（水产养殖专业论文）宝圣湖富营养化的综合评价.pdf

宝圣湖富营养化的综合评价 水产养殖学专业硕士研究生韩宇 指导教师姚维志教授 摘要 水体富营养化问题已成为当今世界性的水污染治理难题，也是全球性的环境问题之一。 欧洲和北美大多数内陆淡水水体都已处于或将处于富营养化。目前，我国湖泊由水质污染引 起的富营养化问题十分突出，是困扰我国经济发展的主要环境问题之一。 宝圣湖所在的回兴街道办事处地处重庆国际机场与重庆主城区之间，紧邻区政府所在地 两路镇，是渝北区经济建设的重点区域之一，区位优势十分突出。近年来随着百姓生活水 平的提高，沿岸建设了度假村、学校、商住楼小区、高新技术企业，表现出良好的发展前景。 但是，由于在建设过程中的环境整治不够配套，宝墨湖的水质出现了较为严重的污染现象， 极大地损害了这一区域的环境质量，既影响了周边群众的工作和生活，也有损于当地招商引 资的形象制约了经济的可持续发展。无论从社会发展还是从经济建设的角度出发，实施宝 圣湖水环境生态治理工程都具有重要意义。 本研究根据2 0 0 5 年1 z 个胃5 点采样点( 三个层面) 的监测数据，对宝圣湖进行了水质 评价富营养化和生物评价富营养化；分析了宝圣潮水体富营养化的限制因子。本研究得出如 下结果： ( 1 ) 水质评价结果：宝圣湖大部分水体处于中一寓营养水平，只有湖中心的中层水体处于 中营养水平，这可能与长安厂排污水进入宝圣湖，导致水体n 、p 含量较高，使得叶绿紊含 量也随之提高。随着宝圣湖治理工作的进展，永体相应地得到了一定改善，但宝圣湖总体水 质仍处于中一富营养水平。 ( 2 ) 生物评价结果；宝圣湖藻类从1 月至4 月生物量一直增加，其优势种类为金藻，隐藻， 所占比例6 1 2 3 一7 9 2 5 。而后8 月藻类生物量较小，其中5 月到9 月中，优势藻类为绿藻， 硅藻，蓝藻，所占比例8 1 3 2 8 9 。2 3 ：1 0 月到1 2 月，优势藻类为隐藻，硅藻等，所占比例 为6 5 3 6 9 卜- 7 3 3 9 。藻类的变化比较明显，总 摹来说春季藻类数量猛增，4 月份也是垒年最高 的季节，这也表面了宝圣湖在一段时间内浮游植物会大量繁殖。不论从浮游植物生物量来评 价还是从浮游植物优势种来评价，宝圣湖水质都已达到中一富营养水平。 浮游动物划分水库营养水平的标准为浮游动物生物量小于l m g l 为贫营养型、1 3 g l 为中营养型、大于3 m g l 为富营养型。两宝圣湖浮游动物生物量为4 1 3 9 m g l 原生动物占浮 游动物总生物量的2 3 3 ，以浮游动物来评价宝圣湖营养水平，为富营养型。 ( 3 ) 限锚因子的确定对于湖泊富营养化治理十分关键。2 0 0 5 年宝圣湖有效氮( e n ) 、总磷 ( t p ) 质量浓度均值之比为2 2 ，其中最大比值为2 9 ，最小比值为1 7 。通常认为，t n t p 大于 1 4 的湖泊，磷是水体富营养化的限制因子。因此可以认为磷是宝圣湖浮游藻类生长的限制性 有因子。另外，还分析了水温和c h l a 与氮、磷浓度的相关性，但这些因子还不足成为影响浮 游藻类生长的限制性因子。 综合以上儿方面的分析表明宝圣湖已处于中一富营养水平之间，并有富营养化水平的趋 势，这应该引起足够的重视。因此本论文结合宝圣潮实际情况，提出了宝圣湖富营养化的防 治技术：t 、控制外源性营养盐；2 、控制内源营养性物质；3 、建立一个蘸好的水生生态系 统；4 搞好宝圣湖湖泊资源开发及环境管理。 关键词：宝圣湖富营养化限制因子防治技术 i i 璺鉴磬誊墓鳖。- 。_ - 。一i i 。誊 蔓皇薯皇墨曼皇一固皇_ c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n t0 n e u t r e p p h i c a ti o n o ft h eb a o s h e n gl a k e m a st e rd e g r e ec a n d i d a t e ：h a ny u s u p e r v i s o t ：p r o f y a ow e i z h i a bs t r a c t t h ee u t r o p h i c a t i o nq u e s t i o no fw a t e rb o d yh a sa l r e a d yb e c o m et h ec u r r e n ta n dw o r l dw a t e r p o l l u t i o nc o n t r o ld i f f i c u l tp r o b l e m ，i ti so n eo ft h eg l o b a le n v i r o n m e n l a lp r o b l e m st o o e u r o p e a n dn o r t ha m e r i c am o s tl a n d l o c k e d 龀s hw a t e rw a t a rb e d ya l r e a d yi no ri ne u t r o p h i c a t i o n a t p r e s e r a ，t h el a k ee u h - o p h i e a t i o nq u e s t i o nc a u s e db yw a t e rp o l l u t i o no fo u rc o u n t r yi sv e r y o u t s t a n d i n g ，i ti so l l co ft h em a i ne n v i r o n m e n t a lp r o b l e m so fp e r p l e x i n ge c o n o m i cd e v e l o p m e n t o f o u rc o t m t r y b a o s h e n g h ul a k e o e l o n gi ob a c kt or e v i t a l i z es u b d i s t r i c xo f f i c el o c a t ec h o n g q h a gl n l a r n a t i o n a l a i r p o r ta n dc h o n g q i n gd u r i n gt h em a i nu r b a na r e a , c l o s et ot o w no f t w on o i nt h es i t eo f d i s t r i c t g o v e r n m e n t ，i so n eo f t h ek e ya r e a so f e c o n o m i cc o n s t r u c t i o no f n o r t hd i s t r i c to f c h o n g q i n g , t h e p o s i t i o na d v a n t a g ei sv e r yo u t s t a n d i n g i nr e e 钮ty e a r s ，w i t hc o m m o np e o p l ei m p r o v e m 踟to f l i v i n gs t a n d a r d ，b u i l dh o l i d a yv i l l a g e ，s c h o o l ，l l 姐e rl i v e i nf l o o rd i s t r i c t ，n e wh i g h - t e c h e n t e r p r i s ea l o n gt h eb a n k , d e m o n s l r a t et h eg o o dd e v e l o p m e n tp m s p e c h o w e v e r , b e c a u s et h e e n v i r o n m e n t a lr e n o v a t i o ni nt h e 戗m 雠o fb u i l d i n gi sn o te n o u g ht of o r mac o m p l e t es e t t h e c o m p a r a t i v e l ys e r i o u sp o l l u t i o np h e n o m e n o na p p e a r si nt h ew a t e rq u a l i t yo nt h eh o l yl a k eo f t r e a s u r e ，h a v ed a m a g et h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo ft h i sa r e ag r e a t l y , h a sa l r e a d yi n f l u e n c e dt h e w o r k i n ga n dl i v i n go fp e r i p h e r a l 证旧裂；e s i m p a i rt h ei m a g et h a tt h el o c a l i t y i n v i t e so u t s i d e i n v e s t m e n tt o o ，h a sr e s t r i c t e dt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y p r o c e e df r o ma n g l eo f e c o n o m i cc o n s t r u c t i o nf r o ms o c i a ld e v e l o p m e n t ，i m p l e m e n tt r e a s u r eh o l yl a k ew a t e re n v i r o n m e n t e c o l o g y , , c o n t r o lp r o j e e t t ob es i g n i f i c a n t t h i sm s e a r e h ，a c c o r d i n gt o1 2m o n i t o r i n gd a t ao ft h es a m p l e dp o i n t ( t h r e ea s p e c t s ) a t5 o c l o c ki nt h em o n t ho f2 0 0 5 ，c a i t y0 1 1w a t e rq u a l i t ya n da p p r a i s ee u t r o p h i c a t i o na n da p p r a i s a l e u t r o p h i c a t i o no fl i v i n gb e i n g st ot h eh o l yl a k eo ft r e a s u r e ；h a v ea n a l y z e dt h er e s t r i c t i o nf a c t o ro f i i i 西南大学硕士学位论文 英文摘要 h o l yl a k ew a t e rb o d ye u t r o p h i c m i o no f t h et r e a s u r e c a no r i g i n a l l yw o r ko u tt h ef o l l o w i n gr e s u l t ： ( 1 ) a p p r a i s et h er e s u l ti nw a t e rq u a l i t y ：t nm o s tw a t e rb o d i e so f h o l yl a k eo f t r e a s u r ea r ei n r i c h n u t r i t i o nl e v e l ，t h en u t r i t i o nl e v e li no n l yt h em i d d l el e v e lw a t e rb e d yo fc e n t r eo ft h el a k ei si n ， t h i sm a ye n t e rt h eh o l yl a k eo ft r e a s u r ew i t hw a t e ro fb l o w d o w no f f a c t o r yo fc h a n ga n ，i ti s r e l a t i v e l yh i 曲t oc a u s et h ew a t e rb o d yn ，pc o n t e n t ，m a k et h ec h l o r o p h y l lc o n t e n tt h e r e u p o n i m p r o v et o o c o n t r o lt h ep r o g r e s so ft h ew o r kw i t ht h eh o l yl a k eo ft r e a s u r e t h ew a t e rb o d yi s s u r et oi m p r o v ea c c o r d i n g l y , b u ti nt h eo v e r a l lw a t e rq u a l i t yo f h o l yl a k eo f t h et r e a s u r ei ss t i l li n r i c hn u t r i t i o nl e v e l ( 2 ) t h el i v i n gb e i n g sa p p r a i s et h er e s u l t ：t r e a s u r eh o l yl a k ea l g al i v i n gb e i n g sa m o u n ti n c r e a s e f r o mj a n u a r yt oa p r i l ，a d v a n t a g ei t sk i n dg o l da l g a e ，l a t e n ta l g a e , p r o p o r t i o n6 1 2 3 - 7 9 2 a n d t h e na l g al i v i n gb e i n g sa m o u n tr e l a t i v e l yy o u n ga u g u s li ns e p t e m b e r , a d v a n t a g ea l g at h eg r l n a l g a t em a ya m o n gt h e e ，d i a t o m ，b l u eg r e e na l g a e , p r o p o r t i o n8 1 3 2 8 9 2 ；f r o mo c t o b e rt o d e c e m b e r , t h ea l g ao f a d v a n t a g ei st h el a t e n ta l g a e ，d i a t o m ，e t e ，t h ep r o p o r t i o ni s6 5 3 6 7 3 3 ，t h e c h a n g eo f t h ea l g ai sm o r eo b v i o u s ，o nt h ew h o l et h ea l g aq u a n t i t yi si n c r e a s e ds h a r p l yi ns p r i n g ， t h ew h o l ey e a rs u p r e m es e a s o nt o oi na p m t h i ss u r f a c et r e a s u r eh o l yl a k et h ep h y t o p l a n k t o nc a i l b eb r e di nal a r g ea m o u n tw i t h i ns o m et i m et o o c o m e ，a p p r a i s eo rc o m e ，a p p r a i s ef r o m p h y t o p l a n k t o nl i v i n gb e i n g sa m o u n tf r o mp h y t o p l a n k l o na d v a n t a g ek i n d , t r e a s u r eh o l yl a k eu pt o a l r e a d y ，w a t e rq u a l i t y r i c hn u t r i t i o nl e v e l z o o p l a n k t o nd i v i d er e s e r v o i rn u t r i t i o ns t a n d a r do f l e v e ll e s st h a nf o rz o o p l a n k t o nl i v i n gb e i n g s a m o u n tl m g lp o o rn u t r i t i o nt y p e , 1 - 3 m lf o rt y p eo fn u t r i t i o nh i t ，g r e a t e rt h a ns t a g lr i c h n u t r i t i o nt y p e a n dt r e a s u r eh o l yl a k ez o o p l a n k t o nl i v i n gb e i n g sa m o u n t4 1 3 9 m g l ，p r o t o z o o n a c c o u n tf o rz o o p l a n k t o nt o t a lb i o l o g i c a l2 3 3o f q u a n t i t y , c o m e ，t h i n kt r e a s u r eh o l yl a k en u t r i t i o n l e v e lw i t hz o o p l a n k t o n ，t h er i c hn u t r i t i o nt y p e ( 3 ) i ti sv e r yc r u c i a lt or e s t r a i nt h ed e t e r m i n a t i o no f t h ef a c t o rf r o mc o n t r o l l i n gt h ee u t r o p h i c a t i o n o fl a k e 。2 0 0 5t r e a s u r eh o l yl a k ee f f e c t i v en i t r o g e n ( e n ) ，t o t a lp h o s p h o r u s ( r p ) q u a l i t yd e n s i t y m e a nv a l u et h a n2 2 ，a m o n gt h e mt h eg r e a t e s tr a t i oi s2 9 ，t h em i n i m u mr a t i oi s1 7 u s u a l l ym i n k ， t n t pi sg r e a t e rt h a nt h el a k eo f1 4 ，p h o s p h o r u si st h er e s t r i c t i o nf a c t o ro fe u t r o p h i c a t i o no f w a t e rb o d y s ot h eo r et h a tc a nt h i n kp h o s p h o r u si st h eh o l yl a k ep l a n k t o n i ca l g a eo ft l e o g u r e g r e wh a sf a c t o r sr e s t r i c t e d l y i na d d i t i o n , h a sa l s oa n a l y z e dw a t e rg e n t l ec h l aa n dr e l e v a n c eo f t h e n i t r o g e n p h o s p h o r u sd e n s i t y , b u tt h e s ef a c t o r sa r en o ts t i l le n o u g ht ob e c o m er e s t r i c t e df a c t o r s i n f l u e n c i n gt h ep l a n k t o n i ca l g a et og r o w i ts y n t h e s i z ei ta n a l y s i si n d i c a t et h el a k e sh o l i e sa l r e a d yt r e a s u r et h es e v e r a lr e s p e c t sa ti n - n u t r i t i o n sr i c hd u r i n gt h el e v e l ，t h e r ei sat r e n do ft h ee u t r o p h i c a t i o nl e v e l ，t h i ss h o u l dc a u s e e n o u g ha t t e n t i o n ，s ot h e s i st h i sc o m b i n et r e a s u r eh o l yl a k ea c t u a lc o n d i t i o n s ，p r o p o s et r e a s u r e 1 v h o l yl a k ep r e v e n t i o na n dc u r et e c h n o l o g yo fe u t r o p h i c a t i o n ：1 ，c o n t r o lt h eo t h e rs o u l c os a l to f n u t r i t i o n ；2 c o n t r o lt h ee n d o g e n o u sn u t r i t i o nm a t e r i a l ；3 ，s e tu pag o o da q u a t i ce c o s y s t e m ；4d o e s d e v e l o p m e n to f r e s o u r c e so f h o l yt a k el a k eo f t r e a s u r ea n d e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n tw e l l k e yw o r d s ：b a o s h e n gl a k e ，e u t r e p p h i c a t i o n ，t h ed e t e r m i n a t i o no f t h e f a c t o r ，p r e v e n t i o na n dc u r et e c h n o l o g y v 独创性声明 学位论文题目：室圣塑富萱羞他鲍绫佥竖盆 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者：韩字签字日期：2 0 0 6 年5 月23 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：章b 字 签字日期：l 。0 6 年f 月1 3 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：一一 通讯地址 导师签名：耐仡 签字日期：伽彦q - r 月杉日 电话：( ) 邮编： 一 两南大学硕上学位论文 文献综述 第一章文献综述 1 富营养化概述 1 1 离营养化的概念 富营养化是指水体接纳了过量的氨、磷等营养性物质，使水体中藻类以及其他水生生物异常繁 殖，水体透明度和溶解氧变化，造成水质恶化，加速水体老化从而使水体丧失功能。它不仅制约 了湖泊资源的可利用性，而且直接影响着人类的健康和社会经济的持续发展。对于富营养化问题各 国投入了巨额资金进行研究和防治，然而收效蕞微。 12 富营养化的特征 1 2 t 水体中氮、磷等营养物质的富集 水体富营养化的第一个主要特征就是水体中氮、磷等营养物质的寓集。水中氮、磷等营养物质 主要来源于农田施肥、农业废弃物、城市生活污水及一些工业废水。施入农田的化肥，只有一小部 分被植物吸收，如氮肥，通常未被植物利用的氮肥超过5 0 ，少数情况下，超过8 0 ，这些来被植物 利用的化肥又回到地表水和地下水中。其次是大量的城市污水，特别是含磷洗涤剂的污水、屠宰畜 产品加e 、食品工业等工业废水，这些废水未经处理或经、二级处理即行排放，这就导致了相当 多的营养物质进入水休，为水体富营养化的形成提供了物质来源。另外，水质的重要指标生化需氧 ( b o d ) 温度、维生素类物质，也能触发和促进营养性污染过程。 1 2 2 生态系统不平衡 水体中生态系统不平衡是水体富营养化的第二二大特征。在水体的生物群落中，生产者( 指绿色植 物。尤指藻类) 远远超过消费者( 如鱼类) 和分解者如细菌 ，这就造成生态系统的明显的不平衡所 以在富营养化水体中，植物群落占优势地位，是生产者，而使消费者处于极不重要的地位，水体富 营养化进入恶劣的循环过程中 1 2 3 富集营养物形成沉积层 水体寓集的营养物质形成沉积层是水体富营养化的第三大特征。以固体径流形式进入水体的营 养物质可以机械地沉积在水底，弗在那里进行分解，使原本沉积的营养物质慢慢地又一次释放出来， 以溶质形式再一次进入水体。这种由营养物质吸附作用与水体中的悬浮物一同沉积在水底的过程， 如速了水体迸一步恶化的过程。 1 3 富营养化的原因 经过世界各国利学家与“人科技1 二作者的深入研究，人们己弄清富营养化发生的原冈，主要是 由于湖泊内t n ( 总氮) 、t p 【总磷) 等营养元素含量过高超过湖泊的自净能力，引起藻类大量繁殖， 破坏了原有的生态平衡。所以。湖泊富营养化的发生与湖泊中藻类的多寡密切相关，有的甚至以浮 游藻类的数量作为划分湖泊营养类型的标准。而藻类的大量繁殖需要足够的营养物质。通常情况_ f ， 自然界水体中碳、氢、氧等元素的来源较为广泛，一般能满足藻类生长的需要，而总氮、总磷的多 寡则往往成为藻类能否火星繁殖的限制因子。 1 4 富营养化的危害 1 4 1 破坏湖泊的生态系统与生物资源 湖泊生物种类多样，在维持湖泊生态系统物质一能皂循环、湖水自净过程、资源再生利用和作 为生物基因库方面意义重大。在人类活动的影确下，湖泊发生富营养亿，水华( 主要为蓝藻) 频繁 发生，并产生蓝藻毒素，加之水体的含氧量降低，对湖泊鱼类及浮游生物趵生存造成巨大威胁，死 鱼等生态灾难时有发生，给湖泊水产带来直接的损失。湖泊中的浮游生物资源超出鱼类的需要过 剩的浮游生物自生自灭，造成湖泊内源性有机污染，加速湖泊的富营养化过程，破坏湖泊天然的生 态系统，使湖泊鱼类栖息、生长、索饵、产卵的基地丧失，涮泊生物资源的再生循环过程受到严重 影响。湖泊稳定有序的物质能量循环过程遭到玻坏。 1 4 2 影响旅游业的发展 富营养型水体中由于藻类大量繁殖。赢接导致水域感官性状变坏，湖泊透明度、水色、嗅味等 感官性状普遍较差，有机质在缺氧的条件下分解，产生大量的c h a 、b 2 s 、n h 。等有害气体，使湖面散 发出难闻的腥臭味，严重影响旅游事业的发展。 1 4 3 引发洪涝灾害 由于湖泊发生富营养化，使湖泊生态系统遭到破坏，造成洪灾频繁发生，湖泊的调蓄功能丧失 造成严重的经济损失。如太湖流域1 9 9 1 年特大洪涝灾害，造成太湖流域宣接经济损失近1 0 0 亿元，间 接经济损失达2 0 0 亿元；1 9 9 3 年太湖流域再次发生洪涝灾害，仅苏州市的直接经济损失约9 亿元；1 9 9 5 年太湖流域东南部洪涝灾害严重，仅苏州市直接经济损失约2 亿元”“。 1 4 ，4 增加水处理成本 一些湖泊兼有生活用水和二i i 业用水的功能，还有一些作为城市水厂的饮用水源，其水体中藻类 的大量繁殖使水处理难度增大，所需费用也增多。过量的藻类易堵塞过滤水池，造成供水i 抖难。此 外，为清除水中藻类和消除毒素的影响，还需增添相应的处理设施，这不仅增加了成本，还使出厂 后的水质难以保证，影响居民的健康。 1 5 寓营养化的防治 湖泊富营养化的防治经过了从控剖营养盐，赢接除藻，到生物调控，生态工程及生态恢复等艰 难的历程。各国为此投入了巨额资金，然而收效甚微。富营养化依然是全球性重大水环境闯题。 1 5 1 营养盐控制 控制水体营养盐浓度是传统的富营养化防治措施，它基f 限制因子原理以实验室藻类生眭瓶法 的测定结果为依据，对于外源性污染采取截污，托水改道，污水除磷，对，内源性污染采取了溃淤 2 挖泥、营养盐钝化、底层曝气、调节湖水氮磷比值、覆荒底部沉积物及絮凝沉降等一系列措施。但 是实践表明单纯控制营养盐对富营养化防治往往难以见效”。以清淤为代表的内源性营养盐及污染 控制不仅费用高、技术难度人，而且影响清淤结果的冈素较多，优势不能得到预期的结果“1 。 1 5 2 直接除藻 用化学药品控制藻类是最开始原始的方法，化学药品可以快速杀死藻类，但死亡藻类所产生的 二次污染及化学药品的生物富集和生物放大对整个生态系统的负面影响较大，冈此化学除藻法目前 不宜采用。 用机械方法收获藻类，可在短期内快速有效的击除湖水中的藻类，但该法往往需要耗费大量的 劳力和能量，而且随着藻类的生长需要不断的收获。对于有商业价值的藻类，收获藻类可以得到较 好的经济效益，如云南的程海，湖水中曾有大量的螺旋藻，井形成螺旋藻水华，不断地收获可以获 得良好地经济效益，但是对于许多富营养化湖泊往往没有单纯的良好地藻类资源，收获藻类资源难 以取得相应的直接收益”3 。 1 5 ，3 生物调控 生物调控( b i o m a n i p u l a t i o n ) 作为营养盐控制的一种替代技术，是通过重建生物群落以得到一个 有利的响应，常常用于减少藻类生物量。保持水质清澈并提高生物多样性5 。主要通过增加食鱼性 ( p i s c i v o r e s ) 鱼类和减少食浮游动物( z o o p l a n k t i v o r e s ) 和食底栖动物( b e n t h i v o r e s ) 鱼类，以保证 有充分的浮游动物等来控制藻类；也有直接利用食藻鱼控制水华或者利用水生高等植物快速吸收水 体承l 沉积物中的营养盐”1 、分泌产生他感物质抑镱4 浮游藻类生长、并且对湖泊生态系统的物理化学 及生物学特性亦有重要影响。近1 0 年来国内外对水生高等植物在湖泊生态系统中的作崩及其恢复进 行了广泛的研究。试图以藻类为优势的浊水态水体转为以水生高等植物为优势的清水态水体。 i 5 4 生态上程与生态修复 针对非点源污染，美国科学家利用湿地生态系统作为湖泊周边流域和湖区之问的化学和水文缓 冲器，提出了保护湖区水质的湿地生态：f 程。研究显示位于水体和陆地生态系统之间的生态交错带 ( e c o t o n e ) ，具有过滤功能、缓冲器功能，它不仅可以吸附和转移来自面源地的污染物，营养物，改 善水质，而且可以截留固定颗粒物，减少水体中的颗粒物和沉积率。同时湿地可以提供生物繁育生 长栖息地，对丁保护生物多样性，减少洪水危害、保持水土等具有重要意义。 近l o 余年来，国内外科学家运用生态工程技术净化富营养化水体，恢复富营养化水体生态系统 良性循环，取得了一些成功经验。生态1 程是修复富营养化湖泊生态系统的重要工具，它可以改善 富营养化湖泊的局部水质，修复局部生态系统。 恢复生态系统结构和功能的完整性不仅是湖泊富营养化综合治理的目标，而且也是湖泊富营养 治理的重要手段。生态：1 二棵被认为是生态恢复的最佳t 具，因地制宜，将生态t 程与环境一翻鼙、生 物i ：程相结合，可以修复受损生态系统，提高水体自净能力、改善富营养化湖泊水质并建立湖泊健 康生态系统。 国内外的现状调查结果表明，在全球范嗣内3 0 一4 0 的湖泊和水库己经遭受不同稃度富营养化影 西南大学硕上学位论文 文献综述 响，我l 蚕近年来湖泊寓营养化呈现发展趋势，从2 0 世纪8 0 年代后期的4 1 上升到9 0 年代后期的7 7 ， 可见水体甯营养化已经成为重大的环境问题。随着对富营养化湖泊生态系统的研究的深入，人们逐 步认识到富营养化控制是一个典型的生态问题，同颇对富营养化防治，走过了从营养盐控制到生物 调控到生态恢复次次的技术革新与毛跃。然而，迄今为止，对于富营养化水体中恢复多种不同生 态类型的水生高等植物群落，并从群落和生态系统水平研究恢复水生高等植物的恢复过程及其对富 营养化湖泊生态系统结构和功能的影响，尚缺乏深入的研究。 2 国内外关于湖泊富营养化的研究及进展 上世纪初，水质富营养化问题开始引起生态学家、湖泊学家以及从事水质研究的卫生1 ：程技术 人员的注意。从5 0 年代以来由于1 二农业的迅速发展，入口急剧增长。工业化和城市化等因素作t | = i j ， 大大增加了氮、磷营养物质向水体的排放量。加快了湖泊、海湾等水体富营养化的进程。因此，水 质富营养化问题受到了越来越多的国家政府、有关主管部门或研究机构部门以及社会各界的关注和 重视。湖泊富营养化己经成为一世界性水污染治理的难题。自从湖泊富营葬化问题出现以来，人们 就对其机理和预测展开了大量而深入的研究 21 国外对湖泊富营养化的理论研究及进展 美国1 9 7 2 年水污染控制法把水质富营养化当作水污染的重要问题。该法明确规定：“内陆水 域污染的重要问题之一是水体中营养物质的逐渐富积和伴随的藻类增殖、生物生产力提高和其它令 人讨厌的生物学变化”。随后，美国国家环境保护局( e p a ) 在1 9 7 2 年一1 9 7 4 年对全国湖泊和水库进行 了一次大规模的全面监测和系统的调查结果发现，在所监测调奁的5 7 4 个湖泊和水库水体中，按照 营养状态分类，有7 7 8 的湖泊属于富营养水体，贫营养水体只占4 5 ，其它1 7 8 为中营养状态状 态水体。这次监测调查，促使美国政府将湖泊水体富营养化的研究和防治正式纳入了美国财政年度 计划。对富营养化研究进行国际性的合作研究，最早始丁，6 0 年代中后期。经济合作与开发组织 ( o r g a n i z a t i o nf o re c o n o m i cc o o p e r a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，o e c d ) 在6 0 年代着手对美国北部和 加拿大南部的一些湖泊的富营养化过程进行了一系列全匿的基础性研究。经过研究，确定氮、磷营 养物质的输入和富集，是水体发生富营养化的晟主要原因同时，水质富营养化也可能与其它一些 因素例如气候、湖泊形态等有密切关系。经济合作与开发组织富营养化问题规划技术执行部主 任，加拿大湖沼研究中心的沃伦威德博士指山；根据o e c d 研究的结果，8 0 的湖泊富营养化是受磷元 素制约的，大约1 0 的湖泊富营养化与氮元素直接相关。余下的1 0 的湖泊水体富营养化与氮乖其他 因素有关”1 。进入8 0 年代，水质富营养化问题上受到更为普遍的重视”。“，从水质富营养化过程模拟， 应什j 生态技术和数学模型管理寓营养化，污水中氮、磷营养物质的去除，磷去除的成本分析等方面 开展了人量的t 作。部分国家，如挪威和瑞典将酸雨对湖泊生态的影响研究列为湖泊环境问题研究 的重要议事日程”】。另外，水质富营养化预测和未来研究方面，也引起了有关国家的高度重视。 2 2 国内对湖泊富营养化的理论研究及进震 4 我国从上世纪5 0 年代起，有些研究单位和一些高等院校就着手对水质富营养化问题进行了有关 研究”。如中国科学院水生生物研究所饶钦止教授、刘建康教授等的研究 ：作。他们在湖泊调查 和水生生物的综合研究时，曾经对我国某些湖泊的营养状态，消灭“水华”的方法进行了初步的研 究。我国从上世纪7 0 年代末开始对水质富营养化和防治进行深入研究“o “，特别是近十年来，我国 在湖泊污染尤其是水质富营养化的治理及控制技术研究和开发方面开展了广泛的工作，羁前研究领 域主要包括了水质富营养化的过程模拟、应用生态技术和数学模型管理富营养化、污水中氮、磷营 养物质祛除的成本分析等方面，已取得了丰富的经验和丰硕的成果，特别是在点污染源治理方面。 已经有一系列的t 程技术可供各个湖泊治理时选用然而对非点源的治理难度较大，在发达国家的 湖泊污染治理中，由于非点源污染问题不是十分突出，两此可以借鉴的技术十分有限，幸运的是在 我国“九五”与“八五”国家科技攻关项目“中国湖泊生态恢复工程及综合治理技术研究”与“滇 池城市饮用水源地污染防治技术研究”中开展了深入细致的研究，建立了一系列的示范工程，在我 国其它湖泊污染治理中也积累了一些经验。在湖内污染源治理方面，滇池和巢湖已完成了若干个污 染底泥疏浚工程的设计和施工，在污染底泥的疏挖、处置方面己有了成功的实践。在湖泊大型水生 生态系统恢复工程技术与管理技术方面。洱海、滇池、于桥水库及太湖等湖泊均有不同程度的研究 和实践，开展了工程可行性研究和设计，有的己经建立了示范基地或小规模工程。 我国拥有数千个浅水湖泊，大多数分布在平原地区，它们在湖区的经济发展中起到了至关重要 的作用。自7 0 年代以来，这些湖泊的富营养化问题日益严重，限制了湖区经济的发展”。如太湖、 西湖、东湖、滇池等著名的浅水湖泊都是城市的水源区和风景旅游胜地。富营养化引起的蓝藻水华 问题给沿湖城市的供水造成了很大的困难。国家自“六五”起就全面展了富营养化湖泊的研究和治 理： 作”“3 ，但是迄今为止尚无一个湖泊实现了水质和生态环境的完全恢复。 23 国内外对湖泊富营养化模型的研究进展 自从富营养化问题出现以来，人们就设法通过构建模型来管理和认识湖泊富营养化。通过儿十 年的发展，富营养化模型无论在理论上或是在实践方面均有较大的发展，己经建立了大蹙的湖泊富 营养化模型，从简单的单一状态变量、v o l l e n w e i d e r 式的经验总磷模裂到复杂的湖泊生态系统动态 模拟模型，其中不少模型在认识和管理湖泊富营养化方面发挥了重要的作用。总的来说，利_ j 湖泊 富营养化模型主要有以f ) l 个目的：通过检验湖泊养分负荷与湖泊响应之间的因果关系，进一步加深 对富营养化湖泊内部的养分循环和生物学过程 预测在不同养分水平f ，湖泊富营养化的发展趋势 和识别湖泊最适负荷目标值；预测湖泊在不同管理措施的响应，我出减少养分负荷的最佳途径；估 算在磷负荷降低到目标水平以下后，潮泊生志恢复健康所需耍的时间，弥补测定数据的不足。目前， 湖泊富营养化模型的研究主要在以。f j l 个方面开展： 2 3 1 营养盐模型 2 0 世纪7 0 年代后期，联合国经济合作与开发组织为了防止湖泊富营养化，组织和协调了湖泊富 营养化的合作研究，通过对世界上近2 0 0 个湖泊f “泛而严密的监测研究，结果表明：湖水中总磷、总 氮的浓度受湖外负荷的很大支配，并呈明显的正相关关系；潮水中总磷浓度与藻类生物量的代表性 参数叫绿素a 之间存在明显的正相关关系；湖水总磷的年平均浓度与透明度之间也存在一定的负相关 关系。 2 3 2 浮游植物生态模型 浮游植物大量繁殖是湖泊富营养化的主要特征之一，运明生态模型模拟浮游植物的发生、生长 和繁殖规律对于全面预测生态系统的结构和功能的改变有着十分重要的意义。目前，模拟浮游植物 生长的主要方法有：使用限制因子假说来模拟浮游植物的生长、浮游植物初级生产力的估计和运用 质量守恒定律来模拟浮游植物的生长。 目前浮游植物生态模型还需要进一步的完善。特别是对于一些空间上跨度很人的湖泊，通过把 多级浮游植物、养分负荷模型与水动力学模型整合在一起，才能有效地预测养分负荷的改变对浮游 植物组成及其优势种的影响。模拟湖泊对养分负荷的响应也必须考虑悬浮底质和沉水植被，它们在 富营养化湖泊养分循环中扮演着重要的角色。所以，生态一动力学模型才是糊泊富营养化模拟模型 研究的主流。 2 3 3 富营养化生态一动力学模型 生态动力学模型与磷负荷模型一样，也是为了研究湖泊富营养化发生的机理，并对其发展趋 势作出预测。但它与磷负荷模型具有本质的区别，它的主要特点是：考虑了生态系统中营养随时间 和空间的变化：详细地描述湖泊中生物和化学的变化过程；与磷负荷模型比较，它考虑了更多种冈 素变化的影响。生态动力学模型一般包括三个营养级( 浮游植物、浮游动物和鱼) 与各元素( 如碳、磷、 氮) 有关物理、化学和生物变化过程，在一般情况下，这一变化过程可用磷循环子模型等来描述。 目前模型的缺点在丁它们的结构太固定，而真正生态系统具有一个灵活和适应性的结构，这