水體富營養(yǎng)化的成因及治理

1、咸陽實驗中學課題研究論文水體富營養(yǎng)化的成因及治理課題組組長：課題組成員：指導老師：水體富營養(yǎng)化的成因及治理摘要：水體富營養(yǎng)化是許多湖泊、水庫的主要環(huán)境問題，被人們形象的稱為“生態(tài)癌”本文簡要介紹其成因、危害及治理。關(guān)鍵詞： 水體富營養(yǎng)化；機理；危害；治理如今，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象屢見不鮮，結(jié)果導致水體污染、生物減少。我們要積極學習環(huán)保知識防止水體富營養(yǎng)化繼續(xù)擴散，保護我們寶貴的水資源。一、水體富營養(yǎng)化概念水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、 磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。在自然

2、條件下，湖泊也會從貧營養(yǎng)狀態(tài)過渡到富營養(yǎng)狀態(tài)，不過這種自然過程非常緩慢。 而人為排放含營養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所引起的水體富營養(yǎng)化則可以在短時間內(nèi)出現(xiàn)。水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象時，浮游藻類大量繁殖，形成水華。因占優(yōu)勢的浮游藻類的顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍色、紅色、棕色、乳白色等。這種現(xiàn)象在海洋中則叫做赤潮或紅潮。二、水體富營養(yǎng)化成因在地表淡水系統(tǒng)中， 磷酸鹽通常是植物生長的限制因素，而在海水系統(tǒng)中往往是氨氮和硝酸鹽限制植物的生長以及總的生產(chǎn)量。導致富營養(yǎng)化的物質(zhì)， 往往是這些水系統(tǒng)中含量有限的營養(yǎng)物質(zhì)，例如，在正常的淡水系統(tǒng)中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸鹽會導致植物的過度生長，而在海水系統(tǒng)中

3、磷是不缺的，而氮含量卻是有限的， 因而含氮污染物加入就會消除這一限制因素，從而出現(xiàn)植物的過度生長。 生活污水和化肥、 食品等工業(yè)的廢水以及農(nóng)田排水都含有大量的氮、磷及其他無機鹽類。天然水體接納這些廢水后，水中營養(yǎng)物質(zhì)增多，促使自養(yǎng)型生物旺盛生長， 特別是藍藻和紅藻的個體數(shù)量迅速增加， 而其他藻類的種類則逐漸減少。水體中的藻類本來以硅藻和綠藻為主， 藍藻的大量出現(xiàn)是富營養(yǎng)化的征兆，隨著富營養(yǎng)化的發(fā)展，最后變?yōu)橐运{藻為主。藻類繁殖迅速，生長周期短。藻類及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解， 不斷消耗水中的溶解氧， 或被厭氧微生物分解， 不斷產(chǎn)生硫化氫等氣體， 從兩個方面使水質(zhì)惡化， 造成魚類和其他

4、水生生物大量死亡。 藻類及其他浮游生物殘體在腐爛過程中， 又把大量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)釋放入水中，供新的一代藻類等生物利用。因此，富營養(yǎng)化了的水體，即使切斷外界營養(yǎng)物質(zhì)的來源，水體也很難恢復到正常狀態(tài)。三、營養(yǎng)物質(zhì)的來源水體中過量的氮、 磷等營養(yǎng)物質(zhì)主要來自未加處理或處理不完全的工業(yè)廢水和生活污水、有機垃圾和家畜家禽糞便以及農(nóng)施化肥， 其中最大的來源是農(nóng)田上施用的大量化肥。1、氮源農(nóng)田徑流挾帶的大量氨氮和硝酸鹽氮進入水體后， 改變了其中原有的氮平衡，促進某些適應(yīng)新條件的藻類種屬迅速增殖， 覆蓋了大面積水面。 例如我國南方水網(wǎng)地區(qū)一些湖叉河道中從農(nóng)田流入的大量的氮促進了水花生、 水葫蘆、水浮蓮、鴨

5、草等浮水植物的大量繁殖， 致使有些河段影響航運。 在這些水生植物死亡后，細菌將其分解，從而使其所在水體中增加了有機物，導致其進一步耗氧，使大批魚類死亡。 美國的有關(guān)研究部門發(fā)現(xiàn)， 含有尿素、 氨氮為主要氮形態(tài)的生活污水和人畜糞便， 排入水體后會使正常的氮循環(huán)變成“短路循環(huán)”， 即尿素和氨氮的大量排入， 破壞了正常的氮、 磷比例，并且導致在這一水域生存的浮游植物群落完全改變，原來正常的浮游植物群落是由硅藻、鞭毛蟲和腰鞭蟲組成的，而這些種群幾乎完全被藍藻、紅藻和小的鞭毛蟲類所取代。2、磷源水體中的過量磷主要來源于肥料、農(nóng)業(yè)廢棄物和城市污水。據(jù)有關(guān)資料說明，在過去的 15 年內(nèi)地表水的磷酸鹽含量增加

6、了25 倍，在美國進入水體的磷酸鹽有60是來自城市污水。在城市污水中磷酸鹽的主要來源是洗滌劑，它除了引起水體富營養(yǎng)化以外， 還使許多水體產(chǎn)生大量泡沫。 水體中過量的磷一方面來自外來的工業(yè)廢水和生活污水。另方面還有其內(nèi)源作用， 即水體中的底泥在還原狀態(tài)下會釋放磷酸鹽， 從而增加磷的含量， 特別是在一些因硝酸鹽引起的富營養(yǎng)化的湖泊中， 由于城市污水的排入使之更加復雜化，會使該系統(tǒng)迅速惡化， 即使停止加入磷酸鹽， 問題也不會解決。 這是因為多年來在底部沉積了大量的富含磷酸鹽的沉淀物，它由于不溶性的鐵鹽保護層作用通常是不會參與混合的。但是，當?shù)讓铀趿康投幱谶€原狀態(tài)時( 通常在夏季分層時出現(xiàn) )

7、，保護層消失，從而使磷酸鹽釋入水中所致。四、水體富營養(yǎng)化危害1、實例水體富營養(yǎng)化， 常導致水生生態(tài)系統(tǒng)紊亂， 水生生物種類減少， 多樣性受到破壞。昆明滇池水質(zhì)在 20 世紀 50 年代處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，到 80 年代則處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，大型水生植物種數(shù)由 50 年代的 44 種降至 20 種，浮游植物屬數(shù)由 87 屬降至 45 屬，土著魚種數(shù)由 15 種降至 4 種；武漢漢江在 1992 年發(fā)生水華時，藻類種群的多樣性指數(shù)也呈下降趨勢。 普遍的富營養(yǎng)造成多種用水功能的嚴重損害，甚至完全喪失。此外，由于藻類帶有明顯的魚腥味，從而影響飲用水質(zhì)。而藻類產(chǎn)生的毒素則會危害人類和動物的健康。2、水體富營養(yǎng)

8、化的危害主要表現(xiàn)在六個方面。(1) 降低水體的透明度。在富營養(yǎng)水體中，生長著以藍藻、綠藻為上風種類的大量水藻。這些水藻浮在湖水外貌，形成一層“綠色浮渣” ，使水質(zhì)變得污濁，透明度顯著降低， 富營養(yǎng)嚴重的水體透明度僅有 0.2 米，嚴重影響水中植物的光合作用和氧氣的釋放， 同時浮游生物的大量繁殖， 消耗了水中大量的氧， 使水中溶解氧嚴重不足， 而水面植物的光合作用， 則可能造成局部溶解氧的過飽和， 溶解氧過飽以及水中溶解氧少，都對水生動物有害，造成魚類大量死亡。(2) 富營養(yǎng)化水體底層堆積的有機物質(zhì)在厭氧條件下分解產(chǎn)生的有害氣體，以及一些浮游生物產(chǎn)生的生物毒素 ( 如石房蛤毒素 ) 也會傷害水生

9、動物。(3) 富營養(yǎng)化水中含有亞硝酸鹽和硝酸鹽，人畜長期飲用這些物質(zhì)含量超過一定標準的水，會中毒致病等等。(4) 向水體釋放有毒物質(zhì)。富營養(yǎng)化對水質(zhì)的另一個影響是某些藻類能夠排泄、釋放有毒性的物質(zhì) , 有毒物質(zhì)進入水體后 , 若被牲口飲入體內(nèi) , 可引起牲口腸胃道疾病。(5) 對水生生態(tài)的影響在正常情況下，水體中種種生物都處于相對平衡的狀態(tài)。但是，一旦水體受到污染而出現(xiàn)富營養(yǎng)狀態(tài)時， 這種正常的生態(tài)平衡就會被擾亂，某些種類的生物明顯被淘汰， 而另外一些生物種類則顯著增長， 這種生物種類演替會導致水生生物的穩(wěn)固性和多樣性低落，破壞其生態(tài)平衡。(6) 影響旅游和航運。水體一旦發(fā)生富營養(yǎng)化，藻類就會

10、大量繁殖，水體透明度急劇降低，水質(zhì)污濁，水面藻華聚集，臭味彌漫，嚴重影響湖庫的旅游業(yè)，以致喪失旅游價值。另外，富營養(yǎng)水體中生長的大量浮游生物，還會堵塞航道，影響航運。五、水體富營養(yǎng)化防治對策1、物理方法(1) 污水分流。湖泊富營養(yǎng)化的一個重要原因就是外源污染。工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的污水直接排放到湖泊是造成湖泊水體營養(yǎng)鹽含量增加的主要原因。 通過對排放管道的改造，將污水的排放引至別處， 是防治湖泊富營養(yǎng)化重要的、 有效的措施。(2) 換水稀釋。湖泊內(nèi)營養(yǎng)鹽含量過多，通過換水稀釋可以直接將湖泊水體內(nèi)的營養(yǎng)鹽濃度降低，同時可以排除掉大量的營養(yǎng)鹽。(3) 深層排水。湖泊底層營養(yǎng)物含量高，一般而言，底層水的營養(yǎng)

11、鹽濃度高于表層水，當水流轉(zhuǎn)時，底層湖水進入上層，引起表層湖水營養(yǎng)物含量的增加。(4) 曝氣混合。采用機械攪拌、壓縮空氣、水泵、噴射泵等方法進行曝氣和促進水的流動，可以防止底泥釋放磷，改善氧氣狀況，加強礦化作用，降低浮游植物光合作用等效果。(5) 挖泥。富營養(yǎng)化湖泊中的底部沉積物常是一個營養(yǎng)庫，在一定條件下可不斷釋放磷，這稱為內(nèi)部負荷。當外部負荷減少后，內(nèi)部負荷可補償，使富營養(yǎng)化現(xiàn)象繼續(xù)存在， 挖泥可以直接去除底泥中的營養(yǎng)鹽含量， 減輕內(nèi)部負荷對湖泊的影響。(6) 機械收草藻。利用機械收割裝置直接收獲水草和藻戔可以直接改善湖泊的表層生態(tài)環(huán)境， 同時，水草和藻類本身就會吸收大量的營養(yǎng)鹽， 通過對它

12、們的收獲也可以從湖泊中去除營養(yǎng)鹽。2、化學方法(1) 深水曝氣技術(shù)。營養(yǎng)鹽類的大量注入，致使藻類及浮游生物異常繁殖，水體溶解氧急速下降， 在水與底泥的交界面甚至出現(xiàn)厭氧現(xiàn)象。 在深水進行人工曝氣，可以在不改變水體分層的狀態(tài)下提高溶解氧濃度；其次還可以降低氨氮、鐵、錳等離子性物質(zhì)的濃度 , 可有效改善厭氧狀況。(2) 營養(yǎng)物鈍化。利用鋁鹽與無機和顆粒磷產(chǎn)生沉淀，可以減少水體中磷的含量，鐵鹽 ( 氯鹽或鋁鹽 ) 、硫酸鋁鐵、泥土顆粒和石灰泥都有類似的功能，鈣鹽也是相當有效的營養(yǎng)物鈍化劑。3、生物方法(1) 水生植物修復技術(shù)。利用適合相應(yīng)湖體環(huán)境的水生植物及其共生的微環(huán)境，來去除水體中的污染物質(zhì)。

13、水生植物在其生長期間可有效吸收與富集水中和底質(zhì)中的營養(yǎng)鹽，起著“營養(yǎng)泵”和“營養(yǎng)庫”的作用。合理構(gòu)建并維持水生植物的生物量，可轉(zhuǎn)移出氮、磷等營養(yǎng)鹽，各類漂浮植物、浮葉植物、挺水植物和沉水植物等水生植被的恢復和重建可有效分配水體營養(yǎng)鹽， 避免單一優(yōu)勢種的過度滋生，保持水體凈化能力。(2) 水生動物修復技術(shù)在湖泊水庫生態(tài)系統(tǒng)中，水體中的藻類除受營養(yǎng)物質(zhì)的控制外，作為食物鏈中的構(gòu)成部分，也受到浮游動物和魚類的控制。因此，可以通過調(diào)控食物鏈的環(huán)節(jié)來達到改善湖泊水庫水質(zhì)的目的。 如魚類可以選擇性地吞食浮游動物或浮游植物， 而我們可以通過漁產(chǎn)品來削除污染。 水生高等植物和藻類在光能和營養(yǎng)物質(zhì)上是竟爭者，

14、在湖泊種植大型水生植物， 如蓮藕、曹蒲等可以克制浮游植物的生長，對改進水質(zhì)感觀性狀非常有利。(3) 生物膜技術(shù)。利用比表面積較大的天然材料或人工介質(zhì)為載體，利用其表面形成的粘液狀生物膜， 對污染水體進行凈化。 載體上富集的大量微生物能有效攔截、吸附、降解污染物質(zhì)。六、我國水體富營養(yǎng)化現(xiàn)狀及防治措施1 、現(xiàn)狀A(yù)、湖泊湖泊是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。 我國湖泊眾多， 分布廣泛，面積大于 1 km2的天然湖泊 2759個，總面積近 91020 km2，約占國土面積的 0.95 。但是，由于人為和自然原因，排入湖（庫）的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)不斷增加，我國湖( 庫)水體的環(huán)境現(xiàn)狀令人堪憂，富營養(yǎng)化的進程大

15、大加快。對我國131個主要湖泊和39個大中型水庫按湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范進行評價，結(jié)果表明：湖庫的富營養(yǎng)化狀況十分嚴重， 131個主要湖泊中，已達富營養(yǎng)程度的湖泊有 67個，占調(diào)查湖泊總數(shù)的 51.3%；已達富營養(yǎng)程度的水庫有 12座，占調(diào)查水庫總數(shù)的 30%（見表1）。表 1 中國主要湖泊和水庫營養(yǎng)狀況分類結(jié)果統(tǒng)計指標貧營養(yǎng)中營養(yǎng)富營養(yǎng)湖泊數(shù)量（個）95567占調(diào)查湖泊數(shù)（）6.9041.9051.20湖泊面積（ km2）5477.8016525.7011029.90占湖泊的總面積（）16.6050.033.4水庫數(shù)量（個）101712占調(diào)查水庫數(shù)（）25.6043.6030.805337.3

16、6546.1073.94水庫容積（× 10 m）占設(shè)置庫容（）5.7083.1011.20城郊湖庫富營養(yǎng)化的程度較高，如杭州西湖、武漢東湖、南京玄武湖、濟南大明湖等城市湖泊和石河子市的蘑菇水庫、 北京市的官廳水庫等已達富營養(yǎng)化程度。大型淡水湖泊的富營養(yǎng)化問題令人十分擔憂， 五大淡水湖中的太湖、 洪澤湖、巢湖等均已達富營養(yǎng)程度， 鄱陽湖、洞庭湖目前雖然維持在中營養(yǎng)水平， 但湖水磷、氮的含量偏高， 處于向富營養(yǎng)的過渡階段。 而這些大型湖泊富營養(yǎng)化帶來的危害十分嚴重，治理的難度亦大。B、河流根據(jù)全國水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng) 2000年的水質(zhì)監(jiān)測資料和國家地面水環(huán)境質(zhì)量標準(GB3838-88) ，對全

17、國九大流域片的 700多條河流的水質(zhì)進行了評價。在評價的 11.4 萬 km河長中，類水占 4.9%，類水占 24.0%，類水占 29.8%，類水占 16.1%，類水占 8.1%，劣類水占 17.1%?？?、豐水期水質(zhì)變化不大。C、海洋目前，我國已有約 20萬平方千米的近海海域受到污染影響，約 4萬平方千米的海域水質(zhì)已不能滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖、 海水浴場、海上運動娛樂以及濱海旅游的要求。據(jù)統(tǒng)計， 2000年我國近海共發(fā)生 29次赤潮，面積累計超過 1萬平方千米； 2001年我國遭受赤潮災(zāi)害 28次，如 2001年夏初發(fā)生于浙江溫嶺的赤潮， 有 30人由于食用含赤潮 PSP海貝而中毒。2、防治措施A、加強

18、地力培肥體系建設(shè)，大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)區(qū)，污染源的控制可以通過建設(shè)生態(tài)農(nóng)業(yè)工程、大力推廣農(nóng)業(yè)新技術(shù)來實現(xiàn)。通過改進施肥方式， 如限制肥料的施入以及施肥時間，可以避免氮肥的過量供應(yīng)。灌溉制度以及合理種植農(nóng)作物、推廣新型復合肥和緩效肥料等措施可控制肥料的使用量，減少農(nóng)業(yè)面源污染。保土耕種、作物輪植、節(jié)水灌溉等措施可減少農(nóng)業(yè)徑流的氮磷損失。 同時鼓勵農(nóng)民科學地開發(fā)利用污泥資源，既可以利用泥肥，彌補農(nóng)田水土流失，又可以疏浚河道，減少水體的營養(yǎng)物量，降低富營養(yǎng)化發(fā)生的幾率。B、強化執(zhí)法力度，增加資金投入政府應(yīng)制訂政策鼓勵和調(diào)動各級各部門保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的積極性，同時建立健全有關(guān)法規(guī)條例 ( 如農(nóng)藥、肥

19、料管理的地方性條例、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護條例等 ) ，加強執(zhí)法力度。還應(yīng)增加資金投入。開展農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護和生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)工作，需要對機構(gòu)建設(shè)、隊伍建設(shè)、監(jiān)督監(jiān)測、科研培訓、綜合治理在經(jīng)費上給予保障。C、合成洗滌劑禁 ( 限) 磷在我國，洗滌劑中的磷酸鹽占水體磷負荷的 20左右。合成洗滌劑限磷與禁磷措施是減少磷排放、降低富營養(yǎng)化水體 TP 含量的成本最低、最簡單直接的措施。太湖地區(qū)采取“禁磷”措施后，城市生活污水、主要入湖和湖體水域中磷濃度降低 24%，但對入湖河道和湖體水體中磷富營養(yǎng)化的影響則不明顯。合成洗滌劑的禁（限）磷能夠在一定程度上減少水體磷負荷，有益于控制水體富營養(yǎng)化。但是，三聚磷酸鈉是眾多助洗劑中性能最好的， 用其他的助洗劑需要 2種或 2種以上的成分替代。 磷酸鹽對人體和環(huán)境安全性好， 所以必須結(jié)合我國國情， 在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)、含磷洗滌劑對富營養(yǎng)化貢獻較大的地區(qū)開展禁（限）磷工作。D、加強水土保持，減少水土流失我國特殊的地理特征及以往不符合生態(tài)原則的土地利用， 造成了目前我國水土流失不僅面積廣， 而且強度大，