第1.1节 水体富营养化的指标
水体富营养化
今天我要讲的是水体富营养化，我将从以下 6 个部分进行讲解水是人类宝贵的自然资源。
地球上的生命都离不开水。
和海洋相比, 地球的淡水比例仅占 2.8%左右, 其中99%以上蕴藏在南北两极的冰雪中或地卜。
更令人担忧的是,这数量极有限的淡水,正越来越多地受到污染。
保护和更有效合理利用水资源, 是世界各国政府面临的一项紧迫任务。
随着工农业的发展, 地表水的污染问题日益突出。
在20世纪60年代, 发达国家部分水体发生赤潮和藻类水华, 引起了人们的关注。
关于富营养化的第一个确实的、科学的观察是在19世纪20 年代。
当时瑞士的莫尔登湖(Murtensee) 湖水变成红褐色。
周围居民以为是二百多年前德瑞战争中法国士兵血迹的回溯。
经过植物学家的观察, 发现是由于大量红色颤藻的生长, 而它的大量出现可能与畜牧业中大量施用肥料有关。
那什么是水体富营养化呢？水体富营养化是指生物所需氮、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，水体溶解氧量迅速下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。
、水体富营养化的成因：1. 天然：自然界的许多湖泊，在数千年前，或者更远年代的幼年时期，处于贫营养状态。
然而，随着时间的推移和环境的变化，湖泊一方面从天然降水中接纳氮、磷等营养物质；一方面因地表土壤的侵蚀和淋溶，使大量的营养元素进入湖内，湖泊水体的肥力增加，大量的浮游植物和其他水生植物生长繁殖，为草食性的甲壳纲动物、昆虫和鱼类提供了丰富的食料。
当这些动植物死亡后，它们的机体沉积在湖底，积累形成底泥沉积物。
残存的动植物残体不断分解，由此释放出的营养物质又被新的生物体所吸收。
2. 人为：随着工农业生产大规模地迅速发展，“城市化”现象愈加明显，使得不断增加的人口，集中在一些水源丰富的特定地区。
人口集中的城市排放出的大量含有氮、磷营养物质的生活污水和工业污废水流入湖泊、河流和水库，增加了这些水体的营养物质的负荷量。
水体富营养化和赤潮
水体富营养化的定义
“由于人类活动，水体中营养物质增加，引起植 物过量生长和整个水体生态平衡的改变，因而 造成危害的一种污染现象”。
2．富营养化研究的现状
上世纪下叶和本世纪上叶．水体的主要污染是有机物 污染，为此建立了一级和二级 污水处理场。但有机物的 生物降解带来了无机营养物质的增加，引起了广泛的水 体富营 养化。特别是60年代后，已成为一个突出的、全 球性的问题。 (1) 对湖泊进行富营养化程度及原因的调查 美国、日 本、意大利、原苏联、北欧、东欧等均进行过，我国也 有调查和统计。 (2)召开了各种国际会议和进行合作研究。如美国、欧洲 共同体、加拿大、日本、原苏联。我国也已召开过专门 的国际学术讨论会。 (3)出现了一些专门的、有关富营养化的著作。
三、富营养化的监测和评价
1．物理学指标 (1)AC／V指标，AC——总集水区： V——湖泊容积。 (2)形态土壤指数 MEI＝TDS／Z。 TDS——总溶解固体(mg/L)； Z—— 平均水深(m)。 (3)透明度 由于测定简单，—较为常用的指标。 2．水化学指标 (1) 溶解氧：由于严重富营养化时易造成缺氧．特别在深 水湖泊，因此也是一常用指标。 (2)营养物质：这是最重要的指标。过去都以氮、磷(各种 状态)的浓度为指标，现则更多应用年单位面积负荷。
二、富营养化的主要原因
水体富营养化的根本原因是营养物质的增加。是哪些营 养物质呢?一般认为：主要磷，其次是氮。可能还有碳、 微量元素或维生素等。Schindler受控生态系统装置和试 验湖区的研究结果，表明磷是主要“限制因子”。 Vollenweider等关于磷负荷和初级生产关系的研究，也 表明磷的重要性。用藻类生长潜力(AGP)方法来判断湖 泊中藻类繁殖的限制物质，结果也表明受磷限制的湖泊 至少占一半以上，见表13．3。在氮磷比低于10：1时， 或在某个季节，氮也有可能成为限制因子。
湖泊富营养化指标
湖泊富营养化指标湖泊富营养化是指湖泊水体中的营养物质含量过高，导致水体营养物质的浓度和比例失衡，从而引发水质恶化和水生态系统的破坏的一种现象。
主要包括水体中富集了大量的氮、磷等营养物质，导致水体富营养化的程度不断加深。
首先，浊度是湖泊富营养化的一个重要指标。
富营养化引起水体中大量浮游植物的繁殖，从而导致水体浑浊度增加。
由于浑浊的水体无法透过太阳光，进而影响水下植物的光合作用，使湖泊生态系统受到破坏。
其次，溶解氧是评价水体富营养化程度的重要指标之一、富营养化导致水体中浮游植物和藻类繁殖过多，耗氧量增加，使得水体中溶解氧含量减少。
当水体中溶解氧含量降低到一定程度时，会导致水生动植物缺氧甚至死亡。
另外，氨氮也是湖泊富营养化指标之一、氨氮是水体中氨的含量，是通过底泥中腐殖质的分解和富营养化造成浑浊的主要原因之一、氨氮的含量过高不仅影响水体的透明度和氧化还原条件，还可能导致水体酸化，破坏湖泊的生态环境。
此外，总磷和总氮也是湖泊富营养化的重要指标。
总磷和总氮是水体中磷和氮的总量，它们是湖泊营养状态的重要指标。
过量的总磷和总氮会导致水体过度富营养化，从而促进藻类的繁殖和水体的富营养化加剧。
最后，叶绿素a是反映水体富营养化的最直接指标之一、叶绿素a是藻类的主要色素，它可以通过测定水中叶绿素a的浓度来评价水体中藻类的丰度和富营养化的程度。
当水体中叶绿素a的浓度过高时，可以判断水体富营养化严重，此时湖泊的水质已经受到严重破坏。
综上所述，湖泊富营养化指标主要包括浊度、溶解氧、氨氮、总磷、总氮、叶绿素a等。
这些指标可以客观地反映湖泊水质富营养化的程度，有助于科学地评估湖泊生态环境的状况，提供有效的控制和防治富营养化的依据。
水体富营养化监测指标及预防措施分析
水体富营养化监测指标及预防措施分析随着人类社会的发展和经济的快速增长，水体污染问题成为一个日益突出的全球性环境问题。
其中，水体富营养化现象的不断加剧引起了广泛的关注。
水体富营养化的主要原因是过量的营养物质进入水体，并促进了藻类和水生植物的过度生长，导致水体中的氧气消耗增加、水质恶化，甚至引发赤潮等灾害。
为了监测并预防水体富营养化，采取合理的指标和措施至关重要。
一、水体富营养化的监测指标1. 总氮和总磷浓度：总氮和总磷是评价水体富营养化程度的主要指标。
它们是藻类和水生植物生长的主要限制因子，浓度的过高能够促进藻类的繁殖和藻华爆发。
2. 可溶性无机氮和无机磷：可溶性无机氮和无机磷是评价营养物的有效性和水生生物生长的指标。
高浓度的可溶性无机氮和无机磷可以提供充足的养分供藻类等生物利用。
3. 叶绿素a和蓝绿藻生物量：叶绿素a是衡量藻类生物量和水体中蓝藻种群的主要指标。
高含量的叶绿素a表明水体中富含蓝藻，进一步反映了水体的富营养化程度。
4. 水体溶解氧水平：由于大量的藻类和水生植物生长，水体中的溶解氧被消耗掉，这对其他水生生物造成威胁。
监测水体的溶解氧水平可以揭示水体富营养化对水生生物的影响。
二、水体富营养化的预防措施1. 控制农业和畜禽养殖面源污染：加强农业和畜禽养殖排放的监管，限制农药、化肥和畜禽粪便的直接排放进入水体，采取农田间作物轮作、合理施肥等措施，减少农业面源污染。
2. 加强工业和城市污水处理：对工业和城市污水进行全面的处理，确保排放水质符合相关标准。
同时推广水资源回收利用技术，减少污水对水体富营养化的贡献。
3. 植被修复和湿地建设：恢复和保护湿地，通过湿地的自然过滤和生物处理能力，减少水体中营养物质的负荷。
此外，植被修复也是一个有效的手段，通过植被吸收和稀释营养物质来降低水体富营养化。
4. 定期监测和评估水体质量：建立完善的水体监测体系，通过定期监测不同区域的水质状况，了解富营养化问题的发展趋势。
水体富营养化程度分析评价
水体富营养化程度分析评价水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，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。
提到富营养化，普遍想到的就是营养盐总磷、总氮超标。
诚然，总磷总氮等营养盐是发生富营养化的必要条件。
如果水体中总磷总氮浓度很低，不可能发生富营养化；但是，反之则不然，水体中总磷总氮浓度的升高，并不一定能发生富营养化问题。
富营养化发生发展是由于水体整个环境系统出现失衡，导致某种优势藻类大量繁殖生长的过程。
因此，了解富营养化的发生机理和发生条件，实质上需要了解的是藻类生长繁衍的过程。
尽管对于不同的水域，由于区域地理特性、自然气候条件、水生生态系统和污染特性等诸多差异，会出现不同的富营养化表现症状，也即出现不同的优势藻类种群，并连带出现各种不同类型的水生生物种类的失衡。
但是，富营养氧化发生所需的必要条件基本上是一样的，最主要影响因素可以归纳为以下三个方面：（1）总磷、总氮等营养盐相对比较充足；（2）缓慢的水流流态； （3）适宜的温度条件；只有在三方面条件都比较适宜的情况下，才会出现某种优势藻类"疯"长现象，爆发富营养化。
其中的水流流态主要指以流速、水深为要素的水流结构。
一、水体富营养化的主要原因：水体富营养化的根本原因是营养物质的增加。
一般认为主要是磷，其次是氮，可能还有碳、微量元素或维生素等。
受控生态系统装置和试验湖区的研究结果表明磷是主要“限制因子”。
Vollenweider等关于磷负荷和初级生产关系的研究也表明磷的重要性.在氮磷比低于10: 1时，或在某个季节，氮也可能成为限制因子。
导致富营养化的营养物按其来源可分为点源和非点源(或面源)。
前者是排放集中、位置固定的污染源，也较容易测定:非点源污染是通过地表径流、降水、地下水等进入水体，较难以测定和控制。
论水体富营养化
论水体富营养化湖泊、海洋以其自身丰富的资源以及巨大的生态功能对人类社会经济的发展起到了巨大的作用。
但是,随着国民经济的迅速发展以及城市化水平的不断提高,工业废水和生活污水排放量日益增加,使得我国的水体富营养化问题也日趋严重。
同时，人类对水和绿色水产品的需求量与日俱增。
就我国目前水资源的现状来看，淡水紧缺，水污染导致水体富营养化十分严重，直接危害水产品的质量及人类的健康。
我们简单从以下几个方面来研究水体富营养化。
一、水体富营养化的概念生活污水和化肥、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。
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。
二、水体富营养化的标准一般认为水体全氮量大于0.2mg/L、全磷量大于0.02mg／L时属于富营养化水体。
美国环境保护局（EPA）提出：水体总磷大于20 mg/L～25mg/L，叶绿素a大于10mg/L，透明度小于2.0m，深水的饱合溶解氧量小于10％的湖泊可判断为富营养化水体三、水体富营养化的成因导致湖泊水体发生富营养化的原因有很多,譬如:地方经济的发展优先让工业发展导致外源性的排入加倍;地方对旅游业的开发对水体进行过度的利用,使得水体的负荷远远超过的本身的自净能力;水体养殖技术的进步和规模的扩大也让更多的水体被用于虾蟹鱼贝等经济水产品的养殖。
但是富营养化发生所必备的条件基本上是一样的，最主要的影可以归纳为以下几个方面：①总氮总磷等营养盐相对比较充足；②铁，硅等含量比较适度；③适宜的温度，光照条件和溶解氧含量；④缓慢的水流流态，水体更新周期长。
水体富营养化
动物对浮游植物的控制能力。
大型底栖动物：河蚌主要以浮游植物为食，具有较强的从水中过滤获取浮游植物和悬浮物
的能力。其过水量很大，每千克河蚌过滤量达100L/d。能明显提高水体透明度，增加水体
下层溶解氧。（由于河蚌寿命较短，需要做好收获管理，以免造成二次污染。）
可采取的措施 CONTROL
生态技术：避免了化学方法有可能带来
的二次污染，又可以降低水体的富营养化
防治和水华控制成本。
生物操纵：又称食物网操纵。通过增加凶
猛肉食性鱼类来控制食浮游动物的鱼类，
从而Байду номын сангаас进浮游动物，特别是大型溞的种群 数量，以实现对藻类的控制。
可采取的措施 CONTROL
鲢、鳙养殖：鲢、鳙为滤食性鱼类，以浮游植物和浮游动物为食。国内外已有少数成功案
可采取的措施 CONTROL
化学方法：应急方案中最有效的方法，能够在短期内去除表层水体中蓝藻生物量。硫酸
铜、生石灰、铝盐和铁盐。
硫酸铜：能较快的导致藻细胞死亡，对于有毒蓝藻水华，这种方法可能导致蓝藻毒素很快
释放到水体中，但在供水水源地，大量释放的蓝藻毒素进入水厂后很难去除，严重威胁供
水安全。
生石灰：也能在短期内对蓝藻水华有控制作用，但是对于生石灰能够显著的增减水体的pH
导致浮游动物受到食物质量的限制，大型浮游动物产卵减少，种群下降，个体出现小型化
趋势（强调大型浮游动物是因为其对藻类更高的滤食效率），浮游动物：浮游植物的比值 降低，浮游动物对藻类的控制能力降低，影响整个生态系统的健康和稳定，造成周年性的
藻类水华。
水生态系统一旦出现严重破坏，即使蓝藻水华消退，生态系统的恢复十分困难，往往需 要20-30年以上的时间（湖泊和水库，如滇池、太湖等，河流恢复的时间相对较短）。
水体富营养化@
在许多情况下，化合物的大气分压为零，所以上式可 简化为：
c ' kv c t
若用总污染物浓度表示 ：
w cT kv cT K vm cT t Z
w：有机毒物可溶解相的分数；
三、水解作用
水解作用是有机化合物与水之间的最重要的反应，如：
RX + H2O = ROH + HX
根据调查研究，杭州西湖沉积物 每年磷的释放量达到1.3t，几乎 相当于年入湖磷负荷量的41%； 安徽巢湖沉积物磷的释放量220t 左右，是入湖磷负荷量的21%。 因此底泥作为“内污染源”的作 用是不容低估的。
底泥中的磷释放的影响因素
溶解氧 底层水体中溶解氧含量（DO）对沉积 物P的释放起着决定性的作用。 温度 温度升高有利于沉积物释P。 pH值 pH值升高有利于底泥中磷的释放 微生物 微生物作用可把沉积物中有机态P转化、 分解成无机态P，把不溶性P转化成可 溶性P。
Kow与溶解度Sw符合以下关系： lgKow=5.00-0.670lg(Sw×103/M ) 式中： Sw ——有机物在水中的溶解度，mg/L M ——有机物的分子量。
3 生物浓缩因子（BCF）
有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比定义 为生物浓缩因子，用BCF 或 KB 表示。 由于生物浓缩有机物的过程十分复杂，影响有机物与生 物相之间平衡的到达。 一般采用平衡法和动力学方法来测量BCF. 尽管测定是 在某些受控条件下得到的，但可明显的看出各种生物内浓缩 的相对趋势。
2、湖泊中磷的主要来源
（3）牲畜粪便 畜牧业中的牲畜粪便以及水产养殖 业中投放的饵料也成为水体接纳氮、 磷等营养物质的主要渠道。
（4）水体内源作用 水体中的底泥在还原状态下会释放 磷酸盐，从而增加磷的含量。
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水体富营养化的指标
富营养化或水体中富含营养物质会对水体的健康和生态产生负面影响。
有几个指标可用于衡量水体中的富营养化程度：
1.叶绿素-a浓度：叶绿素-a是一种存在于藻类和其他水生植物中的色素，其在水体中的
浓度常被用作营养富集的指标。
高水平的叶绿素-a可能表明存在过量的营养物质，这可能导致藻华和其他形式的氧气消耗。
2.总磷和氮浓度：磷和氮是水生植物生长所必需的两种营养素，但过量会导致富营养化。
测量水体中磷和氮的总浓度可以指示营养富集水平。
3.溶解氧（DO）水平：水生生物呼吸需要氧气，水体中溶解氧（DO）水平低可能是富
营养化的标志。
水中过量的营养物质会导致藻类和其他水生植物过度生长，这会在分解时耗尽水中的氧气。
4.pH值：水体的pH值是衡量其酸度或碱度的指标。
水体pH值的变化可能是富营养化的
标志，因为过量的营养物质会改变水的化学平衡。
5.底栖大型无脊椎动物：底栖大型无脊椎动物是生活在水体沉积物中的小动物，对水质变
化敏感。
某些种类的大型无脊椎动物的存在与否可用作富营养化的指标。