湖泊富营养化产生原因分析

湖泊富营养化产生原因分析

摘要：湖泊富营养化已经成为一个全球性的水环境污染问题，探寻其产生的原因和机理具有非常重要的意义。本文在前人研究成果的基础上，从自然环境、化学、物理、水生态系统以及内源污染等多个方面进行了总结分析。

关键词：湖泊富营养化；内源污染

湖泊、水库等封闭型水体的富营养化是一个全球化水环境污染问题。据统计，全球约有75%以上的封闭型水体存在富营养化问题。中国是一个多湖泊的国家，全国共有1km2以上的湖泊2759个，总面积达91019km2，占国土面积的0.95%，由于近20年经济的高速发展和不适当的湖泊资源开发利用，使这些湖泊的多数已经处于富营养化或正在富营养化中，造成了巨大的经济损失。在过去的十几年中，围绕湖泊富营养化治理，各级政府投入了大量的人力和物力，但收效并不理想，这在很大程度上与对湖泊富营养化机理方面的基础研究不够和认识不足有关。因此，有针对性地寻找富营养化产生的原因，具有非常重要的意义。在20世纪初期，国外部分生态专家、湖沼学家已经开始对富营养化的成因进行初步探索。由于富营养化的发生、发展包含一系列生物、化学和物理变化的过程，并与水体形状、湖泊形态和底质等众多因素有关，演变过程十分复杂，研究还停留在初级阶段，有待进一步的深入。本文在前人研究的基础上，对富营养化形成的原因和机理进行了总结。

1、自然条件下湖泊的富营养化

在自然条件下，湖泊也会富营养化，但这是一种漫长的自然过程，随着河流夹带各种碎屑和生物残骸在湖底的不断淤

积，湖泊会从贫营养湖过渡为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，湖泊就自然消亡了。

关于自然状态下湖泊富营养化的原因，尚未有明确的定论，一般认为是气候导致的。特别是浅水湖泊，在自然状况下比深水湖泊更容易产生富营养化，这是由于其浅水区常常有茂盛的水生植物发育，在大洪水期间，持续一定时间的高水位将导致水生植物大面积消亡，而洪水泛滥所带来的大量的悬浮物

都沉降在这些水域中，这些悬浮物所携带营养盐也都伴随悬浮物而沉入湖底。在以后的数年中，没有水生植物覆盖的沉积物将在风浪作用下大量悬浮，并带入大量的营养物质到上覆水

中，导致湖泊逐步趋于富营养化。当然，洪水径流所携带的营养物质的多少与上游集水区域内的土壤类型、土地利用状况、植被类型和覆盖度等有关。

2、湖泊富营养化产生的原因和机理

湖泊是一个生态系统，对湖泊富营养化形成机理的分析也应该从多角度进行，本文对湖泊富营养机理的解释主要分化

学、物理学、生物学3个角度。

2.1化学角度

营养物质主要是磷，其次是氮，还有碳、微量元素或维生素等。根据生态学原理，在正常情况下，磷等元素在湖泊中的存量很少，是水生植物生长、繁殖的限制因子，使湖泊各物种间在数量比例上形成平衡。由于人类活动的影响，外来的营养物质大量输入湖泊，使湖泊营养盐在短时间内大量蓄积，藻类的生长限制因子被解除，从而导致藻类的过量繁殖。

形成水体富营养化的氮、磷等污染物主要来源于面源（非点源污染），如农业施肥中农田渗漏水、家禽蓄养殖污水、塘河水产养殖中过量施肥、大气沉降的尘埃及其生活污水、工业废水等进入水体中的氮、磷和矿质盐类。至今点源污染已得到较好地控制与治理，而非点源污染所造成地表水污染的问题则日趋严重。

湖泊水体中pH、溶解氧和碳的平衡是维持湖泊生态系统良性循环的保障。大量污染物进入湖泊后造成湖水pH值上

升，其结果有利于水华藻类的生长，而藻类大量繁殖又进一步提高湖水的pH值，进而为水华藻类如微藻囊等的疯长提供了

适宜的生长环境。根据湖水中光合作用产氧和污染物氧化降解的耗氧过程可知，水体溶解氧下降有利于蓝藻的生长，而对其他藻类生长不利，另一方面导致鱼类和浮游生物缺氧死亡。

CO2在水中溶解度随水温升高而降低，当湖水氮、磷对藻类生

成已达到饱和情况下，碳也有可能成为限制性因子，此时水体增加碳源有利于水华藻类的生长。

2.2物理学角度

光照和温度是影响藻类生长的最重要的物理因子。水温在25℃～30℃时，最可能发生富营养化。藻类为中温性微生物，在夏季、无风且阳光充足时繁殖得很快。有了适宜的光照和温度，在氮、磷和水中营养盐不过剩的情况下，也能促进藻类大量繁殖，可能造成富营养化；反之，即使氮、磷和营养盐出现过剩，如果光照和温度条件极其恶劣，那么藻类个体恐怕自身难保，其生长繁殖自然会极大限制。

水动力过程对沉积物中营养盐的释放也具有重要作用。另外，人为地围湖造田、不合理的水产养殖、周边区域的水土流失、地下水资源的不合理利用等因素加速了湖泊的淤积程度和沼泽化，造成水体面积的明显减少，如滇池水体面积从多年前的330km2减至现在的260km2，这种变化带来的生态恶化和社会负面影响是多方面的，从营养盐角度来说，因参与循环的可溶性营养盐含量不会自然降低，必然导致其浓度的提高，这也加剧了水体富营养化的程度。

2.3生物学角度

水体界面中的水生动植物、浮游生物、微生物及其外界环境构成水生生态系统，系统内稳定、流畅的循环和能量流动是生态系统协调与平衡的关键，营养物质循环是系统平衡的基

础、当水体中营养物质过剩时，湖体浊度增加，使水生植物进行光合作用所能利用的光能总量减少，部分藻类（特别是蓝

藻）由于在光能利用上占有优势而形成优势种群。蓝藻的生物有机组成不利于其他动物对它的摄食，从而使蓝藻在湖泊中大量富集，扰乱了湖泊内食物链的循环。藻类的大量繁殖使湖泊中的群落结构发生改变，影响湖泊植物物种的组成，并使水生动物的组成发生改变，最终导致湖泊的可利用率降低。

鱼类也是影响湖泊生态系统的重要因素，影响包括湖泊的生物群落结构、营养物质的状态和水平等。具体影响有：①鱼类可以通过摄食控制其食物生物种群的数量，并沿食物链下

传，影响食物链中的各个环节；②鱼类通过排泄、释放，加速水体营养盐的循环，增加内源负荷；③鱼类在底泥表层的摄食活动能够使湖泊沉积物再悬浮，增加水体的浑浊度、降低水体光照、影响水生植物生长。

3、湖泊沉积物内源释放机理

许多湖泊的调查资料表明，在湖泊环境发生变化时，湖泊仍然可以发生富营养化，甚至出现“水华”，这一现象在浅水湖泊中表现得尤为突出。究其原因，主要受湖泊沉积物的影

响。湖泊沉积物是湖泊营养盐的重要蓄积库，在一定条件下，沉积物中的营养盐可能成为湖泊富营养化的主导因子。大量污泥的淤积不仅加速湖泊的沼泽化，而且对湖泊水质及生态系统造成严重威胁。

沉积物中营养盐释放进入上覆水的途径主要有分子扩散、风浪等动力扰动、底栖生物的扰动、气泡溢出、浮游植物的上浮及水生植物根部的传递等。影响沉积物内源释放的外部因素很多，主要有温度、pH、氧化还原电位、以及一些重金属元素的含量等。对于浅水湖而言，沉积物中的磷的释放除了受上述因素影响之外，还有风浪的影响。风浪过程可以导致底泥的悬浮，将沉降在湖底的浮游植物悬浮起来，也将位于沉积物最顶部底泥中的可溶性氮、磷和藻类细胞等释放出来、浅水湖泊中的水流由于湖面的风动力，在湖区产生许多形态各异的环流，随着风向和风力的不同，环流的形态和强弱会对污染物在湖水中的迁移、扩散途径产生重要影响。

4、结论

湖泊富营养化既可以是一个自然演化的过程，也可以是人类活动影响下的快速发展过程。我国湖泊富营养化的程度比西方国家严重，而已治理成功的例子却比较少。因此，预防其营养化远比富营养化后去治理更经济可行，这也应该成为湖泊生态环境管理者的共识。必须对湖泊富营养化的原因和机理有深入的认识，这方面这有待国内外学者进一步研究和探讨，应该制定出长期合理的研究计划，在资金允许的情况下，分层次、有目标地逐步实施。

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