元素，从而加快有益藻类的繁殖，使其尽快成为优势种群，抑制蓝藻的繁殖。
⑤注意引进有益藻类。对于有益藻类较少的池塘，可采取引进含有硅藻、绿藻丰富的水20 - 30 cm，然后施用专用生物肥，少量多次，抑制蓝藻繁殖。
⑥经常换水。利用蓝藻对环境的改变适应能力弱的特点，采用经常换水的方法，保持水质清新，抑制蓝藻的大量繁殖，防止蓝藻水华的形成。换水时需要注意的是：要抽取蓝藻比较集中的下风处表层水，似最大限度的降低蓝藻数量。
⑦用絮凝剂在蓝藻集中的地方泼洒，降低蓝藻的密度。
实践证明，只要上述方法使用得力，就会很好地控制蓝藻的爆发，减少蓝藻对南美白对虾的伤害。
据物理学家组织网报道，美国加州大学戴维斯分校的化学家通过基因工程对蓝藻进行了改造，使其能生产出丁二醇，这是一种用于制造燃料和塑料的前化学品，也是生产生物化工原料以替代化石燃料的第一步。相关论文发表在2013年1月7日的美国《国家科学院学报》上。
论文领导作者、加州大学戴维斯分校化学副教授渥美翔太(音译)说：“大部分化学原材料都是来自石油和天然气，我们需要其他资源。”美国能源部已经定下目标，到2025年要有1/4的工业化学品由生物过程产生。
生物反应都会形成碳—碳键，以二氧化碳为原料，利用阳光供给能量来反应，这就是光合作用。蓝藻以这种方式在地球上已经生存了30多亿年。用蓝藻来生产化学品有很多好处，比如不与人类争夺粮食，克服了用玉米生产乙醇的缺点。但要用蓝藻作为化学原料也面临一个难题，就是产量太低不易转化。
研究小组利用网上数据库发现了几种酶，恰好能执行他们正在寻找的化学反应。他们将能合成这些酶的DNA(脱氧核糖核酸)引入了蓝藻细胞，随后逐步地构建出了一条“三步骤”的反应路径，能使蓝藻将二氧化碳转化为2,3丁二醇，这是一种用于制造涂料、溶剂、塑料和燃料的化学品。
渥美翔太说，由于这些酶在不同生物体内可能有不同的工作方式。在实验测试之前，无法预测化学路径的运行情况。经过3个星期的生长后，每升这种蓝藻的培养介质能产出2.4克2,3丁二醇——这是迄今将蓝藻用于化学生产所达到的最高产量，对商业开发而言也很有潜力。
渥美翔太的实验室正在与日本化学制造商旭化成公司合作，希望能继续优化系统，进一步提高产量，并对其他产品进行实验，同时探索该技术的放大途径。
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蓝藻是最简单、最原始的单细胞生物，所有的蓝藻都是单细胞生物，那么你对蓝藻的形成了解多少呢?下面就让我来给你科普一下蓝藻是如何形成的。
蓝藻(lanzao)即蓝藻门，又称蓝绿藻。是一门最原始、最古老的藻类植物。其主要特征是：植物体简单，单细胞，各式群体和丝状体;细胞中无真核，但细胞中央含有核物质，通常呈颗粒状或网状，没有核膜和核仁，具有核的功能，故称其为原核。正因如此，近代大多数学者主张将蓝藻从植物界中分出来，和具原核的细菌等一起，单立为原核生物界。蓝藻不具叶绿体、线粒体、高尔基体、内质网和液泡等细胞器，含叶绿素a，无叶绿素b，含数种叶黄素和胡萝卜素，还含有藻胆素(是藻红素、藻蓝素和别藻蓝素的总称)。一般说，凡含叶绿素a和藻蓝素量较大的，细胞大多呈蓝绿色。同样，也有少数种类含有较多的藻红素，藻体多呈红色，如生于红海中的一种蓝藻，名叫红海束毛藻，由于它含的藻红素量多，藻体呈红色，而且繁殖的也快，故使海水也呈红色，红海便由此而得名。蓝藻虽无叶绿体，但在电镜下可见细胞质中有很多光合膜，叫类囊体，各种光合色素均附于其上，光合作用过程在此进行。蓝藻的细胞壁和细菌的细胞壁的化学组成类似，主要为粘肽;贮藏的光合产物主要为蓝藻淀粉和蓝藻颗粒体等;生活史中均无具鞭毛的细胞;繁殖方式有两类，一为营养繁殖，包括细胞直接分裂(即裂殖)、群体破裂和丝状体产生藻殖段等几种方法，另一种为某些蓝藻可产生内生孢子或外生孢子等，以进行无性生殖。目前尚未发现蓝藻有真正的有性生殖。蓝藻在地球上大约出现在距今35～33亿年前，现在已知约1500多种，分布十分广泛，遍及世界各地，但主要为淡水产。有少数可生活在60～85℃的温泉中，有些种类和真菌、苔藓、蕨类和裸子植物共生。有不少蓝藻可以直接固定大气中的氮，以提高土壤肥力，使作物增产;还有的蓝藻为人们的食品，如著名的发菜和普通念珠藻(地木耳)等。但在一些营养丰富的水体中，有些蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫，称为“水华”，甚至有些种类还会产生一些毒素，加剧了水质恶化，对鱼类等水生动物，以及人、畜均有很大危害，严重时会造成鱼类的死亡。
爆发条件;蓝藻是一种水生生物，在湖水遭到严重有机污染，氮、磷含量超标呈重富营养化状态下，再遇上适宜的温度(气温在18摄氏度左右)等条件，蓝藻就可能爆发疯长。蓝藻其实呈绿颜色，大量浮藻覆盖在水面上像一层粘糊糊的“绿油漆”，专家们为它取了个靓丽的名称——蓝藻水华。水华爆发时，水中的溶解氧被蓝藻大量消耗，鱼类等其他水生生物因缺氧而死亡，水体不仅变了颜色，还有臭味。长期如此，湖泊失去了功能，成为死湖。
蓝藻不具叶绿体、线粒体、高尔基体、中心体、内质网和液泡等细胞器，唯一的细胞器是核糖体。含叶绿素a，无叶绿素b，含数种叶黄素和胡萝卜素，还含有藻胆素(是藻红素、藻蓝素和别藻蓝素的总称)。一般说，凡含叶绿素a和藻蓝素量较大的，细胞大多呈蓝绿色。同样，也有少数种类含有较多的藻红素，藻体多呈红色，如生于红海中的一种蓝藻，名叫红海束毛藻，由于它含的藻红素量多，藻体呈红色，而且繁殖的也快，故使海水也呈红色，红海便由此而得名。蓝藻虽无叶绿体，但在电镜下可见细胞质中有很多光合片层，叫类囊体，各种光合色素均附于其上，是含有色素的膜性结构，大大增加了细胞内的膜面积，该结构的主要功能是：进行光合作用。
蓝藻的细胞壁和细菌的细胞壁的化学组成类似，主要为肽聚糖(糖和多肽形成的一类化合物);贮藏的光合产物主要为蓝藻淀粉和蓝藻颗粒体等。细胞壁分内外两层，内层是纤维素的，少数人认为是果胶质和半纤维素的。外层是胶质衣鞘以果胶质为主，或有少量纤维素。内壁可继续向外分泌胶质增加到胶鞘中。有些种类的胶鞘很坚密拌可有层理，有些种类胶鞘很易水化，相邻细胞的胶鞘可互相溶和。胶鞘中可有棕、红、灰等非光合作用色素。蓝藻的藻体有单细胞体的、群体的和丝状体的。最简单的是单细胞体。有些单细胞体由于细胞分裂后子细胞包埋在胶化的母细胞壁内而成为群体，如若反复分裂，群体中的细胞可以很多，较大的群体可以破裂成数个较小的群体。有些单细胞体由于附着生活，有了基部和顶部的极性分化，丝状体是由于细胞分裂按同一个分裂面反复分裂、子细胞相接而形成的。有些丝状体上的细胞都一样，有些丝状体上有异形胞的分化;有的丝状体有伪枝或真分枝，有的丝状体的顶部细胞逐渐尖窄成为毛体，这也叫有极性的分化。丝状体也可以连成群体，包在公共的胶质衣鞘中，这是多细胞个体组成的群体。
蓝藻是最早的光合放氧生物，对地球表面从无氧的大气环境变为有氧环境起了巨大的作用。有不少蓝藻(如鱼腥藻)可以直接固定大气中的氮(原因：含有固氮酶，可直接进行生物固氮)，以提高土壤肥力，使作物增产。还有的蓝藻为人们的食品，如著名的发菜和普通念珠藻(地木耳)、螺旋藻等。
据物理学家组织网报道，美国加州大学戴维斯分校的化学家通过基因工程对蓝藻进行了改造，使其能生产出丁二醇，这是一种用于制造燃料和塑料的前化学品，也是生产生物化工原料以替代化石燃料的第一步。相关论文发表在2013年1月7日的美国《国家科学院学报》上。
论文领导作者、加州大学戴维斯分校化学副教授渥美翔太(音译)说：“大部分化学原材料都是来自石油和天然气，我们需要其他资源。”美国能源部已经定下目标，到2025年要有1/4的工业化学品由生物过程产生。
生物反应都会形成碳—碳键，以二氧化碳为原料，利用阳光供给能量来反应，这就是光合作用。蓝藻以这种方式在地球上已经生存了30多亿年。用蓝藻来生产化学品有很多好处，比如不与人类争夺粮食，克服了用玉米生产乙醇的缺点。但要用蓝藻作为化学原料也面临一个难题，就是产量太低不易转化。
研究小组利用网上数据库发现了几种酶，恰好能执行他们正在寻找的化学反应。他们将能合成这些酶的DNA(脱氧核糖核酸)引入了蓝藻细胞，随后逐步地构建出了一条“三步骤”的反应路径，能使蓝藻将二氧化碳转化为2，3丁二醇，这是一种用于制造涂料、溶剂、塑料和燃料的化学品。
渥美翔太说，由于这些酶在不同生物体内可能有不同的工作方式。在实验测试之前，无法预测化学路径的运行情况。经过3个星期的生长后，每升这种蓝藻的培养介质能产出2。4克2，3丁二醇——这是迄今将蓝藻用于化学生产所达到的最高产量，对商业开发而言也很有潜力。
