湖泊富營養(yǎng)化生態(tài)修復課件

1、 主要內容1.湖泊富營養(yǎng)化概述2.湖泊富營養(yǎng)化成因3.湖泊富營養(yǎng)化的生態(tài)修復的方法1.1 定義1.2 現(xiàn)狀1.3 影響1 湖泊富營養(yǎng)化的概述 1.1 富營養(yǎng)化定義 廣義：由于人類的活動，使得水體中營養(yǎng)物質富集，引起藻類以及其它水生生物過量繁殖，水呈綠色或混濁呈褐色，水體透明度下降，溶解氧降低，造成水質惡化，嚴重時發(fā)生“水華”或“赤潮”，使整個水體生態(tài)平衡發(fā)生改變而造成危害的一種污染現(xiàn)象。池塘、水庫、湖泊、海洋等多發(fā)。 狹義： 水體富營養(yǎng)化是大量的氮和磷等營養(yǎng)物質進入水體，引起藍藻（藍細菌）、微小細菌以及其他藻類和浮游生物的惡性增殖，最終導致水質急劇下降的一種現(xiàn)象。 藻類（植物）-藍藻（藍細菌）

2、-光合細菌 葉綠體-不含葉綠體（藻膽蛋白）-不含葉綠體 葉綠素a-葉綠素a-不含葉綠素a 需氧條件-需氧條件-厭氧條件如何判斷富營養(yǎng)化： 一般認為水體含氮量大于0.2mg/L、水體含磷量大于0.02mgL、水體細菌總數(shù)大于105/mL 、葉綠素a大于10mg/m3 、BOD大于10mg/L屬于富營養(yǎng)化水體。1.2 現(xiàn)狀 我國是陸地大國，淡水資源少，而且主要淡水湖除處于人煙稀少的地區(qū)與原始狀態(tài)的湖泊外, 其營養(yǎng)鹽水平基本上都達到了富營養(yǎng)化發(fā)生的標準濃度,水體的富營養(yǎng)化在多數(shù)湖泊中已處于相當水平。太湖梅梁灣滇池藍藻大爆發(fā)西部中部東部4515%3013.429.956.71997年富營養(yǎng)化湖泊分布情

3、況滇池 我國是一個多湖泊的國家，湖泊總面積17787km2 約占全國總面積的0.8%。具統(tǒng)計，2000年我國37個主要湖泊的富營養(yǎng)狀況，其中59.1%為中、富營養(yǎng)性，14.7%為重營養(yǎng)性。富營養(yǎng)化的趨勢富營養(yǎng)湖泊與貧營養(yǎng)湖泊比較 1.3 富營養(yǎng)化的影響 一、自然景觀的危害 1.水體發(fā)臭難聞 富營養(yǎng)化的水體的某些藻類能夠發(fā)出難聞的氣味，死亡的水生生物在水底被厭養(yǎng)微生物分解產(chǎn)生硫化氫氣體，使水體不斷惡化。 2.水體透明度降低 富營養(yǎng)化的湖泊中生長著大量的藍藻、綠藻，這些水藻浮在水面上形成大量的浮渣，遮擋陽光，導致水體的透明度降低。二、水體生態(tài)及生物的影響 1.影響水體溶解氧 富營養(yǎng)水體表層，藻類可

4、獲得充足的陽光進行光合作用而放出氧氣，所以水體表面有充足的氧氣。但是表面的密集的藻類使得陽光不能穿透到湖泊深處,直接導致深層水體的光合作用受到抑制，溶解氧越來越少。 2.對浮游生物和底棲生物的影響 富營養(yǎng)化水體加上合適的溫度和光照，浮游生物大量增加，那么以這些藻類為食物的浮游動物也隨之大量增加，隨著時間推移，水體中的有機物會大量堆積，那么水體中的一些以有機物為食物的底棲生物也會大量增加，底棲生物的大量繁殖要消耗大量的氧氣，并且厭氧細菌通過新陳代謝產(chǎn)生一些硫化氫的氣體也會使水體惡化。 3.對整個生態(tài)系統(tǒng)結構和生物分布的影響 水體富營養(yǎng)化以前通常是硅藻占有支配地位；富營養(yǎng)化以后水體開始以鞭毛藻類為

5、主，食植動物增加，食肉動物減少，高級物種開始消失，這直接改變了生態(tài)系統(tǒng)，破壞了生態(tài)平衡。4.危害人體健康 一些藻類再代謝過程中可以產(chǎn)生藻毒素，人食用一些藻類為食的魚類之后可以致癌。2.湖泊富營養(yǎng)化成因2.1 水體富營養(yǎng)化的主要成因2.2 富營養(yǎng)化形成的其他因素2.1 富營養(yǎng)化的主要成因 水體富營養(yǎng)化的根本成因是營養(yǎng)物質的增加，使得藻類和有機物增加所致。營養(yǎng)物質主要是磷，其次是氮，還有碳、微量元素或維生素等。 藻類生成和分解是水體中進行光合作用（P）和呼吸作用（R）的一典型過程，可用簡單化學計量關系來表征： 106CO2+ 16NO3- + HPO42-+122H2O +18H+ + 痕量元素和

6、能量-C106H263O110N16P（藻類原生質） + 138O2營養(yǎng)物質來源有：1.土壤大量施肥，農(nóng)田流失的氮、磷進人水體。2.禽畜、 水產(chǎn)養(yǎng)殖 ，畜、 禽排泄物中含有大量的營養(yǎng)物質，雨水沖刷，進入水體。3.生活污水和工業(yè)廢水排入水體。4.大氣中的硝酸類物質隨著雨水進入水體。2.2 富營養(yǎng)化形成的其他因素 1.季節(jié)和溫度 藻類為中溫型微生物，當氣溫較高的夏季，由于上層水的溫度高密度小，下層水的溫度低密度大，上層和下層之間水不相互攪動。因此導致富營養(yǎng)化的水體上下層的藻類活動、營養(yǎng)狀況及氧氣供應不同。 2.光線 水的上層有充足的陽光進行光合作用而放出氧氣，所以水體表面有充足的氧氣甚至達到過飽和

7、程度。但是表面密集的藻類使得陽光不能穿透到湖泊深處,直接導致深層水體的光合作用受到抑制，溶解氧越來越少。3.PH 藻類生長的范圍在PH 7 93 湖泊富營養(yǎng)化生態(tài)修復技術3.1 人工濕地3.2 生態(tài)浮床3.3 生物操縱3.1 人工濕地1 定義 2 組成3 原理4 應用 1 定義 人工濕地是人工建造和管理控制的、工程化的濕地, 通過模擬自然濕地, 人為設計與建造的由飽和基質、 挺水與沉水植被、動物和水體組成的復合體。它改變了濕地的傳統(tǒng)形態(tài),通過科學的設計和改造,用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學和生物的三重協(xié)同作用來實現(xiàn)對水體的凈化。南京市環(huán)科所生態(tài)恢復實驗 2 濕地組成 填料、植物、微生物和動物是人

8、工濕地生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分。填料一般由土壤、沙粒、碎石等構成。它不僅為植物和微生物提供生長介質，還通過沉淀、過濾和吸附等作用去除污染物。植物包括挺水植物、沉水植物和浮水植物。植物對污染物有吸附、代謝、積累等作用。微生物是濕地重要組成部分，主要去除有機物和氨氮。 3 去除營養(yǎng)物質機理 氮、 磷等營養(yǎng)物質濃度的提高是導致湖泊富營養(yǎng)化的關鍵因素。除磷 人工濕地對磷的去除作用包括介質的吸收和過濾、植物吸收、微生物去除等。無機磷的吸收和過濾去除作用因濕地床的填料不同而存在差異。植物生長過程中通過同化作用將無機磷變成植物體的組成部分, 最后通過收割去除。 微生物對磷去除包括對磷的正常吸收和對磷的過量積累

9、, 使某些細菌在厭氧條件下吸收低分子的有機物(如脂肪酸) ,同時將細胞原生質中聚合磷酸鹽異染粒的磷釋放出來(釋磷) , 并提供必需的能量以便它們在好氧條件下從水中吸收超過其生長所需的磷(聚磷) ,并以聚磷酸鹽的形式成為微生物細胞的內含物而被貯存起來, 因此人工濕地有較高的除磷效果。除氮 人工濕地系統(tǒng)中氮的去除主要依靠微生物的分解轉化作用和植物的吸收同化作用完成的。進入濕地系統(tǒng)中的氮主要以有機氮和氨氮的形式存在。在人工濕地系統(tǒng)內, 植物光合作用過程中將氧通過植株-根系向濕地床輸送, 使得系統(tǒng)內部存在許多好氧、缺氧和厭氧微環(huán)境,為微生物的硝化和反硝化作用創(chuàng)造了良好條件。 人工濕地去除水體中氮的機制

10、首先是將有機氮氧化為氨態(tài)氮,再經(jīng)過硝化細菌的硝化作用將氨態(tài)氮轉化為硝酸鹽,再在厭氧條件下由反硝化細菌將硝酸鹽氮反硝化為氮氣,最終達到除氮的目的。植物與微生物的協(xié)同作用 張鴻(1999)等人研究了鳳眼蓮、水芹兩種人工濕地對武漢東湖污水中氮、磷凈化率與介質中硝化細菌、磷細菌的數(shù)量分布關系。結果表明:有植物組水體、底沙和根面的硝化細菌、磷細菌、反硝化細菌的數(shù)量高于無植物組;有植物組的根面微生物數(shù)量高于介質。實驗中水芹、鳳眼蓮濕地中的硝化、反硝化細菌數(shù)量均高于對照,說明植物的存在有利于硝化、反硝化細菌的生存。 4 應用 1994年,我國在滇池建立的人工濕地系統(tǒng)用以處理滇池流域農(nóng)業(yè)面源污染,根據(jù)14個月

11、運行監(jiān)測,該濕地系統(tǒng)對TN平均去除率為35.5% 60%左右,對TP平均去除率為24.4% 47.8%。 2002年,中國科學院南京地理與湖泊研究所和云南玉溪市環(huán)科所設計的撫仙湖人工構造濕地開始投入運行,監(jiān)測結果表明對各項污染指標的去除率分別達到: COD 87.8%、BOD68.7%、 SS 96.3%、 TP 32.4%、 TN 36.0%。3.2 生態(tài)浮床1 定義2 原理3 特點 1 定義 生態(tài)浮床技術是按照自然規(guī)律, 運用無土栽培技術, 以高分子材料為載體和基質, 采用現(xiàn)代農(nóng)藝和生態(tài)工程措施綜合集成的水面無土種植植物技術。2.原理 原理是: 利用植物在生長過程中對水體中N、P等元素的吸

12、收及植物發(fā)達根系和浮床基質對水體中懸浮物的吸附, 富集水體中有害物質。生態(tài)浮床廈門員筜湖生態(tài)浮床3 技術特點 塑料泡沫大量堆放產(chǎn)生的二次污染生態(tài)浮床通常采用塑料泡沫板作為浮體的載體,使廢棄塑料泡沫有用武之地。 生態(tài)浮床技術將浮床陸生植物作為先鋒種植于河湖水面,利用陸生植物生長過程中對大量N、P 吸收和光合作用, 去除水中N、P,無須施肥,避免肥料對水體污染,且病蟲害少。 生態(tài)浮床不受光照等條件限制, 可避免沉水植物人工種植后, 由于光照等生境條件難以保障其正常生育而死亡的現(xiàn)象。 浮床陸生植物多為經(jīng)濟種類或觀賞種類 ( 如香草根、美人蕉等) ,不僅可以凈化水質, 還可創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益。香根草香

13、根草生態(tài)浮床3.3 生物操縱1 定義2 原理3 應用 1 定義 生物操縱即通過對水生生物群及其棲息地的一系列調節(jié)，以增強其中的某些因素的相互作用，促使浮游植物生物量下降,主要作用對象是魚類。 2 原理 經(jīng)典的生物操縱通過放養(yǎng)食藻(草)性魚類(濾食性魚類)提高浮游動物對浮游植物的攝食效率，最終減少浮游植物生物量。 浮游動物是生物操縱的關鍵因子之一,而大型浮游動物則是最重要的、 最可能壓低浮游植物數(shù)量的因素植物過量生長。 濾食性魚類:鰱魚、鳙魚、鯉魚、鯽魚等。 3 應用 武漢東湖,70年代每年都會出現(xiàn)“水華”。形成水花藍藻主要是微囊藻屬、魚腥藻屬和束絲藻屬的種類, 其中危害最大的是銅銹微囊藻。 前蘇聯(lián)內地的一些湖泊，從20世