（环境科学专业论文）底泥疏浚和引水工程对小型浅水城市富营养化湖泊的生态效应.pdf

c r 和h g 的值极显著下降 0 0 5 ) 。疏浚后重金属综合污染指数值c d 显著下降p 0 0 5 ) ，平均 下降9 3 7 。 从生物角度看，南湖底泥疏浚和引水工程对浮游生物的生态学效应如下： 1 底泥疏浚后浮游藻类种类数均比疏浚前增加，浮游藻类种类最多增加了2 倍；疏 浚使南湖浮游藻类群落组成发生演替，由底泥疏浚前的绿藻一蓝藻型转变为绿 藻一硅藻型。 2 引水后南湖浮游植物种群结构多样性增加，引水后浮游藻类种类数量增加了1 5 倍以上。引水后南湖浮游藻类中出现金藻门，锥囊藻d i n o b r y o n 、鱼鳞藻 m a l l o m o n a s 种类的出现为底泥疏浚和引水工程实施后南湖水质的改善提供了直 接的证据。 3 南湖疏浚和引水工程实施前后叶绿素a 含量均呈显著下降趋势( p 0 0 5 ) 。与疏 浚前相比，疏浚期间叶绿素a 最多下降了3 6 ，引水后叶绿素a 最多下降了6 8 。 2 0 0 6 年，叶绿素a 的含量达到历年最低值，为4 4 8 6 u g l 。叶绿素a 对疏浚和引水 工程的响应与营养盐总氮和总磷在疏浚和引水后的变化是一致的。 4 南湖疏浚后浮游动物以仍以原生动物和轮虫为主，大型浮游动物枝角类和桡足 类数量较少。引水后，大型浮游动物枝角类和桡足类占浮游动物的比例上升， 表明是引水使浮游动物大型化的趋势。引水后轮虫的优势种为刺盖异尾轮虫 t r i c h o c e r c ac y l i n d r i c a 像污型) ，为水质的改善提供了证据。 5 疏浚和引水实施后浮游动物数量值下降，疏浚结束时浮游动数量比疏浚前下降 1 6 ，引水后浮游动物数量下降4 5 。引水后m a r g a l e f 多样性指数升高，由疏 浚时的1 9 6 上升至5 9 9 。 连续5 年的长春南湖实底泥疏浚和引水稀释水质、底泥和浮游生物监测研究结果表 明，尽管底泥疏浚过程中有营养盐释放等负面效应存在，总体来说，静水吸泥式底泥疏 浚技术在小型城市富营养化湖泊的控制上是有效的和可行的。对特定的湖泊而言，是否 需要对其底泥进行彻底的疏浚，或者疏浚到什么程度，还需要进行细致周密的研究论证。 湖泊是极为复杂的生态系统，由于生态系统反馈的时滞性，疏浚工程的生态效应的评价 应依据长期、连续的监测数据，因为疏浚工程实施后水质变化规律难以在短期内显示出 来，如果以短期的监测数据评价底泥疏浚是否改善湖泊的水质是不可靠的。 关键词：湖泊；疏浚；底泥；引水；生态效应 i i a b s t r a c t e u t r o p h i c a t i o nh a sb e c o m eaw i d e s p r e a de n v i r o n m e n t a lp r o b l e m c o n s e q u e n c e so f e u t r o p h i c a t i o ni n c l u d ee x c e s s i v ep l a n tp r o d u c t i o n ，b l o o m so fh a r m f u la l g a e ，i n c r e a s e d 丘e q u e n c yo fa n o x i ce v e n t s ，a n df i s hk i l l s e c o n o m i cl o s s e sa t t r i b u t e dt oe u t r o p h i c a t i o n i n c l u d ec o s t so fw a t e rp u r i f i c a t i o nf o rh u m a nu s e ，l o s s e so ff i s ha n dw i l d l i f ep r o d u c t i o n ，a n d l o s s e so fr e c r e a t i o n a la m e n i t i e s o v e rt h ep a s t3 0 - 4 0y e a r sm u c hr e s e a r c ho nl a k eh a sf o c u s e d o nt h ee f f e c t so fv a r i o u sc o n t r o l l i n gm e a s u r e s s e d i m e n t ss e r v eb o t ha sr e s e r v o i r sa n dp o t e n t i a ls o u r c e so fc o n t a m i n a n t st ot h ew a t e r c o l u m n c o n t a m i n a t e ds e d i m e n t sn o wr e p r e s e n tt h em a i nh a z a r df o rt h ee n v i r o n m e n t t h e s e d i m e n tc o n t a m i n a n t si n c l u d eaw i d ev a r i e t yo fo r g a n i cc o m p o u n d sa n dh e a v ym e t a l s i n a d d i t i o n ，n u t r i e n t si nt h es e d i m e n ta r eo fg r e a tc o n c e r nb e c a u s et h e yc a nb eam a j o ri n t e m a l s o u r c eo fe u t r o p h i c a t i o na n di n f l u e n c ew a t e rq u a l i t y e n v i r o n m e n t a ld r e d g i n gi sap r i m a r y r e m e d i a lo p t i o nf o rr e m o v a lo ft h ec o n t a m i n a t e dm a t e r i a lf r o ma q u a t i ce n v i r o n m e n t o f p r i m a r yc o n c e r ni ne n v i r o n m e n t a ld r e d g i n gi st h ee f f e c t i v e n e s s o ft h ei n t e n d e ds e d i m e n t r e m o v a l d i l u t i o na n df l u s h i n gt e c h n i q u ec a na c h i e v ei m p r o v e di ne u t r o p h i cl a k e sb y r e d u c i n gt h ec o n c e n t r a t i o nol i m i t i n gn u t r i e n ta n db yi n c r e a s i n gt h ew a t e re x c h a n g er a t e t h e e f f e c t so fs e d i m e n td r e d g i n go nl a k ee c o l o g i c a ls y s t e m sh a v eb e e nu n c o m m o n l yr e p o r t e df o r s h a l l o wl a k ei nc h i n a l o c a t e di nc h a n g c h u n ，j i l i np r o v i n c e ，p r c h i n a , n a n h ul a k ei sas h a l l o wu r b a n e u t r o p h i cl a k e ap r o j e c to fe n v i r o n m e n t a ls e d i m e n td r e d g i n gh a db e e nc a r r i e da tt h el a k e n a n h ud u r i n g2 0 0 0t o2 0 0 4i no r d e rt oc o n t r o li t se u t r o p h i c a t i o n f o l l o w i n gc o m p l e t i o nt h e s e d i m e n td r e d g i n g ，d i l u t i o na n df l u s h i n gw a se m p l o y e di n2 0 0 5 。a5 - y e a rf i e l dm o n i t o r i n g s t u d yw a sc o n d u c t e dt oa s s e s st h ee f f e c t i v e n e s so ft h ee n v i r o n m e n t a ld r e d g i n ga n dd i l u t i o n p r o j e c ti nn a n h u l a k e t h ed i s s e r t a t i o nf o c u s e do nt h ee f f e c t so ft h es e d i m e n td r e d g i n ga n dd i l u t i o np r o j e c to n s h a l l o wu r b a ne u t r o p h i c a t i o nl a k e t h e r ea r ef i v es e c t i o n si nt h i sd i s s e r t a t i o n c h a p t e ro n e r e v i e w e dt h ep r o g r e s so fl a k ee u t r o p h i c a t i o na n de c o l o g i c a le f f e c t so fs e d i m e n td r e d g i n ga n d d i l u t i o no nl a k es y s t e m c h a p t e rt w os t u d i e dt h ee f f e c t so fd r e d g i n ga n dd i l u t i o no nw a t e r q u a l i t y c h a p t e rt h r e ef o c u s e do nt h ee f f e c t so fd r e d g i n go nt h en u t r i e n ta n dh e a v ym e t a l s t h ec h a p t e rf o u rr e p o r t e dt h ee f f e c t so fd r e d g i n ga n dd i l u t i o no nt h ep l a n k t o ni nn a n h ul a k e t h ec h a p t e rf i v ei st h ec o n c l u s i o n t h ew a t e rq u a l i t y ，n u t r i e n t sa n dh e a v ym e t a l so fs e d i m e n ta n dp l a n k t o no fn a n h ul a k e w e r ea n a l y z e d b a s e do nt h em o n i t o r i n gd a t aa n dc o l l e c t e do fp r e - d r e d g i n gd a t a ( 19 9 8 19 9 9 ) ， p h y s i c a l - c h e m i c a lf a c t o r s ，n u t r i e n t sa n dh e a v yc o n t e n t s ，c o n c e n t r a t i o no fc h l - a a n dt h e i i i n u m b e r ，d e n s i t y ，b i o m a s so fp l a n k t o nw e r ec o m p a r e d t h ec h a n g e so fp h y s i c a l - c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fw a t e r ，c o n t e n t so fn u t r i e n t sa n dh e a v ym e t a l sa n ds u c c e s s i o no fp l a n k t o n w e r eo b s e r v e d t h ec a u s e so fn u t r i e n t si n c r e a s e dd u r i n ga n da f t e rd r e d g i n gw e r ed i s c u s s e d t h ef i n d i n g sf r o mt h er e s e a r c hc a np r o v i d e df i e l de v i d e n c e sf o rc o n t r o l l i n gl a k e e u t r o p h i c a t i o n a tt h er e s e a r c ho fw a t e rq u a l i t ys e c t i o n ，n i n ep h y s i c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c si n c l u d i n gp h v a l u e ，d i s s o l v e do x y g e n ( d o ) ，s u s p e n d e ds o l i d ( s s ) ，s e c c h id e p t h ( s d ) ，b i o c h e m i c a lo x y g e n d e m a n d e df o rf i v ed a y s ( b o d s ) ，c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d e d ( c o d c r ) ，a m m o n i u m - n ( n h 4 + 一n ) ，t o t a ln i t r o g e n ( t n ) a n dt o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) w e r ea n a l y z e d t h em a i n c o n c l u s i o n sw e r ea sf o l l o w s ： 1 s o m ep h y s i - c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sg r e a t l yi m p r o v e da f t e rs e d i m e n td r e d g i n gp r o j e c t s di n c r e a s e d3 6 c o m p a r e dt h ep r e - d r e d g i n g p hv a l u ew a sa l s oi n c r e a s e da f t e r d r e d g i n g w h i l es sc o n t e n t sd i dn o ti n c r e a s e da sp r e - a n t i c i p a t e d d i l u t i o np r o j e c t i n c r e a s e dt h es do fw a t e r h o w e v e r ，t h ec h a n g e so fp hv a l u ed oa n ds sw e r en o t s i g n i f i c a n t 2 t h ee f f e c t so fs e d i m e n td r e d g i n go nb o d 5a n dc o d c rw e r en o ts i g n i f i c a n t h o w e v e r ， t h ed i l u t i o np r o j e c te f f e c t i v e l yr e d u c e dt h ec o n t e n t so fc o d c r 3 d r e d g i n ga c t i v i t i e sc o u l dr e s u l ti nt h e c o n c e n t r a t i o ni n c r e a s eo fn h 4 + - n ，t na n dt p o v e rs h o r t - t e r mp e r i o da f t e rd r e d g i n g t na n dt pi nt h es u r f a c ew a t e ro fn a n h ul a k e a f t e rd r e d g i n gw a sr e d u c e da p p r o x i m a t e l y7 4 ，4 4 a n d4 7 f r o mt h el o n g - t e r m m o n i t o r i n g ，t h er o l eo ft h es e d i m e n ti nr e c y c l i n gn u t r i e n t sw a sr e d u c e ds u b s t a n t i a l l y f o l l o w i n gd r e d g i n g a tt h er e s e a r c ho fs e d i m e n ts e c t i o n ，t h ec o n c e n t r a t i o n so ft o t a ln i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r s a n d h e a v ym e t a l s ( z n ，p b ，c d ，c u ，c r ，n i ，h ga n da s ) b e f o r ea n da f t e rd r e d g i n gi ns e d i m e n t w e r ed e t e r m i n e da n dc o m p a r e d m u l t i p l ee c o l o g i c a lr i s ki n d i c e sw e r ee m p l o y e dt oa s s e s st h e c o n t a m i n a t i o no fh e a v ym e t a l sb e f o r ea n da f t e rd r e d g i n g o u rr e s u l t ss h o w e dt h a t ： 1 t h et o t a lp h o s p h o r u sl e v e l sr e d u c e d4 2 f o l l o w i n gd r e d g i n g s i m i l a rc h a n g e sf o rh g ， z n ，a sp b ，c d ，c u ，c ra n dn iw e r eo b s e r v e d ，w i t hr e d u c t i o np e r c e n t a g e so f9 7 0 ， 9 3 1 ，8 2 6 ，6 3 9 ，5 2 7 ，5 0 1 ，3 2 0a n d2 3 6 ，r e s p e c t i v e l y ， 2 t h eq u a l i t yo fs e d i m e n ti m p r o v e db a s e do nt h ec r i t e r i o no fs e d i m e n tq u a l i t y g u i d e l i n e sb yu s e p aa n dc o n t a m i n a t i o nd e g r e ev a l u e s ( c d ) d e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y ( p a i r e d - t - t e s t ，p 0 0 5 ) 3 t h et o t a l n i t r o g e ni n c r e a s e d4 9 a f t e rd r e d g i n gc o m p a r e dt ob e f o r ed r e d g i n g f i n d i n g sf r o mt h es t u d yd e m o n s t r a t e dt h a tt h ee n v i r o n m e n t a ld r e d g i n gw a sa n e f f e c t i v em e c h a n i s mf o rr e m o v a lo ft o t a lp h o s p h o r u sa n dh e a v ym e t a l sf r o ms o u t h l a k e n e v e r t h e l e s s ，t h ed r e d g i n gw a si n e f f e c t i v et or e m o v et o t a ln i t r o g e nf r o m s e d i m e n t a tt h er e s e a r c ho fp l a n k t o ns e c t i o n ，t h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ew a t e rt h ep l a n k t o nh a db e e n i n v e s t i g a t e d4s a m p l i n gs i t e si nn a n h u l a k e t h em a i nc o n c l u s i o n sw e r ea sf o l l o w s ： 1 c o m p a r e dt h es p e c i e sn u m b e ro fp h y t o p l a n k t o np r e d r e d g i n g ；t h es p e c i e sn u m b e ro f p h y t o p l a n k t o ni n c r e a s e dt w of o l d d r e d g i n gc a u s e dt h es u c c e s s i o nf o rc o m p o s i t i o n o fp h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t yi nn a n h ul a k e t h ep h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t yt o o k s u c c e s s i o nf r o m c h l o r o p h y t a - c y a n o p h y t a - d i a t o m o f p r i o r t o d r e d g i n g t o c h l o r o p h y t a - d i a t o m c y a n o p h y t ao fp o s td r e d g i n g 2 t h ed i v e r s i t yo fp h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t yi n c r e a s e da f t e rd i l u t i o n t h en u m b e ro f p h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t yi n c r e a s e d1 5f o l dc o m p a r e dt h ec o m p l e t i o no fd r e d g i n g t h es p e c i e so fd i n o b r y o n ，m a l l o m o n a s ，s y n u r aw e r ei n v e s t i g a t e da f t e rd i l u t i o n p r o v i d e da ne v i d e n c et h a tt h ew a t e rq u a l i t yh a db e e ni m p r o v e d 3 t h ec o n c e n t r a t i o no fc h l - ad e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y ( p o 0 5 ) ，w h i c hd e c r e a s e du pt o 3 6 c o m p a r e dt h ep r e - d r e d g i n g t h ec o n c e n t r a t i o no fc h l a ( 4 4 8 6 u g l ) w a st h e l o w e s ti n2 0 0 6 t h er e s p o n s e so fc h l at od r e d g i n ga n dd i l u t i o nw e r ec o n s i s t e n tw i t h t h ev a r i a t i o no fn u t r i e n t s 4 t h ez o o p l a n k t o nc o m m u n i t yw a sm a i n l yc o n s i s t e do fp r o t o z o aa n dr o t i f e r ，a n dt h e n u m b e ro fc l a d o c e r aa n dc o p e p o d aw a sl i t t l e a f t e rd i l u t i o n ，t h eh en u m b e ro f c l a d o c e r aa n dc o p e p o d ai n c r e a s e d t h e t r i c h o c e r c ac y l i n d r i c ab e c a m et h ed o m i n a n t s p e c i e so fz o o p l a n k t o ni nn a n h ul a k e t h ep h e n o m e n ad e m o n s t r a t e dt h a tt h ew a t e r q u a l i t yh a db e e ni m p r o v e d 5 t h en u m b e ro fz o o p l a n k t o nd e c r e a s e d16 a n d4 5 c o m p a r e dt h ep r e - d r e d g i n ga n d p r e - d i l u t i o n m a r g a l e fd i v e r s i t yi n c r e a s ef r o m1 9 6t o5 9 9 i ns u m ，t h e5 - y e a rm o n i t o r i n gr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ee n v i r o n m e n t a ld r e d g i n gi ns o u t h l a k ew a sa ne f f e c t i v em e c h a n i s mf o rr e m o v a lo fn u t r i e n t sa n dh e a v ym e t a l s ，t h o u g ht h e n u t r i e n t sm i g h ti n c r e a s ed u r i n gs h o r t l yd r e d g i n g t h em o s tl i k e l yr e a s o nw a sa m m o n i ar e l e a s e f r o mt h es e d i m e n td u r i n gd r e d g i n gi m p a i r i n gt h ee f f e c t i v e n e s s w et h e r e f o r es u g g e s tt h a t ， p r i o rt oc o n s i d e r a t i o no fd r e d g i n ga sr e m e d i a la l t e r n a t i v ef o rr i c h - s e d i m e n tl a k e ，t h ep o t e n t i a l a m m o n i ar e l e a s ef r o mt h es e d i m e n tc a u s e db yd r e d g i n go p e r a t i o nm u s tb ec a r e f u l l y c o n s i d e r e d a d d i t i o n a l l y ，l o n g - t e r mm o n i t o r i n ge f f e c t so ft h ep r o j e c tc a r r i e do u ti nl a k e i s n e e d e d k e yw o r d s ：l a k e ；d r e d g i n g ；s e d i m e n t ；d i l u t i o n ；e c o l o g i c a le f f e c t v 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得 的成果。据我所知，除了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。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中作了 明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：墅：鱼壹 日期： 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东 北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、 汇编本学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士学位论文全文数据库 ( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全文数据库( 中国科学技 术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：兰! ! ! f 匆 日 期：丝翌基五：3 指导教师签名：冱坐! 三 f i 期：丛咝。笸! 乒 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：东北空乃六争 通讯地址：芭盘盔型鱼垒! 巫 电话：逆2 翌罂 邮编：丝! ! 型 东北师范大学博士学位论文 第1 章引言 1 1 文献综述 1 1 1 湖泊富营养化 1 1 1 1 湖泊富营养化的含义 传统的富营养化是指由于氮磷等生源物质超过自然水平【2 3 】，导致水生态系统的净 初级生产力不断提高，而出现相关的生态系统服务功能的丧失，如藻类过度繁殖，水中 溶解氧消耗，水质恶化等现象。营养元素的富集加上水生态系统固有的特征如形态测量 学、地理学特征等决定了富营养化的速度、程度和形式。例如，富营养化特征在环境和 生态条件不同的河流等急流生态系统与静水湖泊生态系统是完全不同的。一般的，淡水 湖泊是富营养化研究的重点【4 】。 c o o k e 等【5 】将湖泊富营养化定义由于无机和有机的可溶性及颗粒物质负荷增加使湖 泊以足够的速度提高生物生产力潜力，降低湖盆容量并且消耗水中溶解氧的过程。该定 义除营养之外，强调有机物质和淤泥的输入。欧盟城市废水处理指导委员会( u w w t d ， c o u n c i lo f e u r o p e a nc o m m u n i t i e s ，1 9 9 1 ) 指出富营养化是“水体营养物质主要是氮和磷的 化合物富集，引起藻类和高等水生物过快生长打破湖泊水生物的平衡导致水质恶化的现 象”【6 】。因此富营养化不单纯指藻类的问题，富营养化在湖泊中存在两种类型，即响应型 湖泊和非响应型湖泊。响应型湖泊，按湖泊初级生产者的优势类群划分，富营养化湖泊 可分草型富营养化湖泊和富营养化藻型湖泊。 1 1 1 2 湖泊富营养化的特征 富营养化是所有天然水体自然发生的过程，这期间水体中营养盐和有机物的量会逐 渐积累，并出现生物产量上升，沉积物淤积引起水体平均深度减少的现象。湖泊富营养 化可分为天然富营养化和人为富营养化两种。在自然条件下，地面天然水体中的总氮和 总磷含量一般都较低，因而湖泊生态系统的生产能力被限制在一个较低的水平。湖泊从 贫营养湖过渡为生产力较高的富营养湖需要很长时间，是一个极为缓慢的过程1 7 j 。但是， 人类活动的不断加剧，大大地加速了湖泊的演化过程，如有机废物和营养盐的排放，使 过量氮磷营养供应造成湖泊中的主要生产者藻类的快速生长，藻类的尸体则为湖泊微生 物提供了充足的养料，它们也因而大量繁殖并快速消耗水中的溶解氧。由于微生物集中 于底泥之中，结果造成水的底层缺氧。随着这种情况的继续，缺氧层的厚度越来越大， 从而把好氧微生物的活动范围更加限制在表层，直到最后，只有水面薄薄的一层还有藻 类生长，其他需氧生物统统死亡。藻类生长进一步限制了阳光的入射深度和氧气补充速 度，更加剧了这一过程。湖泊生态系统结构和功能出现退化。湖泊富营养化通常是指对 人为富营养化。 1 东北师范大学博士学位论文 湖泊生态系统是其内部生物群落与外部生存环境长期互相作用下，形成的一种动态 平衡系统。湖内的生物群落同其生存环境之间以及生物群落内不同种群生物之间不断进 行着物质交换和能量流动，并处于互相作用和互相影响的动态平衡之中。湖泊由贫营养 转变为富营养过程时，湖泊水生态系统受到的干扰超过生态系统的弹性限度时，生态系 统的动态平衡不可避免地被打破。 湖泊富营养化过程是自养性生物在水体中建立优势的过程。湖泊富营养化导致了许 多湖泊水生植物消亡或覆盖度下降，使得许多原先以水生植物为主的草型生态系统转化 为以浮游植物为主的藻型湖泊生态系统。藻型富营养化水体的显著特征是某些浮游藻类 大量暴发增长，原有种群结构被破坏，优势种群发生更替，生态系统的结构和性质发生 显著变化。贫营养湖泊与富营养湖泊的特征与转换关系见图1 1 。 湖泊富营养化越重，初级生产力越高，浮游植物的现存量越高，水体透明度越低。 个别种群可以在特定的适宜条件下大量暴发，使水生生物多样性降低，导致生态系统不 稳定性增加。在过多营养盐的作用下，浮游植物的多样性越低，最终会导致蓝一绿藻成 为优势种【8 1 。在蓝藻水华暴发期间，死鱼现象可能发生【9 j 。 生态系统 稳定性降低 营养状态 营养水平 水体透明度 浊度 优势植物 生物多样性 美学价值 总磷浓度范围 总磷浓度 。负反馈 。正反馈 图卜1 浅水湖泊营养状态模型( 来源：s c h e f f c r 1 9 8 9 ) f i gu r e1 - 1m o d e lo ft r o p h i cs t a t ei ns h a l l o wl a k e ( s o u r c e ：s c h e f f e r 19 8 9 ) 2 一一高低高溅低低 一 一养一营| 孥 拗 一 一 型 一贫低高低大高高 东北师范大学博士学位论文 1 1 1 3 湖泊富营养化的危害 自2 0 世纪5 0 年代起，富营养化就成为一个被日益关注的问题，湖泊富营养化现已 经成为困扰世界上很多国家的水资源和水环境的重要问题之一。联合国环境规划署 ( 切n e p ) 的富营养化调查结果表明，全世界范围内3 0 _ 4 0 的湖泊和水库遭受不同程度 的富营养化影响j 。 湖泊富营养化的危害是多方面的，主要表现为：浮游藻类生物量增加，水体浑浊变 色，水体的溶解氧下降、透明度降低、进而造成水质恶化，水体功能下降，水体变得腥 臭难闻，景观破坏。随着富营养化的加剧，大型水生植物逐渐减少，水生植被减少引起 藻类大量繁殖，使水体透明度( s d ) 降低。在富营养化湖泊的表层，藻类可以获得充 足的阳光进行光合作用，因而表层水体溶解氧充足。但是在深层情况就不同，首先是表 层密集的藻类使阳光难以透射入湖泊深层，而且阳光在穿射过程中被藻类吸收而衰减， 所以深层水体的光合作用明显受到限制减弱，使溶解氧减少。其次，湖泊藻类死亡后不 断向湖底沉积，不断腐烂分解，也会消耗深层大量溶解氧，严重时可能使下层滞水带的 溶解氧消耗殆尽而呈厌氧状态【1 2 】，使需氧生物难以生存，死鱼现象可能发生【l3 1 。厌氧 状态可以触发或加速底泥中营养物的释放，造成水体营养物高负荷，形成富营养水体的 恶性循环。 近来，藻毒素成为一个广泛承认的、关乎人类健康的热点问题之一【1 4 1 。在藻类引起 的中毒事件中，蓝藻毒素是目前已经发现的污染范围最广，研究最多的一类藻毒素。蓝 藻毒素的分类蓝藻毒素主要是细胞内毒素，当细胞破裂或藻类腐烂分解后，毒素- a 一会被 释放到水体中，人类在皮肤接触、饮用、食用水生动物等过程中可能会导致中毒。中毒 症状一般表现为视力下降、呼吸急促，呕吐、腹泻等。 目前，产生毒素的藻类己知有6 0 余种，最常见的蓝藻门的微囊( m i c r o c y s t i s ) 、颤藻 属( o s c i l l a t o r i a ) 、鱼腥藻属( a n a b a e n a ) 。藻毒素按化学结构分三大类：环肽( 肝毒素) 、 生物碱( 神经毒素) 和脂多糖( 皮炎毒素) 。微囊藻是许多有富营养化湖泊的优势种属。 微囊藻毒素( m i c r o c y s t i n l r ，m c ) 是目前已知的毒性最强的、急性危害最大的一种淡水 蓝藻毒素，经常出现在发生水华的淡水水体中【l5 1 。微囊藻毒素分子量大约1 0 0 0 ，化学 结构为环状七肽小分子，结构通式为( a l a - x m e a s p a s p z a d a g l u m d h a d h a ) ，其中x 和z 分别为2 种可变的氨基酸。微囊藻毒素化学性质稳定，易溶于水、甲醇，在1 5 3 0 。c 水温的富营养化水体中长时间存在。研究发现，即使水温加热至u 3 0 0 ，微囊藻毒素仍 不分解 16 1 。 微囊藻毒素对人类与动植物危害已经引起各国研究者的广泛关注。微囊藻毒素对小 白鼠的致死量l d 5 0 是3 6 1 2 2p g k g 1 1 7 1 。水体中过高的微囊藻毒素可引发鱼卵变形、蚤类 死亡、鱼类行为和生长异常等现象【l 引。微囊藻毒素可以通过饮水或食物链进入人体而对 人体健康造成危害。微囊藻毒素的致毒机理主要是通过微囊藻毒素与蛋白磷酸酶结合， 抑制其活性从而导致细胞蛋白磷酸酸化度增高，引发哺乳动物肝细胞微丝分裂、破裂和 出血，肝充血肿大，失血休克死亡等病症。由于能促进肝肿瘤形成，微囊藻毒素可能与 东北师范大学博士学位论文 肝癌高发有关。巴西曾发生一起用来自蓝藻污染的湖水进行透析同，在患有肝炎的1 2 6 例中有4 3 人死亡，他们的肝和血中都发现有大量微囊藻毒素h 9 。世界卫生组织( w h o ) 推荐饮用水标准中微囊藻毒素浓度不高于0 0 0 1m g l t 2 0 1 。目前，为了保障公众身体健康， 我国的生活饮用水水质卫生规范( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 和地表水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 毒理指标中增加了微囊藻毒素的检测项目，规定水中微囊藻毒素l r 的安全浓度为为0 0 0 1m g l 。 我国是世界上多湖泊国家，其中大于1k m 2 的湖泊有2 3 0 0 多个。近年来，随着人 类活动的不断增加，前我国湖泊富营养化严重，发展趋势迅速。根据2 0 0 5 全国4 8 个重点 湖泊的1 5 2 1 0 3k m 2 的水面调查结果，全国4 8 个重点湖泊中，全年水质达到i - - i i i 类标准 的湖泊有1 7 个，部分水体受到污染的有1 9 个，水体水质均为劣v 类的有1 2 个。主要超标 项目是总磷、总氮、高锰酸盐指数、化学需氧量和氨氮。营养化评价4 7 个湖泊，除云南 的泸沽湖处于贫营养状态外，有1 4 个湖泊处于中营养状态，3 2 个湖泊处于富营养状态。 主要污染项目是总磷、总氮、高锰酸盐指数和氨氮【2 。城市湖泊正在面临严重富营养化， 大多数中型湖泊因总氮、总磷接近或超过富营养化的临界标准而处于富营养化状态，一 些湖泊甚至达到极富营养化状态。2 0 0 7 年4 月2 5 日太湖梅梁湾暴发大规模的蓝藻水华， 无锡数十万群众的饮水安全受到了严重威胁仁2