湖泊富营养化的形成原因及其生态修复

湖泊富营养化的形成原因及其生态修复

姓名：黄艳红学号：10082096

摘要：近些年来,因经济的快速发展,各种有毒有害物质的大量排入水体,导致我国湖泊水体富营养化呈现迅猛发展的趋势,水体污染非常严重,对人民生活和经济发展产生巨大影响。水体富营养化的形成与营养物质、溶解氧、光照、温度、水动力、底泥以及光线和PH值等影响因素有关。在分析了水体富营养化的成因以及危害的基础上,提出了物理、化学、生物的修复技术的原理和方法，为处理湖泊富营养氧化的问题提供了方向。

关键词：富营养化水体污染形成原因修复技术

前言近年来，随着我国经济的迅速发展，排污量日益增加，加上长期以来人们对湖泊资源的不合理开发，大量含有氮、磷元素营养物质的污染物不断排入湖(库)，使水体的营养物质负荷量不断增加，造成水体富营养化。水体富营养化不仅对水体水质有严重影响，而且影响到周边水环境和人文景观。据资料显示，由于排入湖体的氮、磷等营养物质在不断增加，我国湖水水质的富营养化过程大大加快。在我国131个主要湖泊和39个大中型水库中，已达富营养程度的湖泊有67个，占调查湖泊总数的51.3%。因此，修复湖泊的富营养化问题俨然成了当今社会的主要问题之一。

一、水体富营养化的成因与危害

1、水体富营养化的成因

富营养化指湖泊、水库、缓慢流动的河流以及某些近海水体中氮、氧营等植物营养物质过量从而引起水体植物的大量生长，从而引起水质污染现象。在自然条件下,随着河流夹带冲击物和水生生物残骸在

湖底的不断沉降淤积, 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, 这是极为缓慢的过程。但由于人类的活动, 将大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物质排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后, 水生生物尤其是藻类将大量繁殖, 使生物量的种群种类数量发生改变, 破坏了水体的生态平衡。大量死亡的水生生物沉积到湖底, 被微生物分解, 消耗大量的溶解氧, 使水体溶解氧含量急剧降低, 水质恶化, 以致影响到鱼类的生存, 大大加速了水体的富营养化过程。水体富营养化的形成主要受营养物质、溶解氧、气温、光照、水动力和底泥等因素的影响。

①营养物质。水体富营养化的根本原因是营养物质的增加。淡水水域藻类大量增殖的限制因子主要是磷，其次是氮，可能还有碳、微量元素或维生素。在适宜的光照、温度、pH值和具备充分营养物质的条件下, 天然水中藻类进行光合作用, 合成本身的原生质。

②溶解氧。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。当水体中氮磷过量富集，水中营养物质增多，促使自养型生物生长旺盛，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。鱼类等对藻类的消费能力赶不上藻类的繁殖速度，水中藻类越长越多，藻类生物集中在水层表面，光合作用释放出的氧溶解在水体表层，表层水面形成氧饱和溶液，从而阻止了大气向水体进行复氧。与此同时，大量死亡的海藻在分解时也要消耗水中的溶解氧，这样水中的溶解氧就会急剧减少，甚至可降至零，从而导致水中的鱼类等动物

大量窒息死亡，水体生态平衡被破坏，水质恶化。

③温度和光照。温度和光照是影响藻类生长的最重要的物理因子。在一定范围内，藻类数量随光强及温度的增加而增加，并且温度的影响大于光强，如果光照和温度都较适宜，则藻类过量生长，水体可能产生富营养化。

④水动力。水体富营养化需要有合适的场所和缓慢的水流流态，一般多在湖泊、水库、河口、海湾、内海等水体内发生。缓流水体一方面不利于营养物质的扩散，加剧了营养物质特别是氮、磷的积累，为藻类的繁殖、生长提供了营养基础；另一方面，缓流的水体为一些较适应缓流水体的藻类如蓝藻、绿藻的生存提供了适宜的水力条件。⑤底泥。对许多湖泊的调查资料表明，在湖泊环境发生变化时，如入湖营养盐负荷量减少或完全截污后，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，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。营养元素在水体及其底部沉积物间存在溶解、沉积动态平衡，外源性营养物进入水体后，通过物理、化学和生物学作用沉积到底泥中，而当水体营养物含量降到一定限度时，底泥中的营养物将重新释放到水体中。

⑥光线和PH值。充足的阳光照射是藻类旺盛繁殖的必要条件。水的上层有阳光照射成为富光区，光合作用强，起所产生的氧气甚至可使水中溶解氧达到饱和程度；下层水中，由于上层藻类密度大而使光线不易透下，成为弱光至无光区，主要进行藻类的呼吸作用以及异氧菌

对有机质的旺分解作用，消耗大量的氧而使下层处于缺氧状态。而藻类生长的最适PH值为7～9，此时，在一定范围内，藻类生长旺盛，进而加重了富营养化的现象。

2、水体富营养化的危害

①对渔业生产的影响。水体富营养化危害水产养殖业。富营养化造成水体透明度降低，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，造成鱼类缺氧窒息死亡。有些藻类的分泌液或死亡分解后产生的黏液，可以附着在鱼虾贝类的鳃上，使它们窒息死亡。鱼虾贝类吃了含有毒素的藻类后，也会发生中毒死亡 。

②对水生生态的影响。处于富营养化的水体，水体的正常生态平衡被破坏，原有的水生生物类群被打破，水生生物种类减少，多样性受到破坏。湖泊自身各种功能特别是生态系统严重退化，最后可能会使某些湖泊老化，成为生命力丧失的死水，甚至干枯死亡。

③对人体健康的危害。水体富营养化导致水体的水质下降，对人体健康产生很大的威胁。水质下降有时只表现为感官性状的变化，使水体变得腥臭难闻，如束丝藻属和鱼腥藻属呈现猪粪味，腔球藻属呈现烂草味，空球藻呈现鱼腥味；有时却可能含有致病毒素，如蓝藻门的不定腔球藻、铜绿微囊藻分泌的带毒性的物质可引起人畜消化道疾病。另外, 富营养化水体中含有过量的亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水或食用这种水中生长的鱼、植物则会导致中毒、致病。

二、处理湖泊富营养化的修复技术

1.物理方法

(1)污水分流。湖泊富营养化的一个重要原因就是外源污染。工、农业生产的污水直接排放到湖泊是造成湖泊水体营养盐含量增加的主要原因。通过对排放管道的改造，将污水的排放引至别处，是防治湖泊富营养化重要的、有效的措施。

(2)换水／稀释。湖泊内营养盐含量过多，通过换水／稀释可以直接将湖泊水体内的营养盐浓度降低，同时可以排除掉大量的营养盐。

(3)深层排水。湖泊底层营养物含量高，一般而言，底层水的营养盐浓度高于表层水，当水流转时，底层湖水进入上层，引起表层湖水营养物含量的增加。

(4)曝气／混合。采用机械搅拌、压缩空气、水泵、喷射泵等方法进行曝气和促进水的流动，可以防止底泥释放磷，改善氧气状况，加强矿化作用，降低浮游植物光合作用等效果。

(5)挖泥。富营养化湖泊中的底部沉积物常是一个营养库，在一定条件下可不断释放磷，这称为内部负荷。当外部负荷减少后，内部负荷可补偿，使富营养化现象继续存在。挖泥可以直接去除底泥中的营养盐含量，减轻内部负荷对湖泊的影响。

(6)机械收草藻。利用机械收割装置直接收获水草和藻戋可以直接改善湖泊的表层生态环境，同时，水草和藻类本身就会吸收大量的营养盐，通过对它们的收获也可以从湖泊中去除营养盐。

2.化学方法

(1)深水曝气技术。营养盐类的大量注入，致使藻类及浮游生物异常繁殖，水体溶解氧急速下降，在水与底泥的交界面甚至出现厌氧

现象。在深水进行人工曝气，可以在不改变水体分层的状态下提高溶解氧浓度；其次还可以降低氨氮、铁、锰等离子性物质的浓度,可有效改善厌氧状况。

(2)营养物钝化。利用铝盐与无机和颗粒磷产生沉淀，可以减少水体中磷的含量，铁盐(氯盐或铝盐)、硫酸铝铁、泥土颗粒和石灰泥都有类似的功能，钙盐也是相当有效的营养物钝化剂。

3．生物方法

(1)水生植物修复技术。利用适合相应湖体环境的水生植物及其共生的微环境，来去除水体中的污染物质。水生植物在其生长期间可有效吸收与富集水中和底质中的营养盐，起着“营养泵”和“营养库”的作用。合理构建并维持水生植物的生物量，可转移出氮、磷等营养盐，各类漂浮植物、浮叶植物、挺水植物和沉水植物等水生植被的恢复和重建可有效分配水体营养盐，避免单一优势种的过度滋生，保持水体净化能力。

(2)水生动物修复技术在湖泊水库生态系统中，水体中的藻类除受营养物质的控制外，作为食物链中的一环，也受到浮游动物和鱼类的控制。因此，可以通过调控食物链的环节来达到改善湖泊水库水质的目的。

(3)生物膜技术。利用比表面积较大的天然材料或人工介质为载体，利用其表面形成的粘液状生物膜，对污染水体进行净化。载体上富集的大量微生物能有效拦截、吸附、降解污染物质。

另外，还有人工湿地技术。人工湿地具有独特而复杂的净化机理，它能够利用基质－微生物－植物这个复合的生态系统，综合物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水中有害物质的去除，同时通过营养

物质和水分的循环，实现废水的资源化和无害化。

结语水体富营养化破坏了水体原有生态系统的平衡，给环境带来很多危害。对受污染的江河、湖泊、水库水体进行修复,是经济社会发展以及生态环境建设的迫切需要。根据资料显示，生物修复技术投资少、运行方便、能耗低, 是一条合理的水体污染治理路线。此外，应将湖泊作为一个有机的整体来对待，治理湖泊富营养化时，应避免采用单一的修复方法。水生植物修复、生物膜技术及水生动物修复并不是相互孤立的，水体中任何生物种类的变化均会影响其他生物种群和数量的改变。因此，多种生物修复技术可以同时采用，或与其他修复技术结合使用，使其取得更好的处理效果。在运用生物修复技术对富营养化水体进行治理的过程中, 也应考虑到物种间的相互影响和生态安全。

参考文献：《湖泊与水库富营养化防治的理论与实践》科学出版社刘健康著《环境微生物学》第二版高等教育出版社主编王家龄