水體富營養(yǎng)化的成因

水體富營養(yǎng)化的成因、危害及防治方法摘要：水體富營養(yǎng)化防治是世界性的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題，水體發(fā)生富營養(yǎng)化，其后果十分的嚴(yán)重。本文基于富營養(yǎng)化發(fā)生的機(jī)理，從氮、磷營養(yǎng)鹽水平，鐵、硅含量，光照強(qiáng)度，溫度，等方面對水體富營養(yǎng)化成因及其危害進(jìn)行分析，并從內(nèi)、外兩方面對水體富營養(yǎng)化的防治措施進(jìn)行探討。目的是為更好地維持水體生態(tài)平衡，控制水體污染，預(yù)防水體富營養(yǎng)化的發(fā)生提供參考。關(guān)鍵詞：水體富營養(yǎng)化，成因，危害，湖泊衰亡，外部控制，內(nèi)部控制水體富營養(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(jìn)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。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(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象時(shí)，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(lán)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。一、水體富營養(yǎng)化的成因氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)濃度升高，是藻類大量繁殖的原因，其中又以磷為關(guān)鍵因素。影響藻類生長的物理、化學(xué)和生物因素（如陽光、營養(yǎng)鹽類、季節(jié)變化、水溫、pH值，以及生物本身的相互關(guān)系）是極為復(fù)雜的。因此，很難預(yù)測藻類生長的趨勢，也難以定出表示富營養(yǎng)化的指標(biāo)。目前一般采用的指標(biāo)是：水體中氮含量超過0.2-0.3ppm，生化需氧量大于10ppm，磷含量大于0.01-0.02ppm，pH值7-9的淡水中細(xì)菌總數(shù)每毫升超過10萬個(gè)，表征藻類數(shù)量的葉綠素-a含量大于10umg/L。（一）水體富營養(yǎng)化成因的兩種理論富營養(yǎng)化的發(fā)生和發(fā)展是水體的整個(gè)環(huán)境系統(tǒng)出現(xiàn)失衡，導(dǎo)致某種優(yōu)勢藻類大量生長繁殖的過程。因此要研究富營養(yǎng)化的發(fā)生機(jī)理和發(fā)生條件，實(shí)質(zhì)上是需要了解藻類生長繁衍的過程。食物鏈理論這是由荷蘭科學(xué)家馬丁?肖頓于1997年6月在“磷酸鹽技術(shù)研討會”上提出的。該理論認(rèn)為，自然水域中存在水生食物鏈。如果浮游生物的數(shù)量減少或捕食能力降低，將使水藻生長量超過消耗量，平衡被打破，發(fā)生富營養(yǎng)化。該理論說明營養(yǎng)負(fù)荷的增加不是導(dǎo)致富營養(yǎng)化的唯一原因。生命周期理論命周期理論認(rèn)為含氮和含磷的化合物過多排入水體，破壞了原有的生態(tài)平衡，引起藻類大量繁殖，過多的消耗水中的氧，使魚類、浮游生物缺氧死亡，它們的尸體腐爛又造成水質(zhì)污染。根據(jù)這一理論，氮磷的過量排放是造成富營養(yǎng)化的根本原因，藻類是富營養(yǎng)化的主體，它的生長速度直接影響水質(zhì)狀態(tài)。藻類光合作用的總反應(yīng)式：106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H++能量+微量元素-C106H263O110N16P（藻類原生質(zhì)）+138O2根據(jù)Leibig最小因子定律，植物的生長取決于外界供給它們養(yǎng)分最少的一種或兩種，從藻類原生質(zhì)C106H263O110N16P可以看出，生產(chǎn)1kg藻類，需要消耗碳358g,氫74g,氧496g,氮63g，磷9g,顯然氮磷是限制因子。因此，要想控制水體富營養(yǎng)化，必須控制水體中氮磷等營養(yǎng)鹽的含量及其比例。食物鏈理論和生命周期理論爭論的焦點(diǎn)在于氮磷是否為引起富營養(yǎng)化的主要原因，目前這兩種爭論尚未有最后的定論。但從目前我國水體的富營養(yǎng)化狀況來看，富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因主要是用后者（生命周期理論）來解釋。（二）營養(yǎng)物質(zhì)從何而來水體中過量的氮、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(jī)垃圾和家畜家禽糞便以及農(nóng)施化肥。氮源農(nóng)田徑流挾帶的大量氨氮和硝酸鹽氮進(jìn)入水體后，改變了其中原有的氮平衡，促進(jìn)某些適應(yīng)新條件的藻類種屬迅速增殖，在這些水生植物死亡后，細(xì)菌將其分解，從而使其所在水體中增加了有機(jī)物，導(dǎo)致其進(jìn)一步耗氧，使大批魚類死亡。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(dǎo)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(lán)藻、紅藻和小的鞭毛蟲類所取代。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。進(jìn)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(fù)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?yàn)槎嗄陙碓诘撞砍练e了大量的富含磷酸鹽的沉淀物，它由于不溶性的鐵鹽保護(hù)層作用通常是不會參與混合的。但是，當(dāng)?shù)讓铀趿康投幱谶€原狀態(tài)時(shí)（通常在夏季分層時(shí)出現(xiàn)），保護(hù)層消失，從而使磷酸鹽釋入水中所致。二、水體富營養(yǎng)化的危害一談到水體富營養(yǎng)化，人們首先想到就是總氮、總磷超標(biāo)。誠然，總氮、總磷等營養(yǎng)鹽是發(fā)生富營養(yǎng)化的必要條件。如果水體發(fā)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象，就會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等現(xiàn)象。富營養(yǎng)化會影響水體的水質(zhì)，會造成水的透明度降低，使得陽光難以穿透水層，從而影響水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的過飽和狀態(tài)。溶解氧的過飽和以及水中溶解氧少，都對水生動物有害，造成魚類大量死亡。同時(shí)，因?yàn)樗w富營養(yǎng)化，水體表面生長著以藍(lán)藻、綠藻為優(yōu)勢種的大量水藻，形成一層“綠色浮渣”，致使底層堆積的有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件分解產(chǎn)生的有害氣體和一些浮游生物產(chǎn)生的生物毒素也會傷害魚類。因富營養(yǎng)化水中含有硝酸鹽和亞硝酸鹽，人畜長期飲用這些物質(zhì)含量超過一定標(biāo)準(zhǔn)的水，也會中毒致病。（一）危害水域生態(tài)環(huán)境，影響棲息生物的生存，造成水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)損失由于水華藻類的爆發(fā)性繁殖，特別是大量死亡的水華藻類被微生物分解時(shí)消耗了水中大量的溶解氧，使水體溶解氧大大降低，當(dāng)降至很低時(shí)就會造成魚、蝦、貝等水生動物因缺氧窒息死亡。浮游的藻體充塞魚、貝類鰓的空隙，阻礙了魚、貝類鰓的氣體交換功能，也會使魚、貝等水生動物窒息而死。另外，密集的浮游藻類阻擋了光線的透射，底棲的水生植物因得不到充足的太陽能，光合速率降低，光合作用產(chǎn)物產(chǎn)量減少，其正常的生長發(fā)育會受到影響。（二）導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)的失衡由于水華的浮游藻類藻體高度密集，一些藻類還會產(chǎn)生藻毒素，這些均會使水生群落中的物種死亡，造成初級生產(chǎn)量下降，同時(shí)浮游藻類的分泌與排泄物和死亡的水生生物殘?bào)w沉積于水底，使水體逐漸變淺，湖泊、沼澤陸地化；而且使原有的群落結(jié)構(gòu)被破壞，水生生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)和能流（能量按食物鏈順序流轉(zhuǎn)）發(fā)生障礙，導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)平衡嚴(yán)重失調(diào)。（三） 破壞水域生態(tài)景觀，影響旅游觀光浮游藻類的大量繁殖往往密集在水面，形成一層薄皮或泡沫，加之死亡的浮游生物和魚類漂浮在其中，使原來清澈、透明的水體變得色澤混濁；浮游藻類死亡后沉入水底并堆積使水體變淺，加速了湖泊水庫的沼澤化進(jìn)程，破壞了原有的生態(tài)景觀。同時(shí)，水體不斷發(fā)出魚蝦腐爛分解時(shí)產(chǎn)生令人厭惡的硫化氫臭味和浮游藻類的魚腥臭味，大大降低了景觀的使用價(jià)值，影響旅游業(yè)的發(fā)展。（四） 影響自來水廠的生產(chǎn)和自來水的質(zhì)量，威脅人類身體健康影響自來水廠的生產(chǎn)和自來水的質(zhì)量，威脅人類身體健康。位于江河上游的湖泊、水庫等大型水體若發(fā)生有害水華，浮游藻類釋放的毒素和死亡的浮游生物污染水源，導(dǎo)致水質(zhì)下降，將直接影響以該水體作為水源的自來水廠的正常生產(chǎn)和自來水的質(zhì)量，從而給下游城鄉(xiāng)居民帶來用水不便的困難。此外，浮游藻類產(chǎn)生的毒素還可以在魚蝦體內(nèi)存留和富集，通過生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈對人類的身體健康造成潛在的威脅。有學(xué)者認(rèn)為藍(lán)藻毒索是引起我國南方肝癌高發(fā)的主要危險(xiǎn)因素之一。目前，水體富營養(yǎng)化進(jìn)一步加劇了世界水環(huán)境污染，嚴(yán)重制約了社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展，它已成為一個(gè)突出的、世界性的水環(huán)境污染問題，在生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、生活等諸多方面給人們帶來了不良影響。三、水體富營養(yǎng)化的防治對于不同的水域，由于存在水域地理特性、自然氣候條件、水生生態(tài)系統(tǒng)和污染特性等諸多差異，會出現(xiàn)不同的富營養(yǎng)化表現(xiàn)癥狀，即出現(xiàn)不同的優(yōu)勢藻類種群，并連帶出現(xiàn)各種不同類型的水生生物種類的失衡。水體富營養(yǎng)化的形成是受多種因素影響的，這其中既有自然因素的作用，也有人為因素的作用。提到水體富營養(yǎng)化的防治問題，首先應(yīng)從分析其不同成因、影響及異同入手。除上文中所例舉的氮、磷因素影響外，還存在以下幾大影響因素：鐵硅在水體富營養(yǎng)化中的作用。在營養(yǎng)鹽氮的循環(huán)過程中是決定性因素，其原因是鐵是硝酸鹽（氮的固定）、硝酸鹽一亞硝酸鹽還原酶組成成分的重要因子。如果鐵含量高，硝酸鹽一亞硝酸鹽還原酶活性增強(qiáng)，硝酸鹽一亞硝酸鹽氮被還原而損失?？赡軐?dǎo)致水體氮含量降低，使氮成為藻類生長的限制因素，水體發(fā)生富營養(yǎng)化的可能性減少。水體富營養(yǎng)化的產(chǎn)生是由鞭毛蟲占主體還是硅藻屬占主體來決定的，如果鞭毛蟲占主體水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化機(jī)率大。水體中硅含量的多少決定水體中浮游生物是鞭毛蟲占優(yōu)勢還是硅藻屬占優(yōu)勢。如果水體中氮：硅，磷：硅比例升高，則水體中的浮游生物以鞭毛蟲為主，硅藻屬含量減少，水體發(fā)生富營養(yǎng)化機(jī)率大。如果氮、硅比例降低，則水體中浮游生物以硅藻屬占優(yōu)勢，水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化機(jī)率小。溶解氧、溫度、光照對富營養(yǎng)化的影響。如果水體中表層溶解氧同氮磷的比率低，水體中氮磷過量富積，水體中營養(yǎng)鹽增加，導(dǎo)致氮磷量相對過剩促進(jìn)浮游藻類等水生植物增加，水體可能產(chǎn)生富營養(yǎng)化。水體中溶解氧含量降低，水生浮游動物（魚類等）呼吸作用所需要的氧量減少，水生浮游動物因缺氧而死亡。水體中浮游動物數(shù)量減少，浮游動物所食的營養(yǎng)鹽類（氮磷等）將會增加，水體生態(tài)平衡將遭到破壞，水質(zhì)惡化。光照和溫度對藻類生長的影響：光強(qiáng)和溫度在一定的范圍內(nèi)，藻類數(shù)量隨光強(qiáng)及溫度的增加而增加，并且溫度的影響大于光強(qiáng)，在20°C-30°C的條件下，當(dāng)光強(qiáng)從10001x增加到4000lx時(shí)，藻類數(shù)量增加較快，4000lx以后漸趨平衡,在5000lx基本上達(dá)到最大值。如果光照和溫度都較適宜，則藻類過量生長，水體可能產(chǎn)生富營養(yǎng)化。綜上，可見富營養(yǎng)化的防治是水污染處理中最為復(fù)雜和困難的問題。這是因?yàn)椋何廴驹吹膹?fù)雜性，導(dǎo)致水質(zhì)富營養(yǎng)化的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，既有天然源，又有人為源；既有外源性，又有內(nèi)源性。這就給控制污染源帶來了困難；營養(yǎng)物質(zhì)去除的高難度，至今還沒有任何單一的生物學(xué)、化學(xué)和物理措施能夠徹底去除廢水的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)。（一） 控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)輸入絕大多數(shù)水體富營養(yǎng)化主要是外界輸入的營養(yǎng)物質(zhì)在水體中富集造成的。如果減少或者截?cái)嗤獠枯斎氲臓I養(yǎng)物質(zhì)，就使水體失去了營養(yǎng)物質(zhì)富集的可能性。為此，首先應(yīng)該著重減少或者截?cái)嗤獠繝I養(yǎng)物質(zhì)的輸入，控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)，應(yīng)從控制人為污染源著手，應(yīng)準(zhǔn)確調(diào)查清楚排入水體營養(yǎng)物質(zhì)的主要排放源，監(jiān)測排入水體的廢水和污水中的氮、磷濃度，計(jì)算出年排放的氮、磷總量，為實(shí)施控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)的措施提供可靠的科學(xué)依據(jù)。（二） 減少內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)負(fù)荷輸入到湖泊等水體的營養(yǎng)物質(zhì)在時(shí)空分布上是非常復(fù)雜的。氮、磷元素在水體中可能被水生生物吸收利用，或者以溶解性鹽類形式溶于水中，或者經(jīng)過復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)和生物作用而沉降，并在底泥中不斷積累，或者從底泥中釋放進(jìn)入水中。減少內(nèi)源性營養(yǎng)物負(fù)荷，有效地控制湖泊內(nèi)部磷富集，應(yīng)視不同情況，采用不同的方法。主要的方法有：1.工程性措施包括挖掘底泥沉積物、進(jìn)行水體深層曝氣、注水沖稀以及在底泥表面敷設(shè)塑料等。挖掘底泥，可減少以至消除潛在性內(nèi)部污染源；深層曝氣，可定期或不定期采取人為湖底深層曝氣而補(bǔ)充氧，使水與底泥界面之間不出現(xiàn)厭氧層，經(jīng)常保持有氧狀態(tài)，有利于抑制底泥磷釋放。此外，在有條件的地方，用含磷和氮濃度低的水注入湖泊，可起到稀釋營養(yǎng)物質(zhì)濃度的作用。.化學(xué)方法這是一類包括凝聚沉降和用化學(xué)藥劑殺藻的方法，例如有許多種陽離子可以使磷有效地從水溶液中沉淀出來，其中最有價(jià)值的是價(jià)格比較便宜的鐵、鋁和鈣，它們都能與磷酸鹽生成不溶性沉淀物而沉降下來。還有一種方法是用殺藻劑殺死藻類。這種方法適合于水華嚴(yán)重的水體。殺藻劑將藻殺死后，水藻腐爛分解仍舊會釋放出磷，因此，應(yīng)該將被殺死的藻類及時(shí)撈出，或者再投加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥品，將藻類腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降。.微生物投加方法投加適當(dāng)?shù)倪m量的微生物（各類菌種），加速水中污染物的分解，起到水質(zhì)凈化的作用。微生物的繁殖速度驚人，呈幾何級增長，微生物在繁殖的過程中分解水體中的有機(jī)物，吸收分解后的營養(yǎng)物質(zhì)作為自身的個(gè)體的營養(yǎng)來源，其生長受環(huán)境的影響很大，例如PH值、溫度、氣壓、水體中的溶解氧等等。4.生物性措施種養(yǎng)水生植物：挺水植物、浮葉植物、大型飄浮植物、著生藻類、浮游藻類、沉水植物利用水生生物吸收利用氮、磷元素進(jìn)行代謝活動以去除水體中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的方法。水生植物包括鳳眼蓮、蘆葦、狹葉香蒲、加拿大海羅地、多穗尾藻、麗藻、破銅錢等許多種類，可根據(jù)不同的氣候條件和污染物的性質(zhì)進(jìn)行適宜的選栽。水生植物凈化水體的特點(diǎn)是以大型水生植物為主體，植物和根區(qū)微生物共生，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，凈化污水。經(jīng)過植物直接吸收、微生物轉(zhuǎn)化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和懸浮顆粒，同時(shí)對重金屬分子也有降解效果。水生植物一般生長快，收割后經(jīng)處理可作為燃料、飼料，或經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。這是目前國內(nèi)外治理湖泊水體富營養(yǎng)化的重要措施。投放水生動物：螺、蚌等底棲動物可過濾懸浮物質(zhì)，攝食生物碎屑，其分泌物有絮凝作用，螺有刮食著生藻類功能，蝦和若干種類魚類可攝食藻類、碎屑、浮游動物等。這些動物，作為健康水生態(tài)系統(tǒng)的補(bǔ)充組成，也有重要作用。根據(jù)水體的特定環(huán)境，投放相適應(yīng)的水生動物，如魚類、底棲動物。建立人工生態(tài)體系：人工生態(tài)系統(tǒng)利用種植水生植物、養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨、養(yǎng)鵝等形成多條食物鏈。其中不僅有分解者生物、生產(chǎn)者生物、還有消費(fèi)者生物，三者分工協(xié)作，對污水中的污染物進(jìn)行更有效的處理與利用，并由此可形成許多條食物鏈，構(gòu)成縱橫交錯(cuò)的