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富营养化

2020-04-09 21:01

水体中营养盐类和有机物质大量积累,引起藻类和其他浮游生物异常增殖,导致水质恶化、景观破坏的现象。

概述

天然水体一般都有维持藻类正常生长所需要的各种营养盐类(主要是氮、磷、钾、钙、镁等元素),但当天然水体接纳含有氮、磷营养元素的农田排水、地表径流和水体自生的有机物腐败分解释放的营养物质,水体中的营养物质不断得到补充,逐渐增多,为藻类异常增殖奠定物质基础。对于湖泊、海湾等封闭性或半封闭性水体以及流速缓慢的河流来说,富营养化是一种普遍的、进程十分缓慢的自然现象。人类生活和生产活动明显地加速了水体富营养化的进程。例如,含有大量氮、磷的城市污水、工业废水和农田排水排入水体,刺激藻类异常生长,产生水华。

富营养化湖泊中的藻类种群有很大变化。20世纪80年代,中国某严重富营养化湖泊中,蓝藻门(Cyanophyta)是周年性优势类型,占各月藻量的82.9%,秋季达到87.47%,晚秋时蓝藻细胞数量为每升1.256亿个,优势藻种主要是水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae)、螺旋鞘丝藻(Lyngbya contarta)、拉氏拟鱼腥藻(Anabanopsis Raciborskii)和曲氏平裂藻(Merismopedia Trolleii)等,同20世纪30年代或50年代比较,丛粒藻属(Botryococcus) 灭迹了,静水隐杆藻(Aphanot-hece Stagnina)也很少见到。蓝藻的巨大生物量常在水面形成一层蓝绿色薄膜,即为水华。水华与海域中的赤潮一样,都是水体富营养化的重要标志。70年代以来,许多海湾和内海(如日本东京海、伊势湾和歌山县海区等)频繁发生赤潮。中国渤海湾也有以夜光藻(Noctiluca miliaris)、中肋骨条藻(Skeletonema costatum)、微型原甲藻(Prorocentrum minimum)和红海束毛藻(Trichodesminm erythraeum)等生物为主的赤潮出现。

水库富营养化的演变过程与湖泊稍有区别,不是渐进性的,而是带有突发性的。俄罗斯许多水库出现过富营养化现象,如顿河上的一个水库于1952~1953年蓄水,蓝藻平均生物量1960年是5 g/m3,8年后达55 g/m3。此后每隔5~8年常出现一次蓝藻生物量的“丰产”。第聂伯河干流上的梯级水库中,水华现象较为普遍。中国湖北梅川水库是富营养型水体,其总氮含量高达1.34 mg/L。水库富营养化问题是水利工程环境影响评价的一项重要内容,尚缺乏鉴别的统一标准,通常参考湖泊营养类来划分(参见贫营养湖和富营养湖)。

河流很少发生富营养化现象。中国汉水在1992~2000年曾发生3次以硅藻为主要优势种的水华,从河口以上200 km河道受到影响,严重时,河水呈酱油色,有刺鼻腥臭气味,沿河两岸饮水受到威胁。

危害

水体富营养化会破坏水生态平衡,严重降低水体的饮用、游览和渔业利用价值;形成水华的蓝藻,一般不能作为鱼类饵料,有些还大量分泌有害的藻毒素; 藻类腐烂分解时,释放出酚、硫醇、氨、吲哚和硫化氢等有毒物质,气味腥臭难闻,水体严重缺氧,使鱼类及其他水生动物窒息;富营养化水体含有硝酸盐和亚硝酸盐,水经加氯消毒后能形成多种致癌物质。中国学者研究发现,某些富营养化湖泊中腐殖酸和藻类是非挥发性致突变物的重要前体物。长期饮用这种水,对居民健康有潜在影响;藻类容易堵塞自来水厂的滤池,增加水处理的困难和费用。浅水湖泊的富营养化,则常导致湖泊沼泽化。

防治措施

采取综合措施防治水体富营养化:①截留进入水体的氮磷等营养元素,减少数量。主要措施有:建污水处理厂、氧化塘、土地处理、合理施肥、限制使用含磷洗涤剂等。②降低水体中氮、磷含量,如水栽培蔬菜、花卉、莲藕、养鱼、疏浚底泥等,将水体中的氮、磷取出。③采用各种曝气、喷水措施,增加水体含氧量,破坏藻类生长。

研究现状和发展趋势

20世纪60年代末以来,在湖泊富营养化方面做了大量工作,确定了氮、磷(主要是磷)是大多数湖泊富营养化的主要因素,提出了营养物浓度、水质理化参数、藻类生物量等是湖泊富营养化的主要指标,建立了预测富营养化状态的磷模式等。70年代,苏联深入研究了水库富营养化问题;美国、加拿大、日本、瑞士等国广泛开展了用于水质控制与管理的数学模型研究。1980年8月,在日本举行了国际湖泊富营养化专题讨论会,确认水体富营养化已成为全球性环境问题。中国自50年代末开始开展有关工作,至80年代初,已较系统地研究了一些典型富营养化湖泊的磷容量、湖水磷和叶绿素α浓度预测、优势藻类和种群变动规律等问题,为综合治理水体富营养化提供了科学依据。各国学者大都认为,植物营养元素在水体中的极限负荷量问题,是富营养化的核心问题。今后应深入开展水体富营养化的调查和监测,重视水华和赤潮生物的实验生态学研究,加强富营养化基本规律和形成机制的探讨。此外,还必须注意水体底质释放营养元素的规律、污染源控制、数学模型和系统分析方法应用等方面的研究,以寻求治理水体富营养化的最佳途径,有效地保护水资源。

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