浅析水体富营养化

浅析水体富营养化

作者：喻亚楠；余轩；张袆；李莉.

摘要：随着全球人口的不断增加，工业化、城市化以及农业现代化的快速推进，水体富营养化问题已日益成为全球性的水环境污染问题，近些年，我国的经济发展速度加快，资源利用强度加大，导致湖泊河流氮磷营养盐严重富集，某些水体尤其是湖泊生态系统结构遭到破坏，一些区域的湖泊蓝藻水华不断爆发，在近海一些海域也有青潮多次爆发，水体富营养化呈现迅猛发展的趋势，并对我国的经济发展和日常的生产生活带来了严重问题。文章对富营养化进行了具体介绍，介绍富营养化的概念和评价方法，富营养化的成因以及富营养化的危害和治理策略。关键词：水体富营养化成因危害控制策略

水体富营养化问题是水污染中较严重的环境问题，据联合国环境规划署(UNCD) 的一项调查表明，在全球范围内30％——40％的湖泊和水库遭受不同程度富营养化的影响。欧洲、非洲、北美洲和南美洲分别有53％、28％、48％和41％的湖泊存在不同程度的富营养化现象，亚太地区54％的湖泊处于富营养化状态。在气候干燥地区，水体富营养化情况相对严重。

世界水体富营养化分布图

我国水体富营养化主要分布

1.水体富营养化概念

水体富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、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，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。

水体富营养化按照形成原因分为天然富营养化和认为富营养化。

天然水体富营养化：自然界的许多水体（如湖泊）在千百年前形成的幼年时期处于贫养状态，然而随着时间的推移和环境变化，天然降水和水土流失使大量营养元素进入湖内，为浮游植物和其他水生生物的生长提供了营养条件。

天然富营养化当藻类死体腐烂分解时又更大的消耗溶解氧，溶解氧耗尽后，有机物又通过水中厌氧微生物的分解引起腐败现象，产生甲烷、硫化氢、硫醇等有毒恶臭物，使水体发臭变质，不仅给水资源的利用造成破坏，而且给湖泊环境及其生态系统带来严重后果。实际上，湖泊富营养化是一种在湖泊自然演化中的自然过程，也就是说它在自然条件下也是存在的，但是过程非常缓慢，往往是以地质年代来计算的。

人为水体富营养化：随着人口1：1的增加和工农业生产大规模的迅速发展，大量含氮磷等营养物质的排放加速了富营养化的进程，称为人为富营养化过程。

2.水体富营养化成因

2.1 水体富营养化机理

在地表淡水系统中，磷酸盐通常是植物生长的限制因素，在海水中又往往是氨氮和硝酸盐限制植物的生长以及总的生产量。导致富营养化的物质，往往是这些水系统中含量有限的营养物质，例如在正常的湖泊和河流中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸盐会单只植物的过度生长，同样，在海水系统中，磷是不缺的，氮含量却是有限的，因而含氮污染物加入就会消除这一限制因素，出现植物的过度生长。

生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。天然水体接纳这些废水后，水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加，而其他藻类的种类则逐渐减少。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变成以蓝藻为主。藻类繁殖迅速，生长周期短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把大量的氮、磷等营养

物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难自净和恢复的正常状态。

2.2 富营养化成因

富营养化是在特定的化学、生物和物理因素都具备的条件下发生的。

2.2.1 化学因素

水体中的营养盐类是浮游植物生长的物质基础，富营养化的发生与营养盐含量的多少关系密切。水体营养物质的主要来源是陆源污染物的输入和水产养殖自身的污染。

2.2.2 物理因素

（1）气象因素。影响富营养化的气象因素包括降雨、风向、风速、光照、气温和气压等，其中降雨对富营养化发生的影响最大。大量雨水通过地表径流汇入海中，使海水盐度降低，同时将大量营养物质带入海中；海面风向的改变可能对上升流场产生影响，当海面风速增大到一定程度时就会使赤潮生物发生聚集、扩散或消散；适宜的光照可为浮游植物光合作用提供所需能量；气温升高、气压降低有利于富营养化的形成，气温升高时，热量通过水气界面交换，水温得以升高。因而在温度较高季节，大雨过后的持续高温、低压和充足光照的晴天，风力较弱，潮流缓慢、水体相对稳定的条件下，富营养化极易发生。

（2）水文因素。包括浪、潮、流、锋面及水体稳定性等方面的物理海洋因子，其对富营养化的影响在一定程度上受地理环境的限制。水文因素影响富营养化的实质是流动水体将富营养化生物的孢囊、营养细胞或其生长繁殖的物质基础带入海域，亦或改变该海域的温度、盐度，影响海水层化和透光度，从而为富营养化的形成提供了合适的水体理化条件。

2.2.3 生物因素

富营养化生物是引发富营养化的内在因素，全球海域中已发现能引发富营养化的浮游生物有300余种，并有不断增加的趋势。四十里湾海域存在十分丰富的富营养化生物，且每年都有新的富营养化生物种类出现。富营养化生物的生理生态特征决定了其生长过程，单细胞藻类快速新陈代谢和生殖是形成爆发性富营养化的最重要因素。

2.3 富营养化的具体原因：

2.3.1 农田化肥

为促进植物生长，提高农产品的产量，人们常施用较多的氮肥和磷肥，它们极易在降雨或灌溉时发生流失。氮磷营养物的流失方式有：（1）随地表径流进入地面水体中；（2）下渗形成亚表面流（壤中流），通过土壤进行横向运动，然后排入地表水体中；（3）通过土壤层下渗到地下水中。前2种是导致地表水富营养

化的主要原因。近年来的研究表明，磷能以溶解或吸附于土壤上的颗粒态形式通过土壤微孔结构运动下渗至亚表面流中，然后进入江、河、湖泊或海湾，而氮（硝酸盐氮）的渗透能力较强，能够下渗到地下水中污染地下水。氮和磷在被土壤吸附与解吸过程中，其中一部分溶解于水中，另一部分则继续保持吸附态，在运动中甚至会随土壤颗粒沉积下来，成为湖、河或海底沉积物的一部分。沉淀在底泥中的污染物在流量、水温及微生物结构发生变化的情况下，可以通过再悬浮、溶解的方式返回水中，构成水源的二次污染。据调查，太湖底泥每年释放的总氮和总磷约占总负荷的25% ～35%。

2.3.2 牲畜粪便

圈养家禽、家畜尤其是猪会产生大量富含营养物和细菌的排泄物，极易随地表径流、亚表面流流入江河、湖泊而污染水体。此外，农田中过量施用家畜粪便，也会引起粪便中的营养物随地表径流、亚表面流流失，从而污染水体。草原过度放牧，产生大量牲畜粪便滞留于草原上，造成营养物过剩，并破坏草原的植被覆盖；当降雨产生地表径流时，植被覆盖的破坏会加剧土壤、粪便的侵蚀，致使更多的营养物流失，加重污染。

2.3.3 污水灌溉

污水作为一种可靠的水源和廉价的肥料被用于灌溉农田，是污水农业利用的一种提倡方式，目的是通过土壤的净化作用和农作物对营养元素的吸收来净化污水。但由于一些污水中的营养物含量较高或技术原因，常常造成土壤和地表水的污染。据对37个污水灌区调查发现，有32个灌区水质不符合要求。

2.3.4 城镇地表径流

城镇路面大部分是不透水地面，氮磷营养物主要随地表径流进入地表水中。城镇中的氮磷营养物主要来自人类的生活垃圾、生活污水及和某些工商业废水（如屠宰、食品、造纸、停车场等）。美国环保局把城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。

2.3.5 矿区地表径流

在磷矿区，由于人类活动，破坏了原来的土壤结构和植被面貌，使得土壤表层裸露，在降雨条件下，散落在矿区的矿渣、泥沙、磷酸盐等污染物将随地表径流进入湖泊、水库、江河、海湾，污染水体。

2.3.6 大气沉降

大气沉降不仅是悬浮颗粒物、有害气体的来源之一，也是氮的来源之一。燃料燃烧时，氮元素以氮氧化物的形式进入空气，随雨雪降落在土壤或水体表面，污染地表水源。

2.3.7 水体人工养殖

许多水体既是水源地，又是人工养殖的场所。随着养殖业的发展，人工投放

的饵料以及鱼类的排泄物给水体带来了大量的氮磷。目前，国内湖库区人工养殖的饵料系数达3.0～4.0，成为水体富营养化的又一来源。

2.3.8工业废水排入水体

有些没经过处理的工业废水，或者处理以后仍含有大量氮、磷的污水排入水体，造成营养物质的富集，在条件适宜时，形成富营养化。

3.对富营养化的评价

3.1 富营养化是一个缓慢的过程

在自然演化过程中，地球物质系统在短时间内发生巨变的几率是极低的。我们可以认为地球处在一个相对稳定的状态。所以，水体富营养化实际上是一个漫长的发展过程，今天显现出来的问题，只不过是地球水环境在100年、200年或更长时间内量变的结果。

3.2 富营养化是难以逆转的过程

从理论上分析，既然富营养化是一个缓慢的过程，也必然是难以逆转的过程。地球水圈、岩石圈和生物圈巨大的营养盐库容量和缓冲能力，既能阻滞营养盐浓度的迅速提高，也会阻滞营养盐的迅速降低，人类很难通过短期的、局部的工程来显著降低营养盐的浓度。从实践结果看，自从人类意识到富营养化问题后，就一直在探讨逆转富营养化的方法和途径，但到目前为止，其实际结果是令人失望的，以至于人们对这些营养盐的来源感到十分的迷惑不解。

3.3 富营养化是全人类面临的难题

由于存在地球范围的物质循环，特别是水圈和大气圈内高效率的物质循环，使得水体富营养化问题从一开始就是全球性的问题，地球人一定要对此有清醒的认识，并采取切实可行的措施缓解甚至逆转这种变化。

4.水体富营养化的危害

水体富营养化的危害主要表现在三个方面。

4.1 富营养化造成水的透明度降低，阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用和氧气的释放，同时浮游生物的大量繁殖，消耗了水中大量的氧，使水中溶解氧严重不足，而水面植物的光合作用，则可能造成局部溶解氧的过饱和。溶解氧过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物(主要是鱼类)有害，造成鱼类大量死亡。

4.2 富营养化水体底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生的有害气体，以及一些浮游生物产生的生物毒素(如石房蛤毒素)也会伤害水生动物。

4.3 富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，会中毒致病等等。

水体富营养化，常导致水生生态系统紊乱，水生生物种类减少，多样性受到破坏。昆明滇池水质在20世纪50年代处于贫营养状态，到80年代则处于富营养化状态，大型水生植物种数由50年代的44种降至20种，浮游植物属数由87属降至45属，土著鱼种数由15种降至4种；武汉汉江在1992年发生水华时，藻类种群的多样性指数也呈下降趋势。普遍的重富营养造成多种用水功能的严重损害，甚至完全丧失。武汉汉江下游因出现水华现象而导致汉川自来水厂被迫关闭，宗关自来水厂的净化工序困难，反冲增加，制水成本增加。此外，由于藻类带有明显的鱼腥味，从而影响饮用水质。而藻类产生的毒素则会危害人类和动物的健康。

5.水体富营养化的防治

富营养化不仅给所到海域带来更严重的环境问题而且影响人们生产生活，造成无法挽回的经济损失。釜底抽薪，预防是关键。根据科学鉴测结果，根据以往国内外的经验，针对具体情况，预想对策如下：

一是控制污染源。做到发现污染及时处理，杜绝污染源，并对已污染的湖泊和海域采取有效措施进行治理。重点是加强污水处理厂的建设，禁止生活、工业污水未经处理直接排入河流、湖泊和海域。同时，加大社会宣传力度，鼓励公众使用无磷洗涤用品，不断淘汰含磷洗涤用品，减少废水中磷酸盐的含量，降低废水处理成本。

二是控制养殖业污染。应从可持续发展战略角度出发，深入开展养殖环境容量的研究，做到科学规划，合理开发，维护生态平衡。根据水域的环境条件，从生态系统的调控角度，调整养殖结构，充分利用养殖品种间的生物学互利互补性，进行多品种混养、轮养、立体养殖，并合理确定各品种的养殖面积和养殖密度。应适当减少贝类的养殖面积，适当增加一些对水质有净化能力的养殖品种；应大力提高养殖技术，改进投饵技术，减少残饵量并改进饵料成分，使所投饵料更有利于养殖生物的摄食，提高饵料的利用率；应定期定时对养殖区废物进行人工清除，以去除水体富营养化隐患。总之，在发展养殖业的同时，应不断对养殖海域的环境状况进行分析研究，人为控制养殖状况，使养殖区的生态环境进入良性循环，取得经济效益、社会效益和生态环境效益的和谐统一。

三是防止外来富营养化生物种类的引入。针对货运船只的压舱水情况，制定一系列特殊检验措施和规定，加大检验、监察力度，严防新富营养化生物种特别是有毒富营养化生物种进入河流、湖泊和海域，引起更大的富营养化灾害。

四是加强对富营养化的监视、监测工作。应加大对富营养化研究资金的投入，

在富营养化多发区设立连续观测站进行长期监测，建立富营养化湖泊和海域的数据库，制订富营养化监测、监视、预报、预警及应急方案。

五加强法制监管。建立健全的管理机制和立法制度，通过各种法制手段，尽最大力度减少污染。加强宣传力度，让大家都增强环保意识，爱护环境，爱护家园。

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