【生物環境】處處可見的藻華(algae bloom)是因為過量施肥?或者其他?

■伊利湖最近因為發生了嚴重的藻華狀態,使得位於俄亥俄州的Toledo市因為藍綠菌微囊藻(cyanobacteria )Microcystis 所產生的毒素,市長被迫在數週前要求市民不得飲用自來水。

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伊利湖,圖片來源:維基百科

撰文|葉綠舒

學過美國地理的朋友應該都知道五大湖吧!筆者當年就對五大湖印象深刻,後來才知道,原來五大湖的湖水深淺各不相同。

其中伊利湖(Lake Erie,左圖深藍色部分)是五大湖中水最淺的一個湖,平均水深只有18公尺,而西岸的水尤其淺。最近因為發生了嚴重的藻華狀態,使得位於俄亥俄州的Toledo市(位於伊利湖最西邊的尖角上)因為藍綠菌微囊藻(cyanobacteria )Microcystis 所產生的毒素,市長被迫在數週前要求市民不得飲用自來水。

但是,這樣的狀況其實在美國發生的頻率愈來愈高。去年在Toledo市附近的一個小城也因為同樣的理由必需要求市民改喝礦泉水。

有些人可能會想:為何不能把微囊藻的毒素去掉就好了呢?原來,被微囊藻污染的水,不能經由煮沸將毒素除掉--毒素不怕熱,而微囊藻會因為加熱煮沸而死亡,釋放更多的毒素到水中;要除掉毒素必需要加入化學藥劑以及使用活性炭才能去掉毒素,整個過程非常的昂貴。因此,一旦水中的微囊藻濃度超標,除了叫大家喝礦泉水之外別無他法。

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微囊藻(Microcystis aeruginosa)。圖片來源:維基百科

而這些微囊藻又怎麼會大量繁殖呢?原來是因為湖裡面的有機磷含量過高,使得微囊藻大量繁殖。過去,在伊利湖周邊的城市,為了解決有機磷排放的問題,已經規定洗潔精、洗衣粉等家用清潔劑不得使用含磷的產品;而這項措施使得排入伊利湖的有機磷減少了三分之二。原本以為這樣應該就可以不必再煩心藻華的問題,但是伊利湖附近的農場卻為附近的居民帶來了另一個問題:過量施肥。

原來,農場習慣在前一年的秋天、冬天或當年春天在作物尚未種植之前,先在田地裡施肥(應該是稱為基肥),這樣農作物種下去以後,就會有足夠的養分。可是這樣的施肥法,使得大部分的肥料(氮與磷)都隨著雨水流到附近的河流,以及湖泊--對於Toledo附近的居民來說,就是伊利湖。

估計農夫施放的肥料(主要是氮與磷),大約有60%都流走了;為什麼氮與磷會這麼容易流走呢?

原來,土壤顆粒的主要成分是矽酸鋁(Al2Si2O5·(OH)4),而矽酸鋁帶負電,造成陽離子容易吸附;但是植物能吸收的氮與磷的形式是硝酸根(NO3-)與磷酸根(PO4-3),這些都是帶負電的離子,當然與土壤顆粒同性相斥。於是造成氮與磷在土壤中很容易流失,而這兩種礦物質的缺乏,也是最容易影響到農作物產量的原因。

因此,農夫主要施放的肥料也以氮與磷為主。可是,放得愈多,隨著雨水流到附近的河川、湖泊的就愈多;氮與磷濃度上昇後,藻華就出現了。

事實上,伊利湖並不是唯一有藻華問題的湖泊。在美國本土50州,都有藻華的問題。包括家庭廢水中的清潔劑中的有機磷、農田施肥後隨灌溉水、雨水流出的氮與磷、牧場處理過的動物污水中的氮與磷,都使得河流與湖泊中的氮與磷濃度居高不下。

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農場不是唯一造成藻華的原因,牧場的污水也「貢獻良多」。 圖片來源:維基百科

藻華如果繼續發展下去,附近的生物也會因為缺乏光線、養分、氧氣等原因而死亡,使得附近的水體成為「死亡水域」(Dead zone)。死亡水域並不只有發生在淡水水域,近海也經常發生。在美國,今年(2014)密西西比河口的死亡海域約有一萬四千平方公里,大約是康乃狄克州(Connecticut)那麼大;而去年(2013)則有麻省(Massachusetts)那麼大(大約是二萬七千平方公里)。

類似的狀況在巴西與中國也年年出現。但是,回頭看現在在美國的俄亥俄州,由於圍繞在伊利湖周圍的居民都已經改用不含磷的家用清潔劑多年,使得農場成為眾矢之的。

但是,要讓農夫改變他的習慣很不容易。在美國國家廣播電台(NPR)的一篇報導中,幾位受訪的農場場主都不認為自己有過量施肥。而且他們在過去十年也已經將肥料的使用量降低了。

是否應該對於肥料的使用,以及牧場污水的處理的技術,進行更進一步的研究呢?相信應該已經有相關的專家在進行這方面的研究,只是,在問題真正解決之前,恐怕這件事在美國,年年還有得吵。

參考文獻:8/8/2014. David Biello. Deadly Algae Are Everywhere, Thanks to Agriculture

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本文感謝慈濟大學生命科學系 葉綠舒老師教學網站提供。

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