Вредное цветение водорослей ( ВЦВ ), или чрезмерный рост водорослей , представляет собой цветение водорослей , которое оказывает негативное воздействие на другие организмы путем выработки естественных токсинов, вырабатываемых водорослями , механического повреждения других организмов или другими способами. ВЦВ иногда определяют только как цветение водорослей, которые производят токсины, а иногда как любое цветение водорослей, которое может привести к значительному снижению уровня кислорода в природных водах, что приводит к гибели организмов в морских или пресных водах . [1] Цветение может длиться от нескольких дней до многих месяцев. После того, как цветение погибает, микробы , разлагающие мертвые водоросли, потребляют больше кислорода, создавая « мертвую зону », которая может вызвать гибель рыб . Когда эти зоны занимают большую территорию в течение длительного периода времени, ни рыбы, ни растения не могут выжить. Вредное цветение водорослей в морской среде часто называют «красными приливами». [2] [3]
Иногда неясно, что является причиной конкретных ВЦВ, поскольку их появление в некоторых местах кажется совершенно естественным, [4] тогда как в других они кажутся результатом деятельности человека. [5] В некоторых местах существуют связи с конкретными факторами, такими как питательные вещества, но ВЦВ также наблюдались еще до того, как люди начали влиять на окружающую среду. ВЦВ возникают в результате эвтрофикации , то есть избытка питательных веществ в воде. Двумя наиболее распространенными питательными веществами являются фиксированный азот ( нитраты , аммиак и мочевина ) и фосфаты . [6] Избыточные питательные вещества выбрасываются в результате сельского хозяйства , промышленного загрязнения, чрезмерного использования удобрений в городских/пригородных районах и связанных с этим городских стоков . Также этому способствуют более высокая температура воды и низкая циркуляция. [ нужна цитата ]
ВЦВ могут нанести значительный вред животным, окружающей среде и экономике. Их размеры и частота увеличиваются во всем мире, и этот факт многие эксперты связывают с глобальным изменением климата . Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) прогнозирует более разрушительное цветение в Тихом океане . [7] Потенциальные средства правовой защиты включают химическую обработку, дополнительные резервуары, датчики и устройства мониторинга, сокращение стока питательных веществ, исследования и управление, а также мониторинг и отчетность. [ нужна цитата ]
Наземный сток, содержащий удобрения, сточные воды и отходы животноводства, переносит обильные питательные вещества в морскую воду и стимулирует цветение. Естественные причины, такие как разливы рек или подъем питательных веществ со дна моря , часто возникающие после сильных штормов, обеспечивают питательные вещества и также вызывают цветение. Рост прибрежного развития и аквакультуры также способствуют возникновению прибрежных ВЦВ. [2] [3] Воздействие ВЦВ может локально ухудшаться из-за ветровой ленгмюровской циркуляции и их биологических эффектов .
HAB цианобактерий (сине-зеленых водорослей) могут проявляться в виде пены, накипи или мата на поверхности воды или непосредственно под ней и могут принимать различные цвета в зависимости от пигментов. [6] Цветение цианобактерий в пресноводных озерах или реках может иметь ярко-зеленый цвет, часто с полосами на поверхности, похожими на плавающую краску. [8] Цветение цианобактерий — глобальная проблема. [9]
Большинство цветений происходит в теплых водах с избытком питательных веществ. [6] Вредное воздействие такого цветения связано с токсинами, которые оно производит, или с потреблением кислорода в воде, что может привести к гибели рыбы. [10] Однако не все виды цветения водорослей выделяют токсины, а некоторые только обесцвечивают воду, создают неприятный запах или придают воде неприятный привкус. К сожалению, невозможно определить, вредно ли налет только по внешнему виду, поскольку требуется отбор проб и микроскопическое исследование. [6] Во многих случаях микроскопии недостаточно, чтобы отличить токсичные и нетоксичные популяции. В этих случаях можно использовать инструменты для измерения уровня токсина или определения наличия генов, производящих токсин. [11]
В узком определении вредоносное цветение водорослей – это только то цветение, которое выделяет токсины, поражающие другие виды. С другой стороны, любое цветение водорослей может вызвать мертвые зоны из-за низкого уровня кислорода и поэтому в этом смысле его можно назвать «вредным». Термин «вредное цветение водорослей» используется в средствах массовой информации и научной литературе по-разному. В более широком определении все «организмы и события считаются ВЦВ, если они отрицательно влияют на здоровье человека или социально-экономические интересы или наносят ущерб водным системам». [12] Вредное цветение водорослей — это «скорее социальная концепция, чем научное определение». [12]
Столь же широкое определение ВЦВ было принято Агентством по охране окружающей среды США в 2008 году, которое заявило, что ВЦВ включают «потенциально токсичные (ауксотрофные, гетеротрофные) виды и продуценты с высокой биомассой, которые могут вызывать гипоксию и аноксию, а также неизбирательную смертность морской жизни после достижения плотной биомассы. концентрации, независимо от того, производятся ли токсины». [1]
Вредное цветение водорослей в прибрежных районах также часто называют «красными приливами». [12] Термин «красный прилив» происходит от цветения любого из нескольких видов динофлагеллят , таких как Karenia brevis . [13] Однако этот термин вводит в заблуждение, поскольку цветение водорослей может сильно различаться по цвету, а рост водорослей не связан с приливами и отливами . Не все красные приливы производятся динофлагеллятами. Миксотрофная инфузория Mesodinium rubrum производит нетоксичные цветы темно-красного цвета за счет хлоропластов, которые она получает из поедаемых ею водорослей . [14]
.png/1280px-Karenia_brevis_Anatomy_(1).png)
В качестве технического термина он заменяется более точной терминологией, включая общий термин «вредное цветение водорослей» для вредных видов и « цветение водорослей » для доброкачественных видов. [ нужна цитата ]
Существует три основных типа фитопланктона, которые могут образовывать вредоносное цветение водорослей: цианобактерии , динофлагелляты и диатомовые водоросли . Все три состоят из микроскопических плавающих организмов, которые, как и растения, могут создавать себе пищу из солнечного света посредством фотосинтеза . Эта способность делает большинство из них важной частью пищевой сети мелкой рыбы и других организмов. [15] : 246
Вредное цветение водорослей в пресноводных озерах и реках или в устьях рек , где реки впадают в океан, вызывают цианобактерии, которые обычно называют «сине-зелеными водорослями» [16] , но на самом деле являются прокариотическими бактериями [17] . ] в отличие от водорослей, которые являются эукариотами . [18] Некоторые цианобактерии, в том числе широко распространенный род Microsystis , могут продуцировать опасные цианотоксины, такие как микроцистины , [19] которые представляют собой гепатотоксины , повреждающие печень млекопитающих. [20] Другие типы цианобактерий также могут продуцировать гепатотоксины, а также нейротоксины, цитотоксины и эндотоксины. [21] Установки по очистке воды могут быть неспособны удалить эти токсины, что приводит к все более распространенному распространению локальных рекомендаций против употребления водопроводной воды, как это произошло в Толедо, штат Огайо, в августе 2014 года. [22]
В августе 2021 года только в штате Нью-Йорк было подтверждено цветение водорослей в 47 озерах. [23] [24] В сентябре 2021 года Экологические программы округа Спокан выпустили предупреждение о HAB для озера Ньюман после испытаний, показавших потенциально опасные уровни токсичности для цианобактерий, [25] в то время как в том же месяце были зарегистрированы рекордно высокие уровни микроцистинов, что привело к расширенная рекомендация «Не пить» для 280 домохозяйств на Клир-Лейк , втором по величине пресноводном озере Калифорнии. [26] Тем временем условия воды во Флориде продолжают ухудшаться из-за увеличения притока питательных веществ, вызывая серьезные случаи ВЦВ как в пресноводных, так и в морских районах. [27]
ВЦВ также наносят вред, блокируя солнечный свет, используемый растениями и водорослями для фотосинтеза, или истощая растворенный кислород, необходимый рыбам и другим водным животным, что может привести к гибели рыб. [10] Когда такая обедненная кислородом вода покрывает большую территорию в течение длительного периода времени, она может стать гипоксичной или даже бескислородной; эти области обычно называют мертвыми зонами . Эти мертвые зоны могут быть результатом множества различных факторов, от природных явлений до преднамеренного вмешательства человека, и они не ограничиваются только большими водоемами с пресной водой, как в великих озерах, но также подвержены водоемам с соленой водой. [28]
Многие виды, образующие вредоносное цветение водорослей, будут жить в двухэтапной жизненной системе. Эти виды будут чередоваться между стадией бентического покоя и пелагическим вегетативным состоянием. Стадия бентосного покоя соответствует отдыху этих видов у дна океана. На этом этапе клетки вида ждут оптимальных условий, чтобы они могли двигаться к поверхности. Затем эти виды перейдут из стадии донного покоя в пелагическое вегетативное состояние, где они более активны и обитают вблизи поверхности водоема. В пелагическом вегетативном состоянии эти клетки способны расти и размножаться. Именно в пелагическом вегетативном состоянии может произойти цветение, поскольку клетки быстро размножаются и захватывают верхние области водоема. Переход между этими двумя стадиями жизни может иметь множественные последствия для цветения водорослей (например, быстрое прекращение существования HAB по мере перехода клеток из пелагического состояния в бентосное). Многие виды водорослей, которые проходят этот двухэтапный жизненный цикл, способны к быстрой вертикальной миграции. Эта миграция необходима для перемещения из придонной зоны водоемов в пелагическую зону. Этим видам требуется огромное количество энергии, когда они проходят через различные термоклины , галоклины и пикноклины , связанные с водоемами, в которых существуют эти клетки. [29]
Другими типами водорослей являются диатомовые водоросли и динофлагелляты , встречающиеся в основном в морской среде, например, на побережье океана или в заливах, где они также могут образовывать цветение водорослей. Прибрежные ВЦВ являются природным явлением, [30] [31] хотя во многих случаях, особенно когда они образуются вблизи береговой линии или в устьях рек, было показано, что они усугубляются антропогенной эвтрофикацией и/или изменением климата. [32] [33] [34] [35] Они могут возникать, когда более теплая вода, соленость и питательные вещества достигают определенного уровня, что затем стимулирует их рост. [30] Большинство водорослей HAB являются динофлагеллятами. [36] В воде они видны в концентрации 1000 клеток водорослей/мл, тогда как при густом цветении их концентрация может достигать более 200 000/мл. [37]
Диатомовые водоросли производят домоевую кислоту , еще один нейротоксин, который может вызывать судороги у высших позвоночных и птиц, поскольку он концентрируется в пищевой цепи. [38] Домоевая кислота легко накапливается в телах моллюсков , сардин и анчоусов , которые, если их затем съесть морские львы , выдры , китообразные , птицы или люди, могут повлиять на нервную систему, вызывая серьезные травмы или смерть. [38] Летом 2015 года правительства штатов закрыли важные промыслы моллюсков в Вашингтоне , Орегоне и Калифорнии из-за высоких концентраций домоевой кислоты в моллюсках. [39]
В морской среде одноклеточные микроскопические растительноподобные организмы естественным образом встречаются в хорошо освещенном поверхностном слое любого водоема. Эти организмы, называемые фитопланктоном или микроводорослями , составляют основу пищевой сети, от которой зависят почти все другие морские организмы. Известно, что из более чем 5000 видов морского фитопланктона, существующих во всем мире, около 2% являются вредными или токсичными. [40] Цветение вредных водорослей может оказывать большое и разнообразное воздействие на морские экосистемы, в зависимости от вида, окружающей среды, в которой они обитают, и механизма, посредством которого они оказывают негативное воздействие. [ нужна цитата ]
Иногда неясно, что является причиной конкретных ВЦВ, поскольку их появление в некоторых местах кажется совершенно естественным, [4] тогда как в других они кажутся результатом деятельности человека. [5] Кроме того, существует множество различных видов водорослей, которые могут образовывать ВЦВ, каждый из которых предъявляет разные требования к окружающей среде для оптимального роста. Частота и тяжесть ВЦВ в некоторых частях мира связаны с увеличением нагрузки питательными веществами в результате деятельности человека. В других районах ВЦВ представляют собой предсказуемое сезонное явление, возникающее в результате прибрежного апвеллинга, естественного результата движения определенных океанских течений. [42]
Рост морского фитопланктона (как нетоксичного, так и токсичного) обычно ограничивается наличием нитратов и фосфатов, которых может быть много в прибрежных зонах апвеллинга, а также в сельскохозяйственных стоках. Тип нитратов и фосфатов, имеющихся в системе, также является фактором, поскольку фитопланктон может расти с разной скоростью в зависимости от относительного содержания этих веществ (например, аммиака , мочевины , нитрат-иона). [43]
Важную роль в формировании цветения водорослей также могут играть различные источники питательных веществ, включая железо, кремнезем или углерод. Загрязнение прибрежных вод деятельностью человека (включая удобрения железом) и систематическое повышение температуры морской воды также были предложены в качестве возможных факторов, способствующих развитию ВЦВ. [43]
Среди причин цветения водорослей можно назвать: [44]
Питательные вещества попадают в пресноводную или морскую среду в виде поверхностных стоков в результате сельскохозяйственного загрязнения и городских стоков с удобренных газонов, полей для гольфа и других ландшафтных объектов; и от очистных сооружений , на которых отсутствуют системы контроля питательных веществ. [49] Дополнительные питательные вещества поступают в результате загрязнения атмосферы. [50] Прибрежные районы по всему миру, особенно водно-болотные угодья и устья рек, коралловые рифы и болота, склонны к перегрузке этими питательными веществами. [50] Большинство крупных городов вдоль Средиземного моря , например, сбрасывают все сточные воды в море неочищенными. [50] То же самое верно для большинства прибрежных развивающихся стран, в то время как в некоторых частях развивающегося мира до 70% сточных вод крупных городов могут повторно попадать в водные системы без очистки. [51]
Остаточные питательные вещества в очищенных сточных водах также могут накапливаться в водоемах ниже по течению [52] и способствовать эвтрофикации, что постепенно приводит к возникновению системы с доминированием цианобактерий, характеризующейся сезонными ВЦВ. По мере строительства инфраструктуры очистки сточных вод все больше очищенных сточных вод возвращается в систему естественного водоснабжения, что приводит к значительному увеличению содержания остаточных питательных веществ. [ нужна цитата ]
Остаточные питательные вещества в сочетании с питательными веществами из других источников увеличивают запасы питательных веществ в отложениях, что является движущей силой фазовых сдвигов в сторону укоренившихся эвтрофных условий. [ нужна цитата ]
Это способствует продолжающейся деградации плотин, озер, рек и водохранилищ – водоемов, которые начинают называться экологической инфраструктурой, [53] оказывая все большее давление на очистные сооружения и водоочистные сооружения. Такое давление, в свою очередь, усиливает сезонные ВЦВ. [ нужна цитата ]
Изменение климата способствует потеплению воды, что делает условия более благоприятными для роста водорослей в большем количестве регионов и дальше на север. [54] [45] В целом, спокойная теплая мелкая вода в сочетании с высоким содержанием питательных веществ в озерах или реках увеличивает риск вредоносного цветения водорослей. [47] Повышение летней температуры поверхности озер, которая повышалась на 0,34 °C десятилетие за десятилетие в период с 1985 по 2009 год из-за глобального потепления, также, вероятно, увеличит цветение водорослей на 20% в течение следующего столетия. [55]
Хотя причины вредного цветения водорослей плохо изучены, с 1980-х годов их ареал и частота, похоже, увеличились в прибрежных районах. [56] : 16 Это результат антропогенных факторов, таких как увеличение поступления питательных веществ ( загрязнение биогенными веществами ) и изменение климата (в частности, повышение температуры воды). [56] : 16 Параметрами, влияющими на образование ВЦВ, являются потепление океана , морские волны тепла, потеря кислорода , эвтрофикация и загрязнение воды . [57] : 582
ВЦВ содержат плотные концентрации организмов и выглядят как обесцвеченная вода, часто красновато-коричневого цвета. Это естественное явление, однако точная причина или сочетание факторов, приводящих к развитию ВЦВ, не обязательно известны. [58] Однако считается, что три ключевых природных фактора играют важную роль в цветении - соленость, температура и ветер. ВЦВ наносят экономический ущерб, поэтому вспышки тщательно отслеживаются. Например, Комиссия по охране рыбы и дикой природы Флориды предоставляет обновленный отчет о состоянии ВЦВ во Флориде. [59] Департамент парков и дикой природы Техаса также предоставляет отчет о состоянии дел. [60] Хотя конкретной причины возникновения ВЦВ не обнаружено, их присутствию могут способствовать множество различных факторов. Эти факторы могут включать загрязнение воды , которое происходит из таких источников, как сточные воды и сельскохозяйственные стоки . [61]
Появление ВЦВ в некоторых местах кажется совершенно естественным (цветение водорослей — это сезонное явление, возникающее в результате прибрежного апвеллинга, естественного результата движения определенных океанских течений) [62] [63] , в то время как в других они кажутся результатом увеличения загрязнения биогенными веществами в результате деятельности человека. [64] Рост морского фитопланктона обычно ограничивается наличием нитратов и фосфатов , которые могут быть в изобилии в сельскохозяйственных стоках, а также в прибрежных зонах апвеллинга. Считается, что другие факторы, такие как приток богатой железом пыли из крупных пустынных территорий, таких как пустыня Сахара, играют важную роль в возникновении событий ВЦВ. [65] Некоторые виды цветения водорослей на Тихоокеанском побережье также были связаны с возникновением крупномасштабных климатических колебаний, таких как явления Эль-Ниньо . [ нужна цитата ]
Считается, что в возникновении ВЦВ играют роль и другие факторы, такие как приток богатой железом пыли из крупных пустынных районов, таких как Сахара . [66] Некоторые виды цветения водорослей на тихоокеанском побережье также связаны с естественными явлениями крупномасштабных климатических колебаний, таких как явления Эль-Ниньо . ВЦВ также связаны с сильными дождями. [67] Хотя ВЦВ в Мексиканском заливе были засвидетельствованы в начале 1500-х годов исследователем Кабесой де Вака , [68] неясно, что инициирует это цветение и насколько большую роль антропогенные и природные факторы играют в их развитии. [ нужна цитата ]
Число зарегистрированных вредоносных цветений водорослей (цианобактерий) растет во всем мире. [69] Неясно, является ли кажущееся увеличение частоты и тяжести ВЦВ в различных частях мира на самом деле реальным ростом или же оно связано с усилением усилий по наблюдению и достижениями в технологии идентификации видов. [70] [71]
В 2008 году правительство США подготовило отчет по проблеме «Управление и реагирование на вредное цветение водорослей: оценка и план». [72] В докладе признается серьезность проблемы:
Широко распространено мнение, что частота и географическое распространение ВЦВ во всем мире растут. За последнее десятилетие все прибрежные штаты США столкнулись с ВЦВ, а в некоторых местах появились новые виды, о которых ранее не было известно, что они вызывают проблемы. Считается также, что частота ВЦВ в пресноводных системах увеличивается. [72]
Исследователи сообщили о росте ВЦВ в Европе, Африке и Австралии. В их число входит цветение некоторых Великих африканских озер , таких как озеро Виктория , второе по величине пресноводное озеро в мире. [73] Индия сообщает об увеличении количества цветений каждый год. [74] В 1977 году Гонконг сообщил о своем первом прибрежном ВЦВ. К 1987 году они получали в среднем 35 детей в год. [75] Кроме того, поступали сообщения о вредном цветении водорослей на популярных канадских озерах, таких как Бивер-Лейк и Квамичан-Лейк. Это цветение стало причиной гибели нескольких животных и привело к появлению рекомендаций по купанию. [76]
Глобальное потепление и загрязнение вызывают цветение водорослей в местах, которые ранее считались «невозможными» или редкими для их существования, например, под ледяными щитами в Арктике , [ 77] в Антарктиде , [78] в Гималаях , [79] Скалистые горы , [80] и в горах Сьерра-Невада . [81]
В США в каждом прибрежном штате за последнее десятилетие наблюдалось вредоносное цветение водорослей, и в новых местах появились новые виды, о которых ранее не было известно, что они вызывают проблемы. Размер и частота крупных рек внутри страны увеличились. В 2015 году на реке Огайо произошло цветение, которое распространилось на «беспрецедентные» 650 миль (1050 км) на соседние штаты и дало положительный результат на токсины, что создало проблемы с питьевой водой и отдыхом. [82] Часть реки Иордан в штате Юта была закрыта из-за цветения токсичных водорослей в 2016 году. [83]
У западного побережья Южной Африки каждую весну возникают ВЦВ, вызванные Alexandrium catanella . Такое цветение организмов вызывает серьезные нарушения рыболовства в этих водах, поскольку токсины в фитопланктоне приводят к тому, что моллюски -фильтраторы в загрязненных водах становятся ядовитыми для потребления человеком. [84]
По мере роста водорослей они истощают кислород в воде и блокируют доступ солнечного света к рыбам и растениям. Такое цветение может длиться от нескольких дней до многих месяцев. [83] При недостаточном освещении растения под цветением могут погибнуть, а рыба может умереть от голода. Кроме того, густота цветения снижает насыщение кислородом в ночное время за счет дыхания. А когда водоросли в конечном итоге отмирают, микробы, которые разлагают мертвые водоросли, потребляют еще больше кислорода, что, в свою очередь, приводит к гибели большего количества рыб или их уходу из этого района. Когда кислород продолжает истощаться в результате цветения, это может привести к гипоксическим мертвым зонам , в которых ни рыбы, ни растения не могут выжить. [85] Эти мертвые зоны в Чесапикском заливе, где они являются обычным явлением, также подозреваются в том, что они являются основным источником метана . [86]
Ученые обнаружили, что HAB были характерной чертой предыдущих событий массового вымирания , включая вымирание в конце пермского периода . [87]
Тесты показали, что некоторые токсины вблизи цветов могут находиться в воздухе и, следовательно, вдыхаться, что может повлиять на здоровье. [88]
Не рекомендуется есть рыбу или моллюсков из озер с цветением поблизости. [8] Мощные токсины накапливаются в моллюсках, питающихся водорослями. Употребление моллюсков в пищу может привести к различным видам отравлений. К ним относятся амнестическое отравление моллюсками (ASP), диарейное отравление моллюсками , нейротоксическое отравление моллюсками и паралитическое отравление моллюсками . [89] Исследование 2002 года показало, что токсины водорослей могут быть причиной до 60 000 случаев интоксикации в мире каждый год. [89]
В 1987 году возникла новая болезнь: амнестическое отравление моллюсками (ASP). У людей, которые ели мидии с острова Принца Эдуарда, был обнаружен ASP. Заболевание было вызвано домоевой кислотой , вырабатываемой диатомовыми водорослями, обнаруженными в районе выращивания мидий. [90] Исследование 2013 года показало, что отравление токсичными паралитическими моллюсками на Филиппинах во время ВЦВ стало причиной по меньшей мере 120 смертей за несколько десятилетий. [91] После инцидента с ВЦВ в 2014 году в заливе Монтерей , штат Калифорния, представители здравоохранения предупредили людей не есть определенные части анчоусов, сардин или крабов, пойманных в заливе. [92] В 2015 году большинство промыслов моллюсков в Вашингтоне, Орегоне и Калифорнии было закрыто из-за высоких концентраций токсичной домоевой кислоты в моллюсках. [39] Людей предупредили, что вдыхание паров волн или ветра во время событий ВЦВ может вызвать приступы астмы или привести к другим респираторным заболеваниям. [93]
В 2018 году представители сельского хозяйства штата Юта забеспокоились, что даже посевы могут быть заражены, если их поливать токсичной водой, хотя они признают, что не могут точно измерить загрязнение из-за большого количества переменных в сельском хозяйстве. Однако из соображений предосторожности они выпустили предупреждения жителям. [94]
Людей обычно предупреждают, чтобы они не входили в воду и не пили воду из-за цветения водорослей, а также не позволяли своим домашним животным плавать в воде, поскольку многие домашние животные погибли из-за цветения водорослей. [47] По крайней мере в одном случае люди начали болеть до того, как были выданы предупреждения. [95] Не существует лечения животных, в том числе крупного рогатого скота, если они пьют воду из цветущих водорослей, где присутствуют такие токсины. Домашних животных рекомендуется держать подальше от цветущих водорослей, чтобы избежать контакта. [96]
В некоторых местах посетителей предупредили, чтобы они даже не прикасались к воде. [8] Лодочникам сообщили, что содержащиеся в воде токсины можно вдохнуть из брызг ветра или волн. [16] [8] Океанские пляжи, [97] озера [20] и реки были закрыты из-за цветения водорослей. [83] После того, как в 2015 году собака умерла во время купания в цветущей реке Русская в Калифорнии , чиновники также разместили предупреждения на некоторых участках реки. [98] Кипячение воды дома перед употреблением не удаляет токсины. [8]
В августе 2014 года город Толедо, штат Огайо, посоветовал своим 500 000 жителям не пить водопроводную воду, поскольку высокий уровень токсинов, вызванный цветением водорослей в западной части озера Эри, повлиял на способность их водоочистных сооружений очищать воду до безопасного уровня. [22] Чрезвычайная ситуация потребовала использования бутилированной воды для всех обычных целей, кроме принятия душа, что серьезно отразилось на государственных услугах и коммерческом бизнесе. Цветение возобновилось в 2015 году [99] и снова прогнозировалось на лето 2016 года. [100]
В 2004 году от подобного загрязнения воды пострадал залив Кисуму, который является источником питьевой воды для 500 000 человек в Кисуму , Кения . [73] В Китае в 2007 году жителям Китая отключили воду из-за цветения водорослей в третьем по величине озере, из-за чего 2 миллиона человек стали пользоваться бутилированной водой. [101] [102] Небольшое отключение воды в Китае затронуло 15 000 жителей два года спустя в другом месте. [103] Австралии в 2016 году также пришлось отключить воду фермерам. [104]
Алан Стейнман из Государственного университета Гранд-Вэлли объяснил, что одной из основных причин цветения водорослей в целом и озера Эри в частности является то, что сине-зеленые водоросли процветают в условиях высокого содержания питательных веществ, а также в теплой и спокойной воде. Озеро Эри более склонно к цветению, поскольку оно имеет высокий уровень питательных веществ и мелководно, что приводит к более быстрому прогреванию летом. [105]
Симптомы употребления токсичной воды могут проявиться через несколько часов после воздействия. Они могут включать тошноту, рвоту и диарею или вызывать головные боли и желудочно-кишечные проблемы. [20] Хотя и редко, токсичность для печени может привести к смерти. [20] Эти симптомы могут затем привести к обезвоживанию организма, что является еще одной серьезной проблемой. В высоких концентрациях токсины в водорослевых водах при простом прикосновении могут вызвать кожную сыпь, раздражение глаз, носа, рта или горла. [8] Людям с подозрением на симптомы рекомендуется позвонить врачу, если симптомы не исчезнут или если они не смогут удерживать жидкость через 24 часа. [ нужна цитата ]
В исследованиях на популяционном уровне охват цветением был в значительной степени связан с риском смерти от неалкогольной болезни печени . [106]
Считается, что цветение токсичных водорослей играет роль в развитии у людей дегенеративных неврологических расстройств, таких как боковой амиотрофический склероз и болезнь Паркинсона . [107]
Менее одного процента цветения водорослей производят опасные токсины, такие как микроцистины . [19] Хотя сине-зеленые и другие водоросли обычно не представляют прямой угрозы для здоровья, токсины (яды), которые они производят, считаются опасными для человека, наземных животных, морских млекопитающих, птиц [83] и рыб, когда токсины проглочено. [19] Токсины представляют собой нейротоксины , которые разрушают нервную ткань, что может повлиять на нервную систему, мозг и печень и привести к смерти. [20]
Люди заражаются видами HAB при употреблении в пищу неправильно собранных моллюсков, вдыхании аэрозольных бреветоксинов (т.е. токсинов PbTx или Ptychodiscus ) и в некоторых случаях при контакте с кожей. [108] Бреветоксины связываются с потенциалзависимыми натриевыми каналами , важными структурами клеточных мембран. Связывание приводит к стойкой активации нервных клеток, что нарушает нервную передачу, что приводит к проблемам со здоровьем. Эти токсины создаются внутри одноклеточного организма или в виде продукта метаболизма. [109] Два основных типа соединений бреветоксина имеют сходную, но различную структуру основной цепи. PbTx-2 представляет собой основной внутриклеточный бреветоксин, продуцируемый цветками K. brevis . Однако со временем бреветоксин PbTx-2 может превращаться в PbTx-3 в результате метаболических изменений. [109] Исследователи обнаружили, что PbTx-2 является основным внутриклеточным бреветоксином, который со временем превращается в PbTx-3. [110]
В США морепродукты, потребляемые людьми, регулярно проверяются Министерством сельского хозяйства США на наличие токсинов, чтобы обеспечить их безопасное потребление. Такое тестирование распространено в других странах. Однако неправильный сбор моллюсков может вызвать паралитическое отравление моллюсками и нейротоксичное отравление моллюсками у людей. [111] [112] Некоторые симптомы включают сонливость, диарею, тошноту, потерю двигательного контроля, покалывание, онемение или боль в конечностях, бессвязность и паралич дыхания. [113] Сообщения о раздражении кожи после купания в океане во время ВЦВ являются обычным явлением. [114]
Когда клетки HAB разрываются, они выделяют внеклеточные бреветоксины в окружающую среду. Некоторые из них остаются в океане, а другие распыляются в виде аэрозолей. Во время прибрежных ветров бреветоксины могут распыляться посредством переноса пузырьками воздуха, вызывая, помимо других симптомов, раздражение дыхательных путей, бронхоспазм , кашель и свистящее дыхание. [114]
Рекомендуется избегать контакта с аэрозольным токсином, переносимым ветром. Некоторые люди сообщают об ухудшении дыхательной функции уже после 1 часа пребывания на пляже K. brevis с красным приливом, и эти симптомы могут длиться несколько дней. [115] Люди с тяжелыми или постоянными респираторными заболеваниями (например, хроническими заболеваниями легких или астмой) могут испытывать более сильные побочные реакции. [ нужна медицинская ссылка ]
Национальная океаническая служба Национального управления океанических и атмосферных исследований предоставляет отчет об общественных условиях, в котором указываются возможные последствия раздражения дыхательных путей в районах, затронутых ВЦВ. [116]
Опасности, которые сопровождают вредное цветение водорослей, мешают посетителям наслаждаться пляжами и озерами в таких местах США, как Флорида, [97] Калифорния, [8] Вермонт, [117] и Юта. [83] Людей, надеющихся насладиться отпуском или выходными, не пускают в страну, что наносит ущерб местной экономике. На озерах и реках в Северной Дакоте , Миннесоте , Юте, Калифорнии и Огайо были установлены знаки, предупреждающие о потенциальном риске для здоровья. [118]
Подобные цветения стали более распространенными в Европе, в том числе и во Франции. Летом 2009 года пляжи северной Бретани покрылись тоннами потенциально смертоносных гниющих зеленых водорослей. Лошадь, ехавшая по пляжу, упала в обморок и умерла от испарений, выделяемых гниющими водорослями. [119]
Экономический ущерб, причиненный потерей бизнеса, стал серьезной проблемой. Согласно одному отчету за 2016 год, четыре основных экономических последствия вредного цветения водорослей связаны с ущербом для здоровья человека, рыболовством, туризмом и отдыхом, а также с затратами на мониторинг и управление территорией, где появляется цветение. [120] По оценкам Агентства по охране окружающей среды, цветение водорослей затрагивает 65 процентов основных эстуариев страны, а ежегодные расходы составляют 2,2 миллиарда долларов. [94] В США насчитывается около 166 прибрежных мертвых зон. [94] Поскольку сбор данных из источников за пределами США был более сложным и ограниченным, большая часть оценок по состоянию на 2016 год относилась в основном к США [120]
В портовых городах провинции Шаньдун на востоке Китая жители больше не удивляются, когда ежегодно происходит массовое цветение водорослей и затопляются пляжи. Перед Олимпийскими играми в Пекине в 2008 году более 10 000 человек работали над очисткой пляжей от 20 000 тонн отмерших водорослей. [121] В 2013 году еще одно цветение в Китае, которое считается крупнейшим за всю историю, [122] охватило площадь в 7500 квадратных миль, [121] за ним последовало еще одно в 2015 году, которое покрыло еще большую площадь в 13500 квадратных миль. Считается, что цветение в Китае вызвано загрязнением неочищенными сельскохозяйственными и промышленными сбросами в реки, ведущие к океану. [123]
Еще в 1976 году кратковременная, относительно небольшая мертвая зона у берегов Нью-Йорка и Нью-Джерси обошлась коммерческому и любительскому рыболовству в более чем 500 миллионов долларов. [124] В 1998 году HAB в Гонконге убил ценную рыбу на сумму более 10 миллионов долларов. [75]
В 2009 году экономический ущерб прибрежных округов штата Вашингтон, зависящих от рыбной промышленности, оценивался в 22 миллиона долларов. [125] В 2016 году индустрия морепродуктов США ожидала, что будущие упущенные доходы могут составить 900 миллионов долларов в год. [120]
NOAA предоставило несколько оценок затрат на различные цветения за последние несколько лет: [126] 10,3 миллиона долларов в 2011 году из-за HAB на высадках устриц в Техасе; Упущенный доход в размере 2,4 миллиона долларов от племенной торговли из-за закрытия рыболовства на северо-западе Тихого океана в 2015 году; 40 миллионов долларов в результате потери туризма в штате Вашингтон из-за того же закрытия рыболовства.
Помимо ущерба бизнесу, человеческие болезни приводят к потере заработной платы и повреждению здоровья. Затраты на медицинское лечение, расследование, проводимое органами здравоохранения путем отбора проб и анализов воды, а также размещение предупреждающих знаков в пострадавших местах также являются дорогостоящими. [127]
Закрытие районов, где происходит цветение водорослей, оказывает большое негативное воздействие на рыбную промышленность, добавляет к этому высокую смертность рыбы, рост цен из-за нехватки доступной рыбы и снижение спроса на морепродукты из-за страх заражения токсинами. [128] Это наносит большой экономический ущерб отрасли.
По оценкам, экономические издержки возрастут. Например, в июне 2015 года крупнейшая из известных токсичных ВЦВ привела к остановке производства моллюсков на западном побережье, что произошло впервые в истории. Один из экспертов НОАА в Сиэтле прокомментировал: «Это беспрецедентно с точки зрения масштабов и масштабов этого вредного цветения водорослей и условий теплой воды, которые мы наблюдаем на море…» [129] Цветение охватило территорию от Санта-Барбары, Калифорния. на север до Аляски . [130]
Негативное воздействие на рыбу может быть еще более серьезным, если она содержится в загонах, как это происходит на рыбных фермах. В 2007 году рыбная ферма в Британской Колумбии потеряла 260 тонн лосося из-за цветения [131] , а в 2016 году ферма в Чили потеряла 23 миллиона лососей из-за цветения водорослей . [132]
Наличие вредоносного цветения водорослей может привести к гипоксии или аноксии в водоеме. Истощение кислорода в водоеме может привести к созданию мертвой зоны . Мертвые зоны возникают, когда водоем стал непригоден для выживания организма в этом месте. HAB вызывают мертвые зоны, потребляя кислород в этих водоемах, оставляя минимальное количество кислорода, доступного другим морским организмам. Когда HAB умрут, их тела осядут на дно водоема, поскольку разложение их тел (за счет бактерий) является причиной потребления кислорода. Как только уровень кислорода становится настолько низким, HAB вызывают гипоксию водоема – и этот низкий уровень кислорода заставит морские организмы искать более подходящие места для своего выживания. [133]
Цветки могут нанести вред окружающей среде, даже не производя токсинов, поскольку они истощают кислород из воды во время роста и разлагаются после отмирания. Цветы также могут блокировать солнечный свет для организмов, живущих под ними. Рекордное количество и размер цветков образовалось на тихоокеанском побережье, на озере Эри, в Чесапикском заливе и в Мексиканском заливе, где в результате образовалось множество мертвых зон. [134] В 1960-х годах количество мертвых зон во всем мире составляло 49; к 2008 году их число выросло до более чем 400. [124]
Среди крупнейших мертвых зон были зоны в Балтийском море и Мексиканском заливе в северной Европе, которые затрагивают рыбную промышленность США стоимостью 2,8 миллиарда долларов. [73] К сожалению, мертвые зоны редко восстанавливаются и обычно увеличиваются в размерах. [124] Одной из немногих мертвых зон, которые когда-либо восстановились, было Черное море , которое довольно быстро вернулось в нормальное состояние после распада Советского Союза в 1990-х годах из-за вызванного этим сокращения использования удобрений. [124]
Массовая гибель рыбы вызвана ВЦВ. [135] В 2016 году 23 миллиона лососей, выращивавшихся в Чили, погибли из-за цветения токсичных водорослей. [136] Чтобы избавиться от мертвой рыбы, пригодную к употреблению рыбу перерабатывали в рыбную муку, а остальную сбрасывали в 60 милях от берега, чтобы избежать риска для здоровья человека. [136] Экономические издержки этого вымирания оцениваются в 800 миллионов долларов. [136] Эксперт по окружающей среде Лестер Браун написал, что выращивание лосося и креветок в морских прудах концентрирует отходы, что способствует эвтрофикации и созданию мертвых зон. [137]
Другие страны сообщили об аналогичных последствиях: в таких городах, как Рио-де-Жанейро , Бразилия, массовая гибель рыбы из-за цветения стала обычным явлением. [138] В начале 2015 года в Рио-де-Жанейро собрали около 50 тонн мертвой рыбы из лагуны, где планировалось провести водные соревнования в рамках Олимпийских игр 2016 года. [138]
Залив Монтерей пострадал от вредоносного цветения водорослей, последний раз в 2015 году: «Периодические цветения продуцирующих токсины диатомовых водорослей Pseudo-nitzschia документируются уже более 25 лет в заливе Монтерей и в других местах вдоль западного побережья США. Во время обильного цветения токсин накапливается в моллюсках и мелкой рыбе, такой как анчоусы и сардины, которые питаются водорослями, что приводит к закрытию некоторых рыболовных промыслов и отравлению морских млекопитающих и птиц, питающихся зараженной рыбой». [139] Подобные случаи гибели рыб из-за токсичных водорослей или недостатка кислорода наблюдались в России, [140] Колумбии, [141] Вьетнаме, [142] Китае, [143] Канаде, [144] Турции, [145] Индонезии. , [146] и Франция. [147]
Пострадали наземные животные, включая домашний скот и домашних животных. Собаки умерли от токсинов после купания в цветущих водорослях. [148] Предупреждения поступили от правительственных учреждений штата Огайо, которые отметили, что в США и других странах в результате воздействия ВЦВ произошло множество смертей собак и домашнего скота. В отчете за 2003 год они также отметили , что в течение предыдущих 30 лет наблюдалось более частое и продолжительное вредоносное цветение водорослей . [149] В Австралии министерство сельского хозяйства предупредило фермеров , что токсины, содержащиеся в ВЦВ, «способны очень быстро убить большое количество скота» [150] .
Морские млекопитающие также серьезно пострадали, поскольку более 50 процентов необычных смертей морских млекопитающих вызваны вредоносным цветением водорослей. [151] В 1999 году более 65 афалин погибли во время прибрежного HAB во Флориде. [152] В 2013 году HAB на юго-западе Флориды убило рекордное количество ламантинов . [153] Киты также погибли в больших количествах. В период с 2005 по 2014 год Аргентина сообщила о гибели в среднем 65 детенышей китов, что эксперты связывают с цветением водорослей. Эксперт по китам ожидает, что популяция китов значительно сократится. [154] В 2003 году у Кейп-Кода в Северной Атлантике по меньшей мере 12 горбатых китов погибли от токсичных водорослей, вызванных ВЦВ. [155] В 2015 году Аляска и Британская Колумбия сообщили, что многие горбатые киты , вероятно, погибли от токсинов ВЦВ, причем 30 из них были выброшены на берег на Аляске. «Наша основная теория на данный момент заключается в том, что вредоносное цветение водорослей способствовало гибели людей», — сказал представитель NOAA. [156] [157]
Птицы погибли после поедания мертвой рыбы, зараженной токсичными водорослями. Гниющую и разлагающуюся рыбу поедают такие птицы, как пеликаны , чайки , бакланы и, возможно, морские или наземные млекопитающие, которые затем отравляются. [135] Нервная система мертвых птиц была исследована и обнаружила, что она отказала от воздействия токсина. [92] На побережье Орегона и Вашингтона в 2009 году также была убита тысяча турпанов , или морских уток. «Это огромно», - сказал профессор университета. [158] Когда умирающих или мертвых птиц выбросило на берег, агентства по охране дикой природы перешли в «режим чрезвычайного кризиса». [158]
Было даже высказано предположение, что вредное цветение водорослей является причиной гибели животных, найденных в ископаемых кладах, [159] таких как десятки скелетов китообразных , найденных в Серро Баллена . [160]
Было замечено, что вредное цветение водорослей в морских экосистемах оказывает неблагоприятное воздействие на широкий спектр водных организмов, в первую очередь на морских млекопитающих, морских черепах, морских птиц и рыб. Воздействие токсинов HAB на эти группы может включать вредные изменения их развития, иммунологических, неврологических или репродуктивных способностей. Наиболее заметным воздействием ВЦВ на морскую фауну является крупномасштабная смертность, связанная с цветением, вызывающим образование токсинов. Например, весной 2004 года вдоль побережья Флориды произошла массовая гибель 107 афалин из-за проглатывания загрязненного менхадена с высоким содержанием бреветоксина . [161] Смертность ламантинов также связывают с бреветоксином, но, в отличие от дельфинов, основным переносчиком токсина были эндемичные виды морских водорослей ( Thalassia testudinum ), у которых были обнаружены высокие концентрации бреветоксинов, которые впоследствии были обнаружены в качестве основного компонента содержимого желудка ламантинов. [161]
Дополнительные виды морских млекопитающих, такие как находящиеся под угрозой исчезновения североатлантические киты , подверглись воздействию нейротоксинов, охотясь на сильно загрязненный зоопланктон . [162] Поскольку летняя среда обитания этого вида совпадает с сезонным цветением токсичной динофлагелляты Alexandrium fundyense и последующим выпасом веслоногих ракообразных, добывающие пищу киты будут поедать большие концентрации этих загрязненных веслоногих ракообразных . Проглатывание такой зараженной добычи может повлиять на дыхательные возможности, пищевое поведение и, в конечном итоге, на репродуктивное состояние популяции. [162]
На реакцию иммунной системы повлияло воздействие бреветоксина у другого вида, находящегося под угрозой исчезновения, — морской черепахи-логгерхед . Воздействие бреветоксина при вдыхании аэрозольных токсинов и проглатывании зараженной добычи может иметь клинические признаки повышенной вялости и мышечной слабости у морских черепах-логгерхед, в результате чего эти животные выбрасываются на берег в сниженном метаболическом состоянии с усилением реакции иммунной системы при анализе крови. [163]
Примеры распространенных вредных последствий ВЦВ включают:
ВЦВ естественным образом встречаются у берегов по всему миру. Морские динофлагелляты производят ихтиотоксины. Там, где встречаются ВЦВ, мертвую рыбу выбрасывает на берег в течение двух недель после того, как ВЦВ прошел через этот район. Токсичные водоросли не только убивают рыбу, но и загрязняют моллюсков. Некоторые моллюски не восприимчивы к токсину и хранят его в своих жировых тканях. Поедая организмы, ответственные за ВЦВ, моллюски могут накапливать и сохранять сакситоксин, вырабатываемый этими организмами. Сакситоксин блокирует натриевые каналы , и его прием внутрь может вызвать паралич в течение 30 минут. [112]
Помимо прямого вреда морским животным и утрате растительности, вредоносное цветение водорослей также может привести к закислению океана , которое происходит, когда количество углекислого газа в воде увеличивается до неестественного уровня. Закисление океана замедляет рост некоторых видов рыб и моллюсков и даже предотвращает образование раковин у некоторых видов моллюсков. Эти тонкие, небольшие изменения могут со временем накапливаться, вызывая цепные реакции и разрушительные последствия для целых морских экосистем. [165] Другие животные, которые едят незащищенных моллюсков, восприимчивы к нейротоксину, что может привести к нейротоксическому отравлению моллюсками [111] , а иногда даже к смерти. Большинство моллюсков и моллюсков фильтруют корм, что приводит к более высоким концентрациям токсина, чем при простом питье воды. [166] Чернедь , например, — ныряющие утки , рацион которых в основном состоит из моллюсков. Когда червецы поедают моллюсков-фильтраторов, накопивших высокие уровни токсина HAB, их популяция становится основной мишенью для отравления. Однако даже птицы, которые не едят моллюсков, могут пострадать, просто съев мертвую рыбу на пляже или выпив воду. [167]
Токсины, выделяемые цветками, могут убить морских животных, включая дельфинов , морских черепах, птиц и ламантинов . [168] [169] Флоридский ламантин, подвид Вест-Индского ламантина, является видом, часто подвергающимся воздействию красных приливов. Ламантины Флориды часто подвергаются воздействию ядовитых токсинов красного прилива при употреблении в пищу или вдыхании. На стеблях морской травы растет множество мелких ракушек, ракообразных и других эпифитов. Эти крошечные существа фильтруют частицы воды вокруг себя и используют эти частицы в качестве основного источника пищи. Во время цветения красного прилива они также фильтруют токсичные клетки красного прилива из воды, которая затем концентрируется внутри них. Хотя эти токсины не причиняют вреда эпифитам, они чрезвычайно ядовиты для морских существ, которые поедают (или случайно поедают) открытые эпифиты, такие как ламантины. Когда ламантины неосознанно поедают открытые эпифиты во время выпаса морской травы, токсины впоследствии выделяются из эпифитов и попадают в организм ламантинов. Помимо употребления в пищу, ламантины также могут подвергнуться воздействию переносимых по воздуху бреветоксинов, выделяемых вредными клетками красного прилива при прохождении через цветение водорослей. [170] Ламантины также обладают иммунореакцией на HAB и их токсины, что может сделать их еще более восприимчивыми к другим стрессорам. Из-за этой восприимчивости ламантины могут умереть как от немедленного, так и от последствий воздействия ВЦВ. [171] Помимо смертности ламантинов, воздействие красного прилива также вызывает серьезные сублетальные проблемы со здоровьем среди популяций ламантинов во Флориде. Исследования показали, что воздействие красного прилива среди ламантинов Флориды, находящихся на свободном выгуле, отрицательно влияет на функционирование иммунной системы, вызывая усиление воспаления, снижение реакции пролиферации лимфоцитов и окислительный стресс. [172] Рыбам, таким как атлантическая сельдь, американский минтай, зимняя камбала, атлантический лосось и треска, в ходе эксперимента перорально вводили эти токсины, и через несколько минут испытуемые начали терять равновесие и начали плавать нерегулярно. подергивания, сопровождаемые параличом и поверхностным, аритмичным дыханием и, в конечном итоге, смертью примерно через час. [173] Было показано, что HAB также оказывают негативное влияние на функции памяти морских львов. [174]
Поскольку многие случаи цветения водорослей вызваны значительным притоком богатых питательными веществами стоков в водоемы, программы по очистке сточных вод, сокращению чрезмерного использования удобрений в сельском хозяйстве и уменьшению объемного стока стоков могут быть эффективными для уменьшения сильного цветения водорослей в устьях рек. , устья и океан прямо перед устьем реки.
Нитраты и фосфор в удобрениях вызывают цветение водорослей, когда они стекают в озера и реки после сильных дождей. Были предложены модификации методов ведения сельского хозяйства, например, использование удобрений только целенаправленно и в подходящее время именно там, где они могут принести наибольшую пользу сельскохозяйственным культурам, чтобы уменьшить потенциальный сток. [175] Успешно применяется метод капельного орошения , при котором вместо широкого распыления удобрений по полям происходит капельное орошение корней растений через сеть трубок и капельниц, не оставляющих следов удобрений, подлежащих смыванию. [176] Капельное орошение также предотвращает образование цветения водорослей в резервуарах для питьевой воды, экономя при этом до 50% воды, обычно используемой в сельском хозяйстве. [177] [178]
Также были предложения создать буферные зоны из листвы и водно-болотных угодий, чтобы помочь отфильтровать фосфор до того, как он попадет в воду. [175] Другие эксперты предложили использовать защитную обработку почвы, изменить севообороты и восстановить водно-болотные угодья. [175] При правильном управлении некоторые мертвые зоны могут сократиться в течение года. [179]
Было несколько историй успеха в контроле над химическими веществами. Например, после того, как в 1986 году промысел омаров в Норвегии прекратился из-за низкого уровня кислорода, правительство соседней Дании приняло меры и сократило производство фосфора на 80 процентов, что приблизило уровень кислорода к нормальному. [179] Аналогичным образом, мертвые зоны в Черном море и вдоль реки Дунай восстановились после того, как фермеры сократили внесение фосфора на 60%. [179]
Питательные вещества можно навсегда удалить из водно-болотных угодий, собирая водно-болотные растения, уменьшая приток питательных веществ в окружающие водоемы. [180] [181] Продолжаются исследования по определению эффективности плавающих матов из рогоза в удалении питательных веществ из поверхностных вод, слишком глубоких, чтобы поддерживать рост водно-болотных растений. [182]
В США поверхностный сток является крупнейшим источником питательных веществ, добавляемых в реки и озера, но в основном не регулируется федеральным Законом о чистой воде . [183] : 10 [184] [185] В различных районах страны, таких как район Великих озер и Чесапикский залив , реализуются инициативы по снижению загрязнения биогенными веществами . [186] [187] Чтобы помочь уменьшить цветение водорослей в озере Эри , штат Огайо в 2016 году представил план по сокращению стока фосфора. [188]
Хотя ряд альгицидов эффективны в уничтожении водорослей, они используются в основном в небольших водоемах. Однако при сильном цветении водорослей добавление альгицидов, таких как нитрат серебра или сульфат меди, может иметь худшие последствия, например, полную гибель рыбы и причинение вреда другим диким животным. [189] Цианобактерии также могут развивать устойчивость к медьсодержащим альгицидам, что требует большего количества химического вещества, чтобы быть эффективным для борьбы с ВЦВ, но представляет больший риск для других видов в регионе. [190] Таким образом, негативные последствия могут быть хуже, чем естественное вымирание водорослей. [189] [191]
В 2019 году озеро Чиппева на северо-востоке Огайо стало первым озером в США, где успешно испытали новую химическую обработку. Химическая формула уничтожила все токсичные водоросли в озере за один день. Формула уже использовалась в Китае, Южной Африке и Израиле. [193]
В феврале 2020 года плотина Роодеплаат в провинции Гаутенг , Южная Африка , была обработана новым составом альгицида против сильного цветения Microcystis sp. Эта формула позволяет гранулированному продукту плавать и медленно высвобождать его активный ингредиент, перкарбонат натрия , который выделяет перекись водорода (H 2 O 2 ), на поверхность воды. Следовательно, эффективные концентрации ограничены вертикально поверхностью воды; и в пространственном отношении к областям, где цианобактерии распространены в изобилии. Это обеспечивает водным организмам «безопасную гавань» на необработанных участках и позволяет избежать побочных эффектов, связанных с использованием стандартных альгицидов . [194]
Биоактивные соединения, выделенные из наземных и водных растений, особенно морских водорослей, оказались более экологически безопасным средством борьбы с ВЦВ. Молекулы, обнаруженные в таких морских водорослях, как Corallina , Sargassum и Saccharina japonica, подавляют развитие некоторых микроводорослей, вызывающих цветение. Помимо антимикроводорослевого действия, биоактивные молекулы, обнаруженные в этих водорослях, также обладают антибактериальными, противогрибковыми и антиоксидантными свойствами. [190]
Другие химические вещества проходят испытания на эффективность удаления цианобактерий во время цветения. Модифицированные глины, такие как глина, модифицированная хлоридом алюминия (AC-MC), глина, модифицированная сульфидом алюминия (AS-MC) и глина, модифицированная полиалюминийхлоридом (PAC-MC), показали положительные результаты in vitro по удалению Aureococcus путем улавливания микроводорослей в осадок глины, удаляя его из верхнего слоя воды, где может возникнуть вредное цветение. [192]
Было предпринято много усилий в попытке контролировать ВЦВ, чтобы свести к минимуму причиняемый ими вред. Исследования использования глины для борьбы с ВЦВ доказали, что этот метод может быть эффективным способом снижения негативных последствий, вызываемых ВЦВ. Добавление хлорида алюминия , сульфата алюминия или хлорида полиалюминия в глину может изменить поверхность глины и повысить ее эффективность в удалении НАВ из водоема. Добавление алюминийсодержащих соединений приводит к тому, что частицы глины приобретают положительный заряд, после чего эти частицы подвергаются флокуляции с вредными клетками водорослей. Затем клетки водорослей группируются вместе, образуя осадок , а не суспензию . Процесс флокуляции ограничит рост цветения и уменьшит воздействие, которое цветение может оказать на территорию. [195]
В Нидерландах успешное удаление водорослей и фосфатов из поверхностных вод было достигнуто путем перекачивания загрязненной воды через гидродинамический сепаратор. Очищенная вода освобождается от водорослей и содержит значительно меньшее количество фосфатов, поскольку удаленные клетки водорослей содержат много фосфатов. Очищенная вода также имеет более низкую мутность. В будущих проектах будет изучено положительное влияние на экологию и морскую жизнь, поскольку ожидается, что растительная жизнь будет восстановлена, а сокращение численности донной рыбы автоматически уменьшит мутность очищенной воды. Удаленные водоросли и фосфат могут попасть не в виде отходов, а в качестве сырья для биореакторов.
Другие эксперты предложили построить водоемы, чтобы предотвратить движение водорослей вниз по течению. Однако это может привести к росту водорослей в водоеме, которые становятся ловушками для отложений, в результате чего накапливаются питательные вещества. [189] Некоторые исследователи обнаружили, что интенсивное цветение водоемов было основным источником токсичных водорослей, наблюдаемых ниже по течению, но движение водорослей до сих пор менее изучено, хотя оно считается вероятной причиной переноса водорослей. [191] [196]
Сокращение популяций моллюсков, питающихся фильтратором, таких как устрицы , вероятно, способствует возникновению ВЦВ. [197] Таким образом, многочисленные исследовательские проекты оценивают потенциал восстановления популяций моллюсков для снижения встречаемости ВЦВ. [198] [199] [200]
Другие средства правовой защиты включают использование улучшенных методов мониторинга, попытки улучшить предсказуемость и тестирование новых потенциальных методов контроля ВЦВ. [72] Некоторые страны, окружающие Балтийское море, которое имеет самую большую в мире мертвую зону, рассматривают возможность использования масштабных геоинженерных вариантов, таких как нагнетание воздуха в придонные слои для их аэрации. [124]
Математические модели полезны для прогнозирования будущего цветения водорослей. [44]
Все большее число ученых соглашается с тем, что существует острая необходимость защитить население, имея возможность прогнозировать вредоносное цветение водорослей. [201] Один из способов добиться этого — использовать сложные датчики, которые помогут предупредить о потенциальном цветении растений. [202] Датчики того же типа могут также использоваться на водоочистных сооружениях, чтобы помочь им подготовиться к более высоким уровням токсичности. [201] [203]
Единственные используемые сейчас датчики расположены в Мексиканском заливе. В 2008 году аналогичные датчики в Персидском заливе предупредили о повышенном уровне токсинов, что привело к прекращению добычи моллюсков в Техасе, а также к отзыву мидий, моллюсков и устриц, что, возможно, спасло множество жизней. Эксперты заявляют, что с увеличением размера и частоты появления ВЦВ необходимо значительно больше датчиков, расположенных по всей стране. [201] Датчики такого же типа можно использовать для обнаружения угроз для питьевой воды в результате преднамеренного загрязнения. [204]
Спутниковые технологии и технологии дистанционного зондирования приобретают все большее значение для мониторинга, отслеживания и обнаружения ВЦВ. [205] [206] [207] Четыре федеральных агентства США — EPA, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), NOAA и Геологическая служба США (USGS) — работают над способами обнаружения и измерения цветения цианобактерий с использованием спутниковых данных. . [208] Эти данные могут помочь разработать индикаторы раннего предупреждения о цветении цианобактерий путем мониторинга как местного, так и национального охвата. [209] В 2016 году были успешно протестированы автоматизированные системы раннего предупреждения, которые впервые доказали свою способность выявлять быстрый рост водорослей и последующее истощение кислорода в воде. [210]
В июле 2016 года Флорида объявила чрезвычайное положение в четырех округах из-за цветения. Сообщалось, что они «уничтожают» ряд предприятий и наносят ущерб местной экономике, причем многие из них пришлось полностью закрыть. [253] Некоторые пляжи были закрыты, а бизнес в отелях и ресторанах упал. Также пострадали туристические спортивные мероприятия, такие как рыбалка и катание на лодках. [254] [255]
В 2019 году самое большое цветение саргассума , которое когда-либо наблюдалось, привело к кризису в туристической индустрии Северной Америки . Это событие , вероятно, было вызвано изменением климата и загрязнением питательных веществ удобрениями . [256] Несколько стран Карибского бассейна рассматривали возможность объявления чрезвычайного положения из-за воздействия на туризм в результате экологического ущерба и потенциально токсичных и вредных последствий для здоровья. [257]
В заливе Мэн часто наблюдается цветение динофлагелляты Alexandriumfundyense , организма, вырабатывающего сакситоксин , нейротоксин, ответственный за паралитическое отравление моллюсками . Хорошо известный «красный прилив Флориды», возникающий в Мексиканском заливе, представляет собой ВЦВ, вызываемый Karenia brevis , еще одной динофлагеллятой, которая вырабатывает бреветоксин, нейротоксин, ответственный за нейротоксичное отравление моллюсками . В прибрежных водах Калифорнии также наблюдается сезонное цветение Pseudo-nitzschia , диатомовой водоросли, которая, как известно, производит домоевую кислоту , нейротоксин, ответственный за амнестическое отравление моллюсками .
Термин «красный прилив» чаще всего используется в США для обозначения цветения Karenia brevis в восточной части Мексиканского залива , также называемого красным приливом во Флориде. K. brevis — один из многих видов рода Karenia , обитающих в мировом океане. [258]
Большие успехи произошли в изучении динофлагеллят и их геномики. Некоторые из них включают идентификацию генов, продуцирующих токсины ( гены PKS ), исследование изменений окружающей среды (температура, свет/темнота и т. д.), влияющих на экспрессию генов, а также оценку сложности генома Карении . [258] Эти цветения были зарегистрированы с 1800-х годов и происходят почти ежегодно вдоль побережья Флориды. [258]
В 1980-х и 1990-х годах возросла исследовательская деятельность по изучению вредоносного цветения водорослей (ВЦВ). В первую очередь это было вызвано вниманием средств массовой информации в связи с открытием новых организмов ВЦВ и потенциальными неблагоприятными последствиями для здоровья их воздействия на животных и людей. [259] [ необходима полная цитата ] Красные приливы во Флориде распространились до восточного побережья Мексики. [258] Плотность этих организмов во время цветения может превышать десятки миллионов клеток на литр морской воды и часто окрашивает воду в глубокий красновато-коричневый оттенок.
Красный прилив также иногда используется для описания вредоносного цветения водорослей на северо-восточном побережье США, особенно в заливе Мэн . Этот тип цветения вызван другим видом динофлагеллят, известным как Alexandriumfundyense . Такое цветение организмов вызывает серьезные нарушения рыболовства в этих водах, поскольку токсины в этих организмах приводят к тому, что моллюски-фильтраторы в пораженных водах становятся ядовитыми для потребления человеком из-за сакситоксина. [260]
Родственный Alexandrium monilatum встречается в субтропических или тропических мелководных морях и эстуариях западной части Атлантического океана , Карибского моря , Мексиканского залива и восточной части Тихого океана .
Природным водоемам в Техасе угрожает антропогенная деятельность из-за крупных нефтеперерабатывающих заводов и нефтяных скважин (т.е. выбросов и сбросов сточных вод), массовой сельскохозяйственной деятельности (т.е. выброса пестицидов) и добычи полезных ископаемых (т.е. токсичных сточных вод), а также природных явлений, включающих частые События ХАБ. Впервые в 1985 году в штате Техас было зафиксировано наличие цветения P. parvum (золотой водоросли) вдоль реки Пекос . Это явление затронуло 33 водохранилища в Техасе вдоль крупных речных систем, включая Бразос, Канадскую, Рио-Гранде, Колорадо и Ред-Ривер, и привело к гибели более 27 миллионов рыб и причинило ущерб на десятки миллионов долларов. [261]
.jpg/1280px-July_12,_2013_-_Sassafras_River,_VA_Algal_Bloom_(9321804011).jpg)
Чесапикский залив , крупнейшее устье реки США, на протяжении десятилетий страдал от повторяющихся крупных цветений водорослей из-за химических стоков из множества источников, [262] включая 9 крупных рек и 141 меньший ручей и ручей в некоторых частях шести штатов. Кроме того, вода довольно мелкая и лишь 1% попадающих в нее отходов смывается в океан. [50]
По весу 60% фосфатов, поступивших в залив в 2003 году, поступили с очистных сооружений, а 60% нитратов поступили со стоками удобрений, отходами сельскохозяйственных животных и атмосферой. [50] Ежегодно в залив добавляется около 300 миллионов фунтов (140 Гг) нитратов. [263] Увеличение населения в водоразделе залива с 3,7 миллионов человек в 1940 году до 18 миллионов в 2015 году также является важным фактором, [50] поскольку экономический рост приводит к увеличению использования удобрений и увеличению выбросов промышленных отходов. [264] [265]
По состоянию на 2015 год шесть штатов и местные органы власти в водоразделе Чесапика модернизировали свои очистные сооружения для контроля выбросов питательных веществ. По оценкам Агентства по охране окружающей среды США (EPA), модернизация очистных сооружений в регионе Чесапик в период с 1985 по 2015 год предотвратила сброс 900 миллионов фунтов (410 Гг) питательных веществ, при этом выбросы азота сократились на 57%, а сбросы фосфора - на 75%. [266] Загрязнение сельскохозяйственных и городских стоков по-прежнему остается основным источником питательных веществ в заливе, и усилия по решению этих проблем продолжаются на всей территории водораздела площадью 64 000 квадратных миль (170 000 км 2 ). [267]
Недавнее цветение водорослей в озере Эри было вызвано в основном сельскохозяйственными стоками и привело к тому, что некоторым людям в Канаде и Огайо предупредили не пить воду. [268] [269] Международная объединенная комиссия призвала США и Канаду резко сократить нагрузку фосфора в озеро Эри, чтобы устранить угрозу. [270] [271] [272]
В Грин-Бей есть мертвая зона, вызванная загрязнением фосфором, которое, похоже, становится все хуже. [273]
Озеро Окичоби — идеальная среда обитания для цианобактерий, поскольку оно мелкое, солнечное и насыщено питательными веществами, полученными в результате сельского хозяйства Флориды. [274] Водный путь Окичоби соединяет озеро с Атлантическим океаном и Мексиканским заливом через реки Сент-Люси и Калузахатчи соответственно. Это означает, что вредное цветение водорослей переносится в устья рек, когда вода высвобождается во влажные летние месяцы. В июле 2018 года до 90% озера Окичоби было покрыто водорослями. [275] [276] Вода, вытекающая из озера, наполнила этот регион неприятным запахом и вызвала проблемы с дыханием у некоторых людей в течение следующего месяца. [277] Что еще хуже, вредные красные приливы исторически распространены на побережьях Флориды в те же летние месяцы. [278] Цианобактерии в реках умирают, когда достигают соленой воды, но их азотфиксация питает красный прилив на побережье. [278] Таким образом , районы в устьях эстуариев, такие как Кейп-Корал и Порт-Сент-Люси, испытывают совокупное воздействие обоих типов вредоносного цветения водорослей. Бригады по очистке, нанятые властями округа Ли , где Калузахатчи впадает в Мексиканский залив, в августе 2018 года удалили более 1700 тонн мертвых морских обитателей. [279]
В 2020 году крупное вредоносное цветение водорослей закрыло пляжи в Польше и Финляндии, вызванное сочетанием стока удобрений и сильной жары, что создало риск для зарослей камбалы и мидий. [280] [281] Группа действий Балтийского моря рассматривает это как угрозу биоразнообразию и региональным рыбным запасам. [282]
Открытая дефекация распространена в Южной Азии, но человеческие отходы часто упускают из виду источник загрязнения питательными веществами при моделировании загрязнения морской среды. Когда азот (N) и фосфор (P), вносимые человеческими отходами, были включены в модели для Бангладеш, Индии и Пакистана, расчетные поступления N и P в водоемы увеличились на один-два порядка по сравнению с предыдущими моделями. [46] Речной экспорт питательных веществ в прибрежные моря увеличивает потенциал прибрежной эвтрофикации (ICEP). ICEP реки Годавари в три раза выше, если учесть поступления N и P из отходов жизнедеятельности человека.
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)По закону сбросы сельскохозяйственных ливневых вод и возвратные потоки орошаемого земледелия не являются «точечными источниками».