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一疯之言: 蓝藻治理思路错了么? ————综述论文稿片段 精选

已有 4528 次阅读 2016-6-14 08:21 |系统分类:观点评述

1 蓝藻水华的历史与成因

   蓝藻出现于35-33亿年前,是最古老最原始的原核藻类,具有强的适应环境的能力。Kershaw等报道了发现于重庆北碚老龙洞二叠系-三叠系界线地层附近的树枝状微生物岩[1],后经Wu等分析后认为这种岩石是二叠纪大灭绝时期的微囊藻爆发留下的模铸化石[2],这一最直接的证据充分表明在2.5亿年前水华现象就已出现。藻磷块岩成因分析中,藻类富集磷转变为有机磷,后藻体腐解转变成丰富无机磷的观点[3],从一个侧面反映了存在赤潮/水华的宏观机理。因此,对于地球来讲,蓝藻水华并不是偶然事件,而是在漫长的地质时期经常会有而且有其作用的现象。目前较常见且影响较大的是淡水水体微囊藻爆发和海水水体赤潮(如米氏凯伦藻等爆发)两类。

根据诸多水华爆发事件研究及蓝藻培育资料,宏观尺度上认为藻类爆发主要取决于限制性营养元素(磷、氮)、微量元素(硼、锰、锌、铜、钴、镁、钼等土壤与水体中常见的元素)、部分微生物代谢物等、光热、竞争、天敌等。蓝藻繁殖成为优势种后在水面聚集及光氧化死亡,会破坏原先水体的光、溶解氧正常分布,部分蓝藻在复苏、上浮、繁殖期(5-8月)还分泌大量藻毒素导致水体恶化和正常水生态的破坏。

依据宏观尺度的热力学分析相应的淡水蓝藻水华治理思路为:磷氮总量控制为本,应从流域到区域整体性控制营养盐输入。但目前存在问题是:通常认为Redfield比(磷氮比1:16)以及富营养化标准(P0.02mgl-1N0.3mgl-1)在很多实验和现场观察中并不符合蓝藻水华爆发的实际情况http://xueshu.baidu.com/s?wd=paperuri:(4d9a0b6deb0a995f21282fe510df65d4)&filter=sc_long_sign&sc_ks_para=q%3D%E6%B0%AE%E7%A3%B7%E6%AF%94%E5%AF%B9%E6%B0%B4%E5%8D%8E%E8%93%9D%E8%97%BB%E4%BC%98%E5%8A%BF%E5%BD%A2%E6%88%90%E7%9A%84%E5%BD%B1%E5%93%8D&tn=SE_baiduxueshu_c1gjeupa&ie=utf-8;进而,在鱼塘等大部分富营养化养殖水体观测中发现,磷氮比和磷氮阈值与水体优势藻类并未有明显的相关。而更多与磷氮形态、有机物、溶解氧与光照等有关,且大量疑问尚未解决。由于大型水体营养因子分布及生物种群必然的不均匀性,这意味着从传统的热力学(水体营养因子阈值)常规分析,并不能有效解释蓝藻爆发机理并推导出合理的蓝藻治理策略。

从小尺度上看:无论是从时间尺度,还是空间尺度上看,蓝藻在水体中增殖与爆发都是一个连续的过程,在表观上表现为一定的阶段性。蓝藻水华的发生可划分为四个阶段,即休眠、诱发、增殖、聚集/上浮[4]。前三个阶段均发生于水体底层/底泥表面,而第四阶段则是通常所讲的“水华”阶段。

对于蓝藻成熟个体,即水华阶段的动力学途径本文认为如下:

1)在伪空胞或胶质囊作用下,微藻团可根据生态因子分布状况进行主动小尺度上下行的慢速迁移趋避。

2)在代谢产生氧气气泡作用下,微藻团被动携带气泡进行上行中尺度的快速迁移。

3)在风浪与内部水流剪切携带作用下微藻群体被动大尺度地快速漂移。

三个动力学途径共存。对于微囊藻来说:


   从微囊藻大尺度快速漂移的角度来看,微囊藻在接近水面时以高强度的被动迁移模式为主,风浪通过剪切分离微藻团代谢氧气气泡和推动藻体迁移起作用。二者互相作用可解释微囊藻在水域尺度中在不同风力状况下的多种局部富集现象,以及较强水下流的水体(如江河)不易出现藻类聚集形成水华的现象。

   从微囊藻慢速自主迁移的角度来看,有伪空胞的微囊藻在营养物质合成——呼吸消耗中产生了密度的差异,据此推导不同的生态因子丰度和分布状况将明显影响其自主迁移能力。由此可解释日常观察到的不同富营养化平静水体中微囊藻的昼夜垂直迁移行为相应不同、衰老死亡蓝藻上浮水面等现象。

从代谢氧气气泡携带快速迁移的角度来看,理论上水体内各种微尺度湍流剪切、pH值与水表面张力、粘度状况、微囊藻群体状况等也明显干扰蓝藻氧气气泡的稳定性,从而对氧气气泡携带微囊藻上行被动迁移行为形成巨大影响。此分析可部分解释PH值和盐度/表面活性物质、气候与降雨、微尺度湍流等对微囊藻在水体分布的巨大影响。


从微囊藻成熟个体结构上看:微囊藻团可通过表面糖蛋白层固定氧气气泡和提高风浪迁移的强度,规避浮游动物捕食以及包埋微生物以便获得其分解产物——无机态磷氮等。但无法排除代谢氧气会使藻团依靠伪空胞破裂——组装和代谢氧气气泡的上浮机制失控导致光氧化死亡。


从水华动力学角度上,仅能推导出一系列的中小尺度物理化学应急修复技术如:沉藻(加重藻团,如粘土、各种附加絮凝功能的矿物组合如硅藻土、红壤等、絮凝剂+粘土等,以及明矾石粉、微溶性钙镁矿物等以规避蓝藻重新上浮)、浮藻(如陈楷翰等纤维增韧絮凝自气浮发明专利系列与药剂飞播技术结合,以及不耐水面风浪强湍流剪切的现有其他气浮技术)+捕捞、冬季钝化和封闭底泥除藻(利用藻下沉过冬)、各种直接物理和化学杀藻技术、水文技术拦截和富集藻(如扰流坝或扰流隔网富集等)。上述推导结果已大部分被该领域学者提出

各种中小尺度修复技术还存在着尺度衔接的问题,例如:由于水的对流,造成传统投药、捕捞时候,大水体除藻效率远远低于实验室微型水体;由于捕食者的迁移,导致大型水体生物除藻效率远低于实验室微型水体;由于营养物质分布的不均匀性,导致湖湾区营养盐浓度远高于整个水体;水华生物治理技术可认为通过热力学和动力学双重影响,通过生态学原理多尺度系统性地作用于蓝藻水华问题等等。

各种中小尺度修复技术还存在系统上行、平行下行自然节点的问题,例如:絮凝剂改性粘土沉藻后,对水体的优劣影响严重受制于水文影响导致使用边界条件很狭窄等。

各种中小尺度修复技术还存在系统上行、并行与下行经济、人文节点问题

综上分析,水华治理实际上涉及多个尺度的技术(自然)、经济(社会)、人文(思维)管理调度,且节点的非平衡态热力学动力学部分难以使用传统理论推演,这导致无法使用传统的,带有浓重静态和近似性质的生态工程学进行分析,也较难使用静态平衡态性质生态学学科的思路进行精确厘定这相应需要借助构建一个全新的三维度系统性生态工程体系(自然生态、经济生态、人文生态)进行分析,由此本文提及广义生态工程视角,以便在此基础上,对异常复杂的蓝藻水华问题进行合理简化并推导出适用技术组合。


______广义生态工程学视角

———蓝藻水华爆发新假说

———现有蓝藻治理技术分析

———基于广义生态工程学视角优化下,一套蓝藻治理新技术组合。


     广义生态工程学雏形的四大部分构成,将在后续逐渐以论文方式推出,可能每次就一个点,可能夹杂部分文科论文,都难说,看第一炮反响如何了。

     让我个扫地看门的实验员疯一把吧,4年不写论文,全靠专利顶过科研工作量,终于憋不住了。对不起,H T 奥德姆先生,我知道学术界最恨捣乱,但没办法,好像你错了。



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