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有哪些典型的由农业引首的环境混浊事件?

2022-01-22 05:22分类:审批资金 阅读:

谁是墨西哥湾鱼虾去世亡的元恶?

1. 倒霉来袭

美国墨西哥湾气候和煦,经济发达,是著名的渔业产地和旅游胜地。然后,恬静平和的背后,人们并不明白一场倒霉在黑流涌动。20世纪50年代旁边,美国墨西哥湾的渔民们屡次诉苦夏日的鱼虾产量骤减,但这并别国引首人们的注意。随着时间的推移,夏日鱼虾减产愈发厉重,甚至在海滩出现大范围鱼类去世亡形象[1]。为了追查鱼虾去世亡的究竟,科学家们对墨西哥湾打开了调查。

Fig. 1 水下摄像机拍摄到的鱼虾去世亡照片[1]

由于墨西哥湾存在一些油井,科学家最起首狐疑“原油显露”导致了鱼类去世亡。可随着调查的深入,科学家发现鱼类去世亡形象是有必定季节规律的:其只出而今春深盛夏时节,秋冬季节特地贵重——这明晰与原油显露无关,总不克墨西哥湾每年固定一段时间漏油吧?!其次,鱼类去世亡常常与当地“赤潮”形象同时发生,鱼类是不是中毒去世亡?检测后发现,水华形象会产生一些毒素,但是其剂量不敷以短时间内大范围的杀去世海鱼。到这边,科学家们走入了去世胡同,到底是什么杀去世了这么众鱼呢?

2. 去世因浮现

1979年,经过众年的生态环境调查,美国莱斯大学 (Rice University)的Dr. Calvin H. Ward公开发外调查了局,称墨西哥湾地区存在大范围的缺氧窒休区(Shelf Hypoxia)。从此之后,科学家们慢慢认识到鱼类及其他海洋生物的去世亡的因为是缺氧窒休,一向来讲,就是鱼虾在海水里“淹去世”了,水里缺氧导致溺亡。让俺们想象一下,红色的海水中四处飘舞着去世鱼去世虾,除了泛滥的藻类,别国任何活物的踪迹;渔民冒着风浪出海,除了水藻,一无所获!因此,美国人那些缺氧窒休区命名为“Dead Zone”。

Fig. 2 Dr. Calvin H. Ward[2] (Calvin H. Ward website )

Tip 1:讲到这边,需求给老手补个背景知识,为什么鱼会被淹去世?地球上的动物大单方都需求氧气来进动新陈代谢,包括人类、哺乳动物、鸟、鱼、虾和贝壳类动物。人类摄取氧气紧急依附呼吸大气,但是鱼类别国大气这么雄厚的氧气来源,由于氧气在水中的熔解度很矮,常温下可能10mg/L旁边,基本上一方水中只有10g氧气,因此人类会被淹去世。鱼类可以或许议定鱼鳃来摄取水中的熔解的氧气(Dissolved Oxygen, DO),但是这并不代外没关联鱼类全盘不需求氧气,下图是各栽鱼类对熔解氧的最矮恳求。倘若由于某栽因为,水中熔解氧含量太矮,鱼鳃也没手腕摄取氧气,鱼类就窒休而去世,因此类比成“淹去世”。

墨西哥湾地区的缺氧窒休区被发现以后,美国科学家们从两方面打开钻研,第一是缺氧窒休区的范围调查,第二是缺氧窒休区的成因分析。

花开两朵,各外一枝。1985年首,在美国NOAA的资助下,路易斯安那州大学的Dr. Rabalais领导开展了墨西哥湾地区缺氧窒休区的调查。每年夏季,科研人员们乘坐轮船进入墨西哥湾,在分别的采样点采集海水样品,搜集海水的物理化学数据。图3就是每年夏日监测的取样点规划图。

Fig.3 Cruise Station Map:Map of stations visited during the annual shelf-wide cruise.[3]

数据搜集完善后,科研人员战胜监测数据制作每年的缺氧窒休区范围图,如图4(2014年)。图4中用分别颜色来代外海水中的熔解度,颜色越红代外氧气含量越矮,矮于2 mg/L就会出现缺氧窒休。

Fig. 4 2014年墨西哥湾地区底层海水熔解氧含量图

战胜不好看测了局,从1985至2014年30年间,墨西哥湾缺氧窒休区的平均面积达13,650 平方公里,介于天津市(11,920 km2)和北京市(16,411 km2)之间; 最大的缺氧窒休区面积出而今2002年,面积约 22,000 km2, 差不众是两个天津市的面积。大范围的缺氧窒休区内鱼虾绝迹、贝类罕至,这栽情况对渔业、旅游业及生态环境都是极大的蹂躏。人们不禁要问,这场倒霉的恶手是谁?谁制造了Dead Zone?谁又是幕后恶手?

4. 疑虑犯落网

2002年,经过众年静心钻研,Dr. Nancy Rabalais 综相符了古人的钻研成绩,撰文论述了墨西哥湾缺氧窒休区的成因、规律、发展史以及对海洋生态体系的影响。对于墨西哥湾的缺氧窒休区,Dr. Rabalais指出,海水分层和富营养化是两大紧急因为。

Fig. 5 Scientist Dr. Nancy Rabalais and student measuring oxygen levels in the Gulf of Mexico [4]

起首,墨西哥湾的淡水紧急来自密西西比河。夏日的密西西比河水量充满,水温较高,河水流入海洋后与原先的海水产生了密度差。再加上夏日风浪较小,墨西哥湾海水很少存在上下滚动,形成基层海水与表层淡水的分层形象。由于分层明晰,底层的海水得不到空气的氧气补给,熔解氧含量较矮。

其次,密西西比河河水中富含营养物质,紧急包括无机态的N和P,刺激了墨西哥湾的藻类疯狂生长,形成“水华”或者“赤潮”。藻类去世亡后的残骸会沉入海底,成为底层分解者的能量来源。分解者的新陈代谢也需求氧气,于是海底仅剩不众的氧气很快被斲丧殆尽,再加上海水分层造成的补给不敷,底层海水结尾形成“缺氧区”。随着藻类残骸越来越众,底层的缺氧区慢慢扩大并向上伸长,末端蔓延到海水表层,整个区域熔解氧含量骤减,出现大范围的缺氧窒休区。

倘若缺氧窒休区形成较慢,鱼类有机会逃离至盛世地带;倘若由于栽栽因为,缺氧窒休区成型较快且范围较广,鱼类来不敷逃离,不可避免的溺去世在缺氧窒休区,出现大范围鱼群去世亡的惨剧。夏日事后,秋冬季节海水分层削弱且藻类生长变缓,缺氧窒休区形成的环境不存在,窒休区也慢慢消亡了。直到来年夏季,同样的环境,同样的情况,同样的缺氧窒休区万籁无声的出现。

Fig. 6 Nutrient-based Hypoxia Formation: [4]

1) Nutrient-rich water flows in, 2) Algae grow, feed, and die, 3) Zooplankton eat the algae, 4) Bacteria feed on fecal pellets and dead algae, 5) Bacteria deplete the water of oxygen, 6) Marine life flees or dies

这边有一个Flash动画介绍了缺氧窒休区的产生过程,感笑趣的没关联看一下:

Hypoxia in the Northern Gulf of Mexico

Tip 2: 什么是富营养化?地球上的生物生长紧急需求六大营养元素——C、H、O、N、P、K. 由于空气中有C,海水中有H和O, 和一单方K,海洋中的比较匮乏N 和P。倘若水体内有较众的N P补给,六大营养元素齐备,该水体就处于富营养化阶段。富营养化有便宜也有污点,最大的污点是生长藻类。

5. 谁是真恶?

上文挑到,海水分层和富营养化是缺氧窒休区产生的两大因为,那到底哪个是真实的恶手呢?为了找到真恶,科学家们做了一个逻辑上的表明题。海水分层是由于墨西哥湾神奇的情况导致的,相对来说存在时间较长;富营养化是1950s以来深远出现的。因此,倘若富营养化出现旧日就接连有缺氧窒休区,那真恶是当地神奇的布局和洽候条件;倘若富营养化出现之后才有了缺氧窒休区,那真恶就是水体的富营养化。

由于1985年之前的数据较为匮乏,科学家们奥妙地运用海底淤泥表明富营养化才是缺氧窒休的紧急诱因,关键证据如下:

1950s以来,浮游生物的生产率与海洋藻类生长相关;1950s以来,底部水体熔解氧匮乏愈发厉重;海底淤泥模拟实验出现,海水熔解氧的缩短与外层海水初级生产力的增长关联炎诚。 (细腻表明商量过程见参考文献[5],感笑趣的没关联往看一下)

基于以上一系列证据,科学家们表知晓海水富营养化是缺氧窒休区形成的紧急诱因,即海洋鱼虾去世于富营养化导致的缺氧窒休。至此,鱼虾去世亡惨案的真恶被“缉拿归案”。

6. 幕后黑手

鱼虾去世亡惨案的真恶找到后,科学家们又起首钻研其背后的故事。Tip2挑到,墨西哥湾地区雄厚的N、P补给是富营养化出现的前挑条件,这些营养元素紧急来自密西西比河的农业混浊物。二十世纪以来,由于人口增长和农业举动撑持产业准创立,美国在中部大平原地区大力发展农业,尤其是中部大范围的栽种玉米,获得了“玉米带”(Corn Belt)的名号。高强度的农业生产分泌了大量的淡水和无机营养盐,紧急因为包括:

化胖的深远行使;农业排水的建设;湿地沼泽的开垦;人口增长导致浑水排放,etc.

美国USGS做了一项调查,发现墨西哥湾的农业混浊物排放量中,70%以上的N、P来自于农业生产,其中粮食作物生产贡献了66%的N和43%的P,牧草生产贡献了5%的N和37%的P。

Fig. 7 Sources of nutrients delivered to the Gulf of Mexico [5]

到末端,美国人民才发现,原来鱼虾去世亡的幕后黑手竟然是本身,是每一个吃面包、喝牛奶、烤牛排和炸鸡翅的美国人!为难之余,美国人民在一系列的环境混浊倒霉的刺激下起首自俺逆思,从而引发了二十世纪七十年代以来的环保行动思潮并接连至今。那么,美国人是如何面对“Dead Zone”的题目,开发了那些技术,执动成果又如何呢?请听下回分解。

(已添加:美国有哪些缩短农业非点源混浊的技术? - 刘文龙的回应)

后记:固然全文中紧急以美国墨西哥湾为例来探讨农业非电源混浊题目,俺国也存在厉峻的环保压力。回顾美国的环保史,笔者祈看咱们可以或许以史为鉴,缩短俺们在环保题目上走的曲路和付的学费。

The end.

PS:

除了标注以外,本文的内容均为原创,请爱戴知识产权,未经拥护不得转载。由于作者经验程度有限,遗漏之处在所不免。如有分别偏见,接待商量,拒绝拍砖~既然都看到这边了,说明仿效很有耐烦的嘛~ 而今笔者亟需打破“零拉黑”记录,接待老手踊跃报名!

References:

[1] Sally Ride EarthKAM

[2] Calvin H. Ward : Rice University Civil and Environmental Engineering

[3]

Hypoxia in the Northern Gulf of Mexico

[4] Hypoxia in the Northern Gulf of Mexico

[5] JSTOR: Annual Review of Ecology and Systematics, Vol. 33 (2002), pp. 235-263

[6]USGS NAWQA: Nutrient Delivery to the Gulf of Mexico

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