水体富营养化

今天我要讲的是水体富营养化，我将从以下6个部分进行讲解。

水是人类宝贵的自然资源。

地球上的生命都离不开水。

和海洋相比,地球的淡水比例仅占2.8%左右,其中99%以上蕴藏在南北两极的冰雪中或地卜。

更令人担忧的是,这数量极有限的淡水,正越来越多地受到污染。

保护和更有效合理利用水资源,是世界各国政府面临的一项紧迫任务。

随着工农业的发展,地表水的污染问题日益突出。

在20世纪60年代,发达国家部分水体发生赤潮和藻类水华,引起了人们的关注。

关于富营养化的第一个确实的、科学的观察是在19世纪20年代。

当时瑞士的莫尔登湖(Murtensee)湖水变成红褐色。

周围居民以为是二百多年前德瑞战争中法国士兵血迹的回溯。

经过植物学家的观察,发现是由于大量红色颤藻的生长,而它的大量出现可能与畜牧业中大量施用肥料有关。

那什么是水体富营养化呢？水体富营养化是指生物所需氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量迅速下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。

二、水体富营养化的成因：1.天然：自然界的许多湖泊，在数千年前，或者更远年代的幼年时期，处于贫营养状态。

然而，随着时间的推移和环境的变化，湖泊一方面从天然降水中接纳氮、磷等营养物质；一方面因地表土壤的侵蚀和淋溶，使大量的营养元素进入湖内，湖泊水体的肥力增加，大量的浮游植物和其他水生植物生长繁殖，为草食性的甲壳纲动物、昆虫和鱼类提供了丰富的食料。

当这些动植物死亡后，它们的机体沉积在湖底，积累形成底泥沉积物。

残存的动植物残体不断分解，由此释放出的营养物质又被新的生物体所吸收。

2.人为：随着工农业生产大规模地迅速发展，“城市化”现象愈加明显，使得不断增加的人口，集中在一些水源丰富的特定地区。

人口集中的城市排放出的大量含有氮、磷营养物质的生活污水和工业污废水流入湖泊、河流和水库，增加了这些水体的营养物质的负荷量。

因此，水体富营养化的主要原因就是营养物质的增加，并且按照营养物质的来而形成水华或者赤潮的真凶就是大量生长的藻类。

形成蓝藻水华的藻类包括微囊藻(Microcystis)、鱼腥藻(Anabaena) 、颤藻(Oscillatoria) 和束丝藻(Aphanizomenon)等, 有时直链硅藻(Melosira)也伴随蓝藻大量滋生.微囊藻是富营养化湖泊藻类群落的优势种之一。

死亡时，造成水域大面积缺氧，鱼类生长受到影响。

某些微囊藻会产生微囊藻毒素，课诱发急性肝损伤和肝脏肿瘤。

鱼腥藻：是水华富营养化的标志实话鱼腥藻具有毒株，是一种低分子量的含氮生物碱，总结：由于这些藻类的大量生长，并产生肝毒素和神经毒素，使得供水安全得到挑战。

太湖流域调查表明：饮用受微囊藻毒素污染那个的水引起人群肝脏酶学指标的变化，导致肝脏功能损害。

微囊藻毒素是我国南方原发性肝癌高发的三大环境危险因素（微囊藻毒素、肝炎病毒和黄曲霉素）之一。

三、水体富营养化的指标：(1)总磷(TP)磷是水体初级生产力的限制性营养元素，过量磷的输入是引起水体富营养化的直接成因。

水体中磷的循环过程十分迅速，由于其它形态的磷可以转变为磷酸盐，因此常用总磷作为初级生产潜力的指标。

(2)总氮(TN)水体的总氮包括氨态氮、硝态及亚硝态氮和有机氮。

氮是生物的重要营养元素，有些情况它也是浮游植物的限制性营养元素，因此也常把它作为富营养化的指标变量。

(3)叶绿素(chl)水体富营养化导致浮游植物大量繁殖，因此常将水体叶绿素浓度作为直接反应富营养化程度主要指标，并用于表示藻类浓度。

(4)透明度(m)光是水体初级生产力的能源，水体透明度是光通量沿水深分布的量度，透明度下降可进一步引起水体生态体系破坏，常作为富营养化的外部因素。

(5)生化耗氧量(BOD5)生化耗氧量是指在微生物分解水体有机物的生化过程及氧化无机物所消耗的溶解氧，它可间接地反映水体中可生化降解的有机物的含量，了解水体被污染的程度。

其测定方法是：水样在满气密封的瓶中 20℃下培养 5 d，培养前后水样中的溶解氧(DO)的差值即为BOD5的值。

(6)化学耗氧量(CODMn)化学耗氧量指用氧化剂，一般用KMn O氧化水样中有机物及还原性无机物时消耗的4氧化剂相当的氧当量，它是示水体中有机物含量的一个粗略的物理量。

这是一个水体富营养化的评价标准，我们可以看到水体的营养化越严重，那么透明度就越低、总磷和总氮就越高，生物需氧量越高，浮游植物的生物量也越高。

五、水华的影响因子：内因：蓝藻具有以下几个生理特性, 能够适应富营养化浅水湖泊系统内的物理、化学、生物环境, 从而在种群演替中成为优势种。

其一, 蓝藻具有伪空泡(gasvacuoles)能够自行调节浮力改变其在水柱中的位置, 以适应水体中呈垂直方向分布的光照与营养的分布不均的问题从而有利于其从水体中获取有限的资源并最终成为优势种群;其二,即在：较低的光强下, 蓝藻具有较强的竞争优势而其又能适应高光强[ 23]和抗紫外线的干扰,其三, 适合宽幅的N/P变化和有效的利用间歇性营养盐供给。

一旦现有的营养盐因被利用而降低到一定的程度时就容易成为浮游植物的限制因子, 而营养盐的断断续续的供应则很可能导致一些浮游植物种类因营养盐限制而死亡。

而蓝藻由于其特殊的生理特性能耐受这些胁迫, 并通过形成群体的形式来对付外界的胁迫;其四, 蓝藻拥有CO2浓缩机制并通过复杂的生物化学反应机制形成对高温的适应[ 28 ～ 30] 。

蓝藻具有比其它藻类更高的CO2和无机碳浓缩能力,使自己在低碳环境中能有效地利用碳源, 从而比其它藻类具有较快的繁殖生长速度, 竞争上占优势。

水华藻类动态变化受其内部生理特征和外部驱动因素的综合作用．影响藻类生长的外部因素不仅包括物理、化学和生物等因素，如阳光、营养盐类、透明度、水温和pH 值等，同时也包括水体中的水动力条件，如流速［1-2］、流量［3］和水体扰动［4-5］等．水体中的水动力条件与藻类的生长繁殖有着密切的关系，它们不仅能直接作用于藻类，还对水体中营养盐状况与水温层结构有明显的影响，并间接作用于水体富营养化，因而是影响水体富营养化状态和进程的主要自然因素．在河流与河口，当流速较缓、流量适中的时候，浮游植物在适宜的营养条件下密度往往会显著增加，而在流速大、流量大的水体中藻类密度较小; 在湖泊水库，由风场所形成的扰动不仅会导致局部出现大量的水藻，且能发现藻类生长快于水体静止的情况．大量的研究表明，水动力条件影响着藻类的生长，优势种演替、聚集，同时对各种营养盐、污染物质、泥沙与沉积物的形态、传输和分布产生影响四、水华形成的危害富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用。

同时，因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生有害气体，当藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量会下降，水质将恶化，水体味觉和嗅觉变坏，鱼类及其它生物大量死亡，甚至会出现人和动物中毒现象。

造成的危害。

1)对饮用水源的污染。

很多水体是城市工业及生活用水的主要水源，富营养化使水体中有机质增加，病原菌孳生，并产生有害的藻毒素，危及饮用水的安全。

(2)对环境生态的影响。

水体具有重要的生态功能，富营养化会破坏其结构。

藻类等自养浮游生物，在解除了磷等营养元素的限制后，大量繁殖铺满水面，阻断光线向水底透射，使水底植物光合作用受阻，氧的释放量减少。

另外当藻类大量繁殖而营养枯竭时，会发生大面积死亡，进而发生分解，加剧了氧的消耗，两种作用的结果使水中溶解氧的浓度降低。

溶解氧浓度的降低会引起水生动物，特别是鱼类的死亡。

严重时水底形成厌氧条件，在细菌的作用下，硫被还原成为有毒的硫氢化合物，加上一些藻类本身散发腥味异臭，使水体腥臭难闻。

富营养化的最终发展将使水体库容因有机物残渣淤积而减小，水体生态结构破坏，生物链断裂，物种趋向单一，水体功能发生退化。

(3)对水体景观的影响。

富营养化水体，形成的绿毯，使水质变浑、透明度降低，有些藻类散发异臭，水体厌氧过程会产生有毒气体，这些过程使水体感官性状大大下降。

四、控制水体富营养化的技术控制水体中的营养盐浓度是传统的富营养化防治措施。

尽管不少通过控制氮和磷来防治富营养化的实践并没有取得理想的成功结果,但是这只能说明不能仅仅靠控制营养盐来防治湖泊富营养化,而并不意味着不需要控制营养盐。

控制包括含营养盐、有毒有害化学品等污染物的各类废水进入水体,是水体富营养化防治和管理的重要措施,尤其是有毒有害化学品。

截流等其他措施减少了外部营养物的负荷,但富营养型湖泊中的底部沉积物常是一个营养库,在一定条件下可不断释放磷。

如瑞典的Trummen湖,因生活污水严重污染而出现蓝藻水华,采取截流措施候10年仍未得到恢复。

其主要原因是底泥释放营养物。

采取疏浚挖底泥的方法,但有资料认为养鱼反而促进了富营养化,甚至提出了“鱼营养化”的概念。

他们认为鱼类虽然吞食了浮游植物,但还有许多促进富营养化的因素,如鱼粪、鱼的运动、代谢释放,改变浮游动物种群等。

关于浮游动物与藻类水华关系近年来也有许多报道,而鱼类的作用更多地可能是通过对浮游动物的选择性吞食而体现出来。

生物调控在欧洲得到深入研究和广泛应用,但是由于研究区域、研究对象以及研究范围的不同,往往难得到一致的结论与结果。

生物调控后湖泊能否保持清水状态,很大程度上依赖于恢复的水生高等植物的发展。

因此,水生高等植物被广泛应用于降低湖泊水体营养盐负荷、控制藻类生长、调节湖泊生态系统等。

尽管水生高等植物对湖泊生态系统有重要的调节作用,但是其自身也受到多方面的压力。

它不仅可吸附和转移来自面源的污染物、营养物,改善水质,而且可截留固定颗粒物1减少水体中的颗粒物和沉积率,同时湿地可以提供生物繁育生长栖息地,对于保护生物多样性、减少洪水危害、保持水土等具有重要意义,而且在湖泊周边建立和修复水陆交错带,是整个湖泊生态系统恢复的重要组成部分。

近10余年来,国内外科学家运用生态工程技术净化富营养化水体,恢复富营养化水体生态系统良性循环,取得了一些成功的经验但其费用较高,在发展中国家广泛采用还有困难。