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]
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 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 ]
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 (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 ]
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…
{{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( помощь )