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人类废水导致有害的藻类在南加州海岸繁殖

时间:2021-07-22 18:18

Human wastewater feeding harmful algae blooms off of Southern California’s coast

乍一看,南加州海岸波光粼粼的海水似乎很健康。但深入研究水中的化学成分就会发现,这里藻类含量高,氧气含量低。

据估计,居住在墨西哥蒂华纳到加州圣巴巴拉海岸的2300万人每天产生数吨的污水。污水经过水处理设施处理,除去一些可能有害的化学物质,然后排放到海洋表层以下深处。

但即使经过处理,污水仍然含有氮。专家们认为,由于污水被注入到地表以下如此深的地方——大约50米,或164英尺——当它到达水面时,剩余的氮会被稀释到足够的程度,而不会造成任何严重的负面后果。

但在一项新的研究中,加州大学洛杉矶分校的研究人员发现,经过处理的污水中的氮正在推动海洋藻类的大量生长和氧气的流失,这可能会对该地区的生态系统产生持久的影响。例如,从1997年到2000年,在从下加利福尼亚半岛到圣巴巴拉的沿海水域,被称为浮游植物的微型海洋藻类的生长比没有人类污水氮的情况下高出79%。

这个问题的出现在很大程度上是因为污水中的淡水比注入的海水密度要小,这导致污水上升到浮游植物生活的地方。这一现象被沿海地区强大的上升流加强了——在这个过程中,寒冷、营养丰富的水上升到地表,取代被风吹走的水。浮游植物利用氮来生长,废水中过量的氮导致浮游植物以比自然速率高得多的速度生长,这个过程被称为富营养化。

当浮游植物分解时,它们会消耗水中的氧气,留下一小片低氧的海洋,海洋动物很难在那里生存。这种现象主要是由于农业环境的径流而被观察到的,但加州大学洛杉矶分校的研究是第一个证明这个问题可能是因为生活在城市的人产生的废物而发生的研究。

“认为一个主要城市海岸暴露于强烈的电流可以体验富营养化非常新,”詹姆斯·威廉姆斯说,该研究的第一作者、加州大学洛杉矶分校的路易斯·b·Slichter地球和行星物理学教授和加州大学洛杉矶分校的一名成员研究所环境和可持续性。

多个机构按季节收集南加州沿海水域的化学样本,使其成为世界上监测最好的沿海生态系统之一。因此,研究人员知道海洋的化学成分正在发生变化——而这种变化是由人类废水、二氧化碳排放以及每年春夏发生的上升流等因素共同造成的,这些因素助长了浮游植物的大量繁殖。

但科学家们一直无法确定这些因素造成的变化的比例。

在这项新的研究中,McWilliams和他的团队梳理了各种影响的影响,发现人类向海洋中添加的氮有97%来自废水。研究人员创建了一个计算机模型,以重建进入海洋的河流、废水和降雨中的当地营养物质的数量,并解释了复杂的海洋和大气过程如何影响这些营养物质如何影响水的化学成分。

为了确认模型的准确性,研究人员将他们的结果与同一时期的实地观测和卫星测量结果进行了对比。

研究人员在两种情况下运行该模型——一种是没有添加氮的自然条件,另一种是包括污水、河流和大气中的氮。当比较两个模拟时,研究人员发现,如果去除人类污染,浮游植物的数量将减少一半。

Fayçal Kessouri是加州大学洛杉矶分校的博士后研究员,他领导了这项研究;其他作者来自华盛顿大学、国家海洋和大气管理局和南加州海岸水研究项目。

这项研究可以为改善人类排泄物管理中的氮处理提出建议。然而,加州大学洛杉矶分校大气和海洋科学助理教授、该研究的合著者Daniele Bianchi表示,改进现有做法的一个障碍是,目前从污水中去除氮的废水处理成本非常高。他说,改善废水再利用系统或使用海藻来清除化学物质可能是更便宜的选择。

目前正在进行更多的研究,以了解富营养化是如何影响南加州的海洋生物的。

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。