stringtranslate.com

Цветение водорослей

Очень большое цветение водорослей в озере Эри , Северная Америка, которое можно увидеть из космоса.

Цветение водорослей или цветение водорослей — это быстрое увеличение или накопление популяции водорослей в пресноводных или морских водных системах. Его часто можно узнать по изменению цвета воды из-за пигментов водорослей. [1] Термин «водоросли» охватывает многие типы водных фотосинтезирующих организмов, как макроскопические многоклеточные организмы, такие как морские водоросли , так и микроскопические одноклеточные организмы, такие как цианобактерии . [2]   Цветением водорослей обычно называют быстрый рост микроскопических одноклеточных водорослей, а не макроскопических водорослей. [3] Примером макроскопического цветения водорослей является лес из водорослей . [2]

Цветение водорослей является результатом попадания питательных веществ, таких как азот или фосфор, из различных источников (например, стоков удобрений или других форм загрязнения питательными веществами ), попадающих в водную систему и вызывающих чрезмерный рост водорослей. Цветение водорослей влияет на всю экосистему .

Последствия варьируются от безобидного питания высших трофических уровней до более вредных эффектов, таких как блокирование доступа солнечного света к другим организмам, снижение уровня кислорода в воде и, в зависимости от организма, выделение токсинов в воду. Цветение, которое может нанести вред животным или экологии, особенно такое цветение, при котором водоросли выделяют токсины, обычно называют « вредным цветением водорослей » (ВЦВ) и может привести к гибели рыбы, прекращению подачи воды жителям городов или штатам. пришлось закрыть рыболовство. Процесс избытка питательных веществ, приводящий к росту водорослей и истощению кислорода, называется эвтрофикацией .

Цветение водорослей и бактерий постоянно способствовало массовым вымираниям , вызванным глобальным потеплением в геологическом прошлом, например, во время вымирания в конце пермского периода , вызванного вулканизмом Сибирских траппов , и восстановлением биотики после массового вымирания. [4]

Характеристика Блума

Термин «цветение водорослей» определяется непоследовательно в зависимости от научной области и может варьироваться от «мини-цветения» [ когда его определяют как? ] безвредных водорослей к крупному и вредному цветению. [5] Поскольку водоросли — это широкий термин, включающий организмы самых разных размеров, скорости роста и потребностей в питательных веществах, не существует официально признанного порогового уровня того, что определяется как цветение. Поскольку научного консенсуса нет, цветение можно охарактеризовать и количественно оценить несколькими способами: измерение новой биомассы водорослей, концентрации фотосинтетического пигмента, количественная оценка негативного эффекта цветения или относительная концентрация водорослей по сравнению с остальной частью микробного сообщества. . [5] Например, определения цветения включали ситуации, когда концентрация хлорофилла превышает 100 мкг/л, [6] когда концентрация хлорофилла превышает 5 мкг/л, [7] когда концентрация хлорофилла у видов, считающихся цветущими, превышает 1000 мкг/л. клеток/мл, [8] и когда концентрация видов водорослей просто отклоняется от нормального роста. [9] [10]

Цветение является результатом попадания питательных веществ, необходимых конкретным водорослям, в местную водную систему. Это питательное вещество, ограничивающее рост, обычно представляет собой азот или фосфор, но также может содержать железо, витамины или аминокислоты. [2] Существует несколько механизмов добавления этих питательных веществ в воду. В открытом океане и вдоль береговой линии апвеллинг, вызванный как ветрами, так и топографическими особенностями дна океана, может привлекать питательные вещества в фотическую или освещенную солнцем зону океана. [11] В прибрежных регионах и в пресноводных системах сельскохозяйственные, городские и канализационные стоки могут вызывать цветение водорослей. [12]

Цветение водорослей, особенно крупные случаи цветения водорослей, может снизить прозрачность воды и обесцветить ее. [2] Фотосинтетические пигменты в клетках водорослей, такие как хлорофилл и фотозащитные пигменты, определяют цвет цветения водорослей. В зависимости от организма, его пигментов и глубины толщи воды цветение водорослей может быть зеленым, красным, коричневым, золотистым и фиолетовым. [2] Ярко-зеленое цветение в пресноводных системах часто является результатом деятельности цианобактерий (в просторечии известных как «сине-зеленые водоросли»), таких как Microcystis . [2] [13] Цветение может также состоять из макроводорослей ( нефитопланктонных ) видов. Эти цветы можно узнать по большим пластинкам водорослей, которые могут выбрасываться на береговую линию. [14]

Как только питательное вещество присутствует в воде, водоросли начинают расти гораздо быстрее, чем обычно. В мини-цветении этот быстрый рост приносит пользу всей экосистеме, обеспечивая пищу и питательные вещества для других организмов. [10]

Особо следует отметить вредоносное цветение водорослей (ВЦВ), которое представляет собой цветение водорослей, связанное с токсичным или иным образом вредным фитопланктоном. Многие виды могут вызывать вредоносное цветение водорослей. Например, Gymnodinium nagasakiense может вызывать вредные красные приливы , динофлагелляты Gonyaulax polygramma могут вызывать истощение кислорода и приводить к гибели крупных рыб, цианобактерии Microcystis aeruginosa могут выделять ядовитые токсины, а диатомовая водоросль Chaetoceros convolutus может повредить жабры рыб. [15]

Цветение пресноводных водорослей

Активность цианобактерий придает озеру кальдеры Коатепеке бирюзовый цвет.

Цветение пресноводных водорослей является результатом избытка питательных веществ , особенно некоторых фосфатов . [19] [20] Избыточные питательные вещества могут происходить из удобрений, которые вносятся в землю в сельскохозяйственных или рекреационных целях, а также из бытовых чистящих средств, содержащих фосфор . [21]

Сокращение поступления фосфора необходимо для предотвращения цветения растений, содержащих цианобактерии. [22] В озерах, которые летом стратифицируются, осенний оборот может высвободить значительные количества биодоступного фосфора, что потенциально может вызвать цветение водорослей, как только станет доступно достаточное количество фотосинтетического света. [23] Избыточные питательные вещества могут попасть в водосборы со стоком воды. [24] Причиной также считается избыток углерода и азота . Присутствие остаточного карбоната натрия действует как катализатор цветения водорослей, обеспечивая растворенный углекислый газ для усиления фотосинтеза в присутствии питательных веществ. [ нужна цитата ]

Когда фосфаты попадают в водные системы, более высокие концентрации вызывают усиленный рост водорослей и растений. Водоросли имеют тенденцию расти очень быстро при наличии большого количества питательных веществ, но каждая водоросль недолговечна, и в результате образуется высокая концентрация мертвого органического вещества, которое начинает разлагаться. Естественные разложители, присутствующие в воде, начинают разлагать мертвые водоросли, потребляя при этом растворенный кислород, присутствующий в воде. Это может привести к резкому уменьшению доступного растворенного кислорода для других водных организмов. Без достаточного количества растворенного кислорода в воде животные и растения могут погибнуть в больших количествах. Это также может быть известно как мертвая зона . [ нужна цитата ]

Цветение может наблюдаться в пресноводных аквариумах , когда рыбы перекормлены и излишки питательных веществ не усваиваются растениями. Они, как правило, вредны для рыб, и ситуацию можно исправить, подменив воду в аквариуме, а затем уменьшив количество подаваемого корма. [ нужна цитата ]

Цветение морских водорослей

Конкурирующая гипотеза изменчивости планктона [25]

Летом турбулентные штормы взбалтывают океан, добавляя питательные вещества в освещенные солнцем воды у поверхности. Каждую весну это вызывает безумие питания, которое приводит к массовому цветению фитопланктона. Крошечные молекулы, обнаруженные внутри этих микроскопических растений, собирают жизненную энергию солнечного света посредством фотосинтеза. Природные пигменты, называемые хлорофиллом, позволяют фитопланктону процветать в земных океанах и позволяют ученым наблюдать за цветением растений из космоса. Спутники определяют местонахождение и численность фитопланктона, определяя количество хлорофилла, присутствующего в прибрежных и открытых водах: чем выше концентрация, тем сильнее цветение. Наблюдения показывают, что цветение обычно длится до поздней весны или начала лета, когда запасы питательных веществ истощаются и хищный зоопланктон начинает выпасаться. Визуализация слева ниже использует данные NASA SeaWiFS для картирования популяций цветения. [16]

Исследование NAAMES , проведенное в период с 2015 по 2019 год, изучало аспекты динамики фитопланктона в океанских экосистемах и то, как такая динамика влияет на атмосферные аэрозоли , облака и климат. [26]

Во Франции граждан просят сообщать о окрашенной воде в рамках проекта PHENOMER. [27] Это помогает понять возникновение морского цветения. [ нужна цитата ]

Лесные пожары могут вызвать цветение фитопланктона в результате осаждения аэрозолей лесных пожаров в океане. [28]

Вредное цветение водорослей

Спутниковый снимок фитопланктона , циркулирующего вокруг шведского острова Готланд в Балтийском море , 2005 год.

Вредное цветение водорослей (ВЦВ) – это цветение водорослей, которое оказывает негативное воздействие на другие организмы посредством выработки природных токсинов, механического повреждения других организмов или другими способами. Разнообразие этих ВЦВ еще больше усложняет управление ими и создает множество проблем, особенно для прибрежных районов, находящихся под угрозой. [29] ВЦВ часто связаны с крупномасштабной морской смертностью и различными типами отравлений моллюсками . [30] Из-за негативного воздействия на экономику и здоровье ВЦВ часто подвергаются тщательному мониторингу. [31] [32]

Доказано, что HAB вреден для человека. Люди могут подвергнуться воздействию токсичных водорослей при прямом употреблении морепродуктов, содержащих токсины, плавании или других занятиях в воде, а также при вдыхании крошечных капель воздуха, содержащих токсины. [33]

Если событие HAB приводит к достаточно высокой концентрации водорослей, вода может обесцвечиваться или становиться мутной, ее цвет варьируется от фиолетового до почти розового, обычно красного или зеленого цвета. Не все цветения водорослей достаточно плотные, чтобы вызвать обесцвечивание воды. [ нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ↑ Феррис, Роберт (26 июля 2016 г.). «Почему в этом году так много цветет токсичных водорослей». CNBC . Проверено 27 июля 2016 г.
  2. ^ abcdef Барсанти, Лаура; Гуальтьери, Паоло (2014). Водоросли: анатомия, биохимия и биотехнология . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 1. ISBN 978-1-4398-6733-4.
  3. ^ Смайда, Теодор Дж. (июль 1997 г.). «Что такое цветение? Комментарий». Лимнология и океанография . 42 (5часть2): 1132–1136. Бибкод : 1997LimOc..42.1132S. дои : 10.4319/lo.1997.42.5_part_2.1132 .
  4. ^ Мэйс, Крис; Маклафлин, Стивен; Фрэнк, Трейси Д.; Филдинг, Кристофер Р.; Слейтер, Сэм М.; Вайда, Виви (17 сентября 2021 г.). «Смертельное цветение микробов задержало восстановление пресноводной экосистемы после вымирания в конце пермского периода». Природные коммуникации . 12 (1): 5511. Бибкод : 2021NatCo..12.5511M. дои : 10.1038/s41467-021-25711-3. ПМЦ 8448769 . ПМИД  34535650. 
  5. ^ аб Смайда, Теодор Дж. (1997). «Что такое цветение? Комментарий». Лимнология и океанография . 42 (5часть2): 1132–1136. Бибкод : 1997LimOc..42.1132S. дои : 10.4319/lo.1997.42.5_part_2.1132 . ISSN  1939-5590.
  6. ^ Тетт, П. (1987). «Экофизиология исключительного цветения». Рэпп. П.-в. Реун. Минусы. Межд. Исследовать. Мер . 187 : 47–60.
  7. ^ Йонссон, Пер Р.; Павия, Хенрик; Тот, Гунилла (7 июля 2009 г.). «Формирование вредоносного цветения водорослей нельзя объяснить аллелопатическими взаимодействиями». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (27): 11177–11182. Бибкод : 2009PNAS..10611177J. дои : 10.1073/pnas.0900964106 . ISSN  0027-8424. ПМК 2708709 . ПМИД  19549831. 
  8. ^ Ким, Х.Г. (1993). «Объем популяционных клеток и содержание углерода в моноспецифическом цветении динофлагеллят». В море цветет ядовитый фитопланктон . Развитие морской биологии. Том. 3. Эльзевир. стр. 769–773.
  9. ^ Паркер, М (1987). «Заключение дискуссий об исключительном цветении планктона: отчет организатора». Рэпп. П.-в. Реун. Минусы. Межд. Исследовать. Мер . 187 : 108–114.
  10. ^ Аб Карстенсен, Джейкоб; Хенриксен, Питер; Хейсканен, Анна-Стиина (январь 2007 г.). «Летнее цветение водорослей в мелководных эстуариях: определение, механизмы и связь с эвтрофикацией». Лимнология и океанография . 52 (1): 370–384. Бибкод : 2007LimOc..52..370C. дои : 10.4319/lo.2007.52.1.0370. ISSN  0024-3590. S2CID  15978578.
  11. ^ Халлеграефф, Густав М.; Андерсон, Дональд Марк; Чембелла, Аллан Д.; Эневолдсен, Хенрик О. (2004). Руководство по вредным морским микроводорослям (второе исправленное издание). Париж: ЮНЕСКО. ISBN 9231039482. ОКЛК  493956343.
  12. ^ Гилберт, Патрисия М.; Андерсон, Дональд М.; Жентьен, Патрик; Гранели, Эдна; Селлнер, Кевин Г. (2005). «Глобальные комплексные явления вредоносного цветения водорослей». Океанография . 8 (2): 130–141.
  13. ^ Джейкоби, Джин М; Коллиер, Дайан С; Уэлч, Юджин Б; Харди, Ф. Джоан; Крейтон, Мишель (2000). «Факторы окружающей среды, связанные с токсичным цветением Microcystis aeruginosa». Канадский журнал рыболовства и водных наук . 57 (1): 231–240. дои : 10.1139/f99-234. ISSN  0706-652X.
  14. ^ Лю, Дунъянь; Кизинг, Джон К.; Син, Цяньго; Ши, Пин (1 июня 2009 г.). «Крупнейшее в мире цветение макроводорослей, вызванное расширением аквакультуры морских водорослей в Китае». Бюллетень о загрязнении морской среды . 58 (6): 888–895. Бибкод : 2009MarPB..58..888L. doi :10.1016/j.marpolbul.2009.01.013. ISSN  0025-326X. ПМИД  19261301.
  15. ^ Халлеграф, GM (1993). «Обзор вредоносного цветения водорослей и их очевидного глобального увеличения». Психология . 32 (2): 79–99. Бибкод : 1993Phyco..32...79H. дои : 10.2216/i0031-8884-32-2-79.1.
  16. ^ abc Super Blooms NASA Visualization Explorer , 8 мая 2012 г. Всеобщее достояниеВ эту статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  17. ^ Рост прибрежного фитопланктона, 30 мая 2023 г., Земная обсерватория НАСА . Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  18. ^ Дай, Яньхуэй; Ян, Шанбо; Чжао, Дэн; Ху, Чуанмин; Сюй, Ван; Андерсон, Дональд М.; Ли, Юн; Сун, Сяо-Пэн; Бойс, Дэниел Г.; Гибсон, Люк; Чжэн, Чуньмяо; Фэн, Лиан (1 марта 2023 г.). «Цветение прибрежного фитопланктона расширяется и усиливается в 21 веке». Природа . ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа». 615 (7951): 280–284. Бибкод : 2023Natur.615..280D. дои : 10.1038/s41586-023-05760-y. ISSN  0028-0836. ПМЦ 9995273 . PMID  36859547. S2CID  257282794. 
  19. ^ Дирслинг, Нэнси. «Цветение фитопланктона: основы» (PDF) . Национальный морской заповедник Флорида-Кис . НОАА. Архивировано (PDF) из оригинала 15 октября 2011 г. Проверено 26 декабря 2012 г.
  20. ↑ Хочанадел, Дэйв (10 декабря 2010 г.). «Ограниченное количество общего фосфора на самом деле питает водоросли, как показало исследование». Озерный учёный . Проверено 10 июня 2012 г. По словам Майкла Бретта, профессора инженерии Университета Вашингтона, [B]ioдоступный фосфор – фосфор, который может быть использован растениями и бактериями – составляет лишь часть от общего количества…
  21. ^ Гилберт, Пенсильвания; Деджонг, Алабама (1978). «Использование фосфата в моющих средствах и возможные замены фосфата». В Рут Портер; Дэвид В. Фицсаймонс (ред.). Симпозиум 57 Фонда Ciba - Фосфор в окружающей среде: его химия и биохимия . Симпозиумы Фонда Новартис. Том. 57. С. 253–268. дои : 10.1002/9780470720387.ch14. ISBN 9780470720387. ПМИД  249679. {{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )
  22. ^ Хиггинс, Скотт Н.; Патерсон, Майкл Дж.; Хекки, Роберт Э.; Шиндлер, Дэвид В.; Венкитесваран, Джейсон Дж.; Финдли, Дэвид Л. (сентябрь 2018 г.). «Биологическая фиксация азота предотвращает реакцию эвтрофного озера на пониженную нагрузку азота: данные 46-летнего эксперимента на всем озере». Экосистемы . 21 (6): 1088–1100. Бибкод : 2018Ecosy..21.1088H. дои : 10.1007/s10021-017-0204-2. ISSN  1432-9840. S2CID  26030685.
  23. ^ «Вызванное штормом увеличение поступления фосфора, полученного из отложений, в эпилимнион в небольшом пресноводном озере» . Пресноводная биологическая ассоциация. 18 ноября 2014 г. Архивировано из оригинала 26 октября 2019 г. . Проверено 26 октября 2019 г.
  24. ^ Латроп, Ричард К.; Карпентер, Стивен Р.; Панушка, Джон К.; Соранно, Патрисия А.; Стоу, Крейг А. (1 мая 1998 г.). «Сокращение нагрузки фосфором необходимо для борьбы с цветением сине-зеленых водорослей в озере Мендота». Канадский журнал рыболовства и водных наук . 55 (5): 1169–1178. doi : 10.1139/cjfas-55-5-1169 . Проверено 13 апреля 2008 г.
  25. ^ Беренфельд, М.Дж. и Босс, Э.С. (2018) «Учебное пособие для студентов по гипотезам цветения в контексте годовых циклов фитопланктона». Биология глобальных изменений , 24 (1): 55–77. дои : 10.1111/gcb.13858.
  26. ^ Беренфельд, Майкл Дж.; Мур, Ричард Х.; Хостетлер, Крис А.; Графф, Джейсон; Гаубе, Питер; Рассел, Линн М.; Чен, Гао; Дони, Скотт С .; Джованнони, Стивен; Лю, Хунъюй; Проктор, Кристофер (22 марта 2019 г.). «Исследование аэрозолей и морской экосистемы Северной Атлантики (NAAMES): научный мотив и обзор миссии». Границы морской науки . 6 : 122. дои : 10.3389/fmars.2019.00122 . ISSN  2296-7745.
  27. ^ "Феномер". www.phenomer.org . Проверено 22 февраля 2022 г.
  28. ^ Тан, Вэйи; Ллорт, Джоан; Вайс, Якоб; Перрон, Морган М.Г.; Басарт, Сара; Ли, Цзучуань; Сатьендранатх, Шубха ; Джексон, Томас; Санс Родригес, Эстрелла; Проемс, Бернадетт К.; Боуи, Эндрю Р.; Шалленберг, Кристина; Стрэттон, Питер Г.; Матир, Ричард; Кассар, Николя (сентябрь 2021 г.). «Широкомасштабное цветение фитопланктона, вызванное лесными пожарами в Австралии в 2019–2020 годах». Природа . 597 (7876): 370–375. Бибкод : 2021Natur.597..370T. дои : 10.1038/s41586-021-03805-8. hdl : 2117/351768 . ISSN  1476-4687. PMID  34526706. S2CID  237536378.
  29. ^ Андерсон, Дональд (январь 2004 г.). «Предотвращение, контроль и смягчение вредного цветения водорослей: различные подходы к управлению ВЦВ». Исследовательские ворота . п. 2 . Проверено 26 марта 2020 г. .
  30. ^ «Вредное цветение водорослей: Красный прилив: Дом» . cdc.gov. Архивировано из оригинала 27 августа 2009 года . Проверено 23 августа 2009 г.
  31. ^ Флоридский научно-исследовательский институт рыбы и дикой природы. «Информация о текущем статусе Red Tide по всему штату». исследование.myfwc.com. Архивировано из оригинала 22 августа 2009 года . Проверено 23 августа 2009 г.
  32. ^ "Индекс Красного прилива". Tpwd.state.tx.us . Проверено 23 августа 2009 г.
  33. ^ «Болезнь и симптомы: цветение морских (морских) водорослей | Вредное цветение водорослей». CDC . 30 сентября 2021 г. Проверено 10 января 2022 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с цветением водорослей .
В Wikivoyage есть туристическая информация о цветении водорослей .