（环境科学专业论文）苦草在富营养化湖泊治理中的作用.pdf

a b s t r a c t i nt h er e c e n t y e a r s ，t h ep r o b l e mo fe u t r o p h i c a t i o n i nl a k eb e c a m ew o r s e ，f o r e u t r o p h i c a t i o n 、m a n yl a k e sl o s tt h e i ru s e i n gc o s t ，t h a tb r i n gp e o p l em u c ht r o u b l e t h e m e a s u r e sc o n d u c t e df o r e u t r o p h i c a t i o n c o n t r o lc a nb e g r o u p e d u n d e rt h r e e h e a d s ：p h y s i c sm e a s u r e 、c h e m i s t r ym e a s u r e 、e c o l o g ym e a s u r e p e o p l em o r el i k et h e e c o l o g y n l e a n s u r eb e c a u s ei td o e sn o t p r o d u c th a r m f u la f t e r e f f e c t ，t h e d u r a t i o ni n c f f e c ti sl o n ga n dt h ec o s to f e c o l o g ym e a s u r ei sl i t t l e rt h a nt h eo t h e r s ， i nt h e e x p e r i m e n t ，t h ea m o u n to fa l g ad e c r e a s e s i nt h ew a t e rw h e r et h e r ei s v a l l i s n e r i as p i r a l i sa n dt h ew a t e rs t i l ld e c r e a s e st h ea m o u n to fa l g aw h e nr e m o v e v a l l i s n e r i a s p i m l i s w h a t 、s m o r e ，v a l l i s n e r i as p i m l i sc a nd e c r e a s et h ea m o u n t0 1 、 n u t r i m e n tt h a tm o v e sf r o ms e d i m e n tt ow a t e ra n dr e d u c et h e s p e e do fm o v i n g ，o f c o u r s e ，i ti si m p o r t a n tt h a tv a l l i s n e r i as p i r a l i sc a ng r o wn a t u r a l l yi nh e a v ye u l r o p h i c w a t e r , s ot h ev a l l i s n e r i as p i r a l i si sg o o df o re u t r o p h i c a t i o nc o n t r 0 1 k e y w o r d s ：v a l l i s n e r i a s p i r a l i s l a k e e u t r o p h i c a t i o n 第一章前言 1 1 湖泊富营养化的成因和危害 1 - 1 1 湖泊富营养化的概念 从t - t i l i 卜看“富营养化”的意思是“喂养良好的过程”。但在这早是指湖泊 巾的营养物质( - 般足氮、磷的化台物) 过量从而引起水体植物( 如藻类) 的大 髓繁嫡。其结果熹连引起水质恶化、味觉和嗅觉变土4 ：，溶解氧耗竭、透明度降低、 j 1 1 f 【、黝盛产、死鱼、阻塞航道，对人和动物产生毒性。 实际上湖泊的富营养化是千百年来自然发生的过程，原因很简单，因为湖 泊本身起着个营养物质沉积池的作用，营养物质的输入输出并不平衡，结果产 生积累。在以千年计的时问跨度罩，植物的生氏一般与输入湖泊的营养物相j 1 衡， 生物群体的生产力随越来越高的营养水平而变的更高。然而，在富营养化不断加 剧的体系中，营养消费量并不能和营养物保持并驾齐驱，于是出现了藻类和其它 植物的过量! 卜长。 1 1 2 、湖泊富营养化的成因 1 1 2 1 营养盐类、有机物及淤泥的影响 营养盐类特别是磷含量增加使湖泊、水库藻类数量和生物量增加。表明水体 发生了富营养化。一般藻类体内n 占湿重0 7 ，p 占0 0 8 ，n ：p = 9 ：1 。污 水叶- n ：i k3 ：1 或4 ：l 。大量污水排入湖泊，增加湖水p 浓度，湖水n ：p 比值 1 、降，其中部分n 经反硝化作用形成n 2 扩散损失，使湖水中的n 成为限制凶 豢。i ，f i jj 曾d i i 促进藻类发展，有些藻类特别是蓝藻可以从大气中固定n ：以达到 n ：l ，质量平衡，围此，空气中有大量n 输入水体。室内实验和现场的围隔实验一 致i f t i t j i ，大部分水体磷是限制性营养物质。因此，磷的增加，一般都能促进藻类 ，卜物鲢的迅速增加。 氮年碳l 色是凛类的重要营养物。但其来源与生物地球化学循环比较复杂。火 一p t ，的氮气和二：氧化碳能扩散到水中，被藻类和细菌固定，也能从水中释放剑人 气中去。 确磷的循环比较简单，主要是水体中生物磷与非生物的颗粒磷和溶觯磷 之州1 的循环。其r 只有溶解磷能被生物吸收。大气磷的影, l a j t l i d , 。因此水体磷浓 度是主要关注的营养盐类。 富营养化姓过量的营养物质、有机物质和淤泥输入，从而导致湖泊生物产量 增加而体积减小的过程。该定义除了营养盐外，强调有机物质和淤泥的输入。因 为有机物质也能导致体积缩小，消耗溶解氧，并通过矿化作用从沉积物中释放营 养物质：淤泥的输入使湖泊体积缩小，并能吸刚营养盐类和有机物质，成为潜在 的污染源。浅水湖泊生长大量的大型植物以及大翠藻类，这些植物死亡腐败后释 放仃机物质和无机盐类，消耗溶解氧。l 习此寓营养化水体不单足凛类的问题。 1 1 2 2 湖盆形状的影响 7 , b 7 l l l 或水库营养物质的商源污染负荷直接与水面积、深度和湖毓彤状有密 切关系。深水湖泊，表【f i i 积相对较小，而体积较大，对污染物的容赶也较大。由 1 水深，光线透光率降低，大型水生植物d - ：自k 生长，也就没有大量生物死沉 积和腐败作用，使生物耗氧较少。同时由于营养龄释放较少。藻类生物量也就较 低。因此，深水湖泊富营养化现象较少，贫营养状态较多。 深水湖泊，夏季期间湖水温度存在分层现象。湖下层水温低，比熏大：湖 j 层水温岛，比重轻。由于比重的不同，阻碍表底层湖水的循环。这利，温度分层 现象对湖泊寓营养化及其恢复都有重要意义。在营养型的湖泊中，山于藻类和大 型植物产：量大，生物量高，以及河流的输入，使沉积物中有机物质比较丰富，为 细简、。真菌、原生动物或阉j 分无脊辛雠动物提供了能源。在这些生物的呼吸或分解 活动以及其它化学作用卜- 湖下层溶解氧被大量消耗；在氧气一i 足的条件1 - 同 | i 寸释放出某些元桑，如磷的复合物转化为三价磷离子进入水层。秋季j t i a j ，湖下 层丰富的氮、磷_ 手| i 其它营养物质随湖水的循环被带到湖上层，促进湖上层藻类的 发展。 另方丽，j 土 于湖t - - 层溶鳃氧不足，限制鱼类、特别是冷水性肉食鱼类的 d 二存。在没有肉食性鱼类的捕食压力卜，某些浮游动物食性的小杂鱼或经济价值 彳i 高的鱼类l 可能大量繁殖，消耗大量白天迁移到湖下层避免某些鱼类捕食的浮游 动物。藻类存没有浮游动物的牧食压力下，数量发展，可能导致藻花的形成。没 何氧气的洲1 - j k ，无脊椎动物也4 j 能生存。 缺氧的湖卜二；，l l tj 二沉积物牛n 铁、锰离f 释放至水扎加| 二藻类的分泌 物，导敏i - 层湖水带有小良的气味和颜色。 浅水湖泊，表底层刁j 断循j j ：1 ，底层营养物质带到表层，促进藻类生长。夏 季期削，浅水湖泊，叮能出现短期分层现象，底层有机物质分解作刚，导致溶解氧 迅速消耗，促进沉积物巾的磷的释放。分层现象过后这砦物质迁移至表层，促 使表层藻类的发展。浅水湖泊p h 值一般较高，影响生物分解作用，并促进沉积 物中磷的释放。 1 1 2 3 生物群落的作用 湖泊爿i 物群落町分为二个不同但又有相互作用的带，即沿岸带，敞水带和 湖底带。沿岸带为水体与陆地之间的过渡带，一般生长有大型植物。沿岸带的宽 度与地形有关。坡度小的浅水湖泊沿岸带宽，陆地上输入颗粒物在沿岸带沉积， 生长大量水生植物和周从生物。这些生物死亡、腐败后，产生丰富的有机和无机 营养物质，是湖泊趋向富营养化的物质来源之一。 敝水带卜物群落主要由浮游动物和鱼类组成。浮游生物从| j 臼光和沿岸带， 湖底层输入的溶解或颗粒物质中获取能源，它们自身又为鱼类和底栖动物提供饵 料。在富营养化的湖泊中，敞水带生物种类少，数量大。蓝绿藻占绝对优势。在 营养物质：4 ：富的湖泊中，有时由于浮游生物食性鱼类的捕食使浮游动物数量下 降，从而导致藻花的发展。 底柄生物群落由生活在湖底表面或底泥中的生物组成。主要的动物类群有 水， i 昆虫、软体动物和寡毛类。在富营养化湖泊中，这类生物很少，只有一些附 低氧的物种能够q i 存。底泥中的微生物能分解溶解和颗粒有机物，一方面为自身 提供活动的能源，同时也释放营养物质进入水体，提供给水生植物利用。 1 1 2 4 湖泊富营养化进程 刳1 1 叫| a 和b 分别表示从外部输入有机物、污泥和营养物质。c 示外部输 入溶解与颗粒有机物d i l 上湖内生物排泄和死亡的有机物。d 、e 、f 为生物单元， 表示q ：产或消耗有机物质。藻类在营养盐类b 的刺激下得到发展；沉积的淤泥和 有机物a 促进大型植物火量生k ：藻类和大型植物为动物所用。g 、h 、i 表示湖 泊或水库存f l 硼q 问题。h 外，整个框架表示内部过程，如沉积物巾营养物质的释 放引 f 乍( i 到l j ) 以及未分解有机物质的沉积作用( c 到0 ) ，从而在无外源输 入的f 占况f 也能促进藻类祠1 大型植物的生长。营养物质丰富的浅水湖泊或湖f 层 缺氰，啦n 勺湖泊| _ | = | 于营养盐的再生作用，即使切断外源营养物质输入，仍能【毛期 维持甫蒋养状态。 图1 1 湖泊富营养化进程中环境要素与生物群落之间的相互作用及影响 1 1 3 湖泊富营养化的危害 初级生产力的增加导致水质透明度降低。由于缺光，无柄水_ i 植物也将消失。 无柄生物消失后，整个水生动物的生境就会丧失。藻类发展使透明度卜降只足问 题的部分，灯了二生化过程平衡受到破坏，随后的影响更加，重。光含作用的结 果使氧气有净j “出，同时山于吸收c o ：，水体的p 值也会升高： c o ! + f f 。o 1 n ，p 生物量+ 0 。 在藻类发展期间，上述反应的强度剧烈增加，直至透叫度成为反应的限制因 r 为l h 在这划问，细胞分解的速度随即增加。特别是在夜洲和深层水域，分解 的过程甚于生长的过程。死去的藻类细胞为原卜动物和细菌所捕食乖, j f l l ，而, f i 矿 化。返过槲足光合作剧的逆反应，消耗氧，释放h c 0 2 ，j ”，l - f o “物质： 0 2 + 生物质叶c 0 2 + h 2 0 + n ，p ( 以矿物形式沉淀) ：f ：! i ：逆过程- hp l i 值可以降到5 ，而溶解氧可能降到l 毫克升以 _ _ 。每天p i i 干溶解氧的这种涨落交化将对大部分高级水生动物构成赢接成胁。而且富营养化 水体底部沉积人量的有机物，在水体缺氧的情况f ，加剧了水体底部的厌氧发酵。 如涮i 发酵、硫暧擒还原反应等，也相应引起微生物种群，群落的演特，改变了 原米的，| ! 态环境。 水体寓营养化导致水华的产生，有些藻类能分泌有毒物质，虫微原甲澡，裸 甲藻等能产生种剥人毒性很大的有毒物质麻痹性贝毒( p s p ) ，而有些水产动物 对其有较大抗，降，当人误食了体内积累了p s p 的水产品，就能致病重者死产。仃 些藻类能产，i t 腹泻性贝毒( d s p ) ，主要积累在扇贝等双壳动物的中肠腺，误食这 些贝类后引起腹泻、恶心、呕吐等。 作为自柬水源的湖泊，由 富营养化使藻类过度发展，造成水厂过滤池的堵 塞和过滤效二年较低，从而增大处理费用。藻类过多能引起供水异味，在缺氧j 未 底质中的铁、锰等溶 f _ 1 释放到水中，在管内形成“红水”，c 乏失供水功能，井门 会引起鱼类窒息死亡，使养殖业经济效益大幅度下降。 在观光游览区，因藻类火量发展使水体透明度下降，湖水浑浊，臭味弥漫， 使湖泊旅游观光的价值大减，甚至丧失其功能。 1 2 湖泊富营养化的现状 1 2 1 国外的情况 表i 根据营养条件把各地湖泊和水库做了划分。各地区的情况相差悬殊。例 如，加拿大百万湖泊的大部分( 约3 4 ) 仍是寡营养化的，尽管其南方人l j 稠密 地f 的湖扪人多数足寓营养化状念。在美国，小部分的湖泊周围是农场它们的 寓营养化与农业和畜牧业有关，也不排除其中一部分是由于自然原因。 在气候干燥地区，水源常以人工或半人工方式蓄积起来，富营养化情况相当 严重。例如，在西班牙的8 0 0 座水库中，至少1 3 是高度富营养化的。南美、南 7 1 - 、墨西哥及其他些地方都有水库严重富营养化的报道。 尽管存在许多不确定因素，但这种评价仍可表明，在全球范围内3 0 - - 4 0 的 湖泊和水库遭受不同程度富营养化的影响。但按照湖泊体积，大部分大型湖泊仍 棚对不受富营养化的影响，如贝尔加湖、苏必略湖、马拉维湖、大熊湖、大奴湖 等。表2 将天然湖泊按表面积和体积对富营养化程度做了分类。虽然许多受影响 湖 7 i 旧i 水库棚对鞍小，但是它们对饮用水源、渔业或者娱乐用途都是极其辱要 n j 。 表1 ：世界湖泊和水库的富营养化状况 地陌和闺家寡营养( ) 中等营养( ) 富营养( ) 抽样水体个数 8 个o e c i ) 成员固 187 o e c d + j j j i 拿人4 8 o e c d + j j l l 拿人+ 其他3 0 国家 加拿人 美国 意人利 德国 波罗的海掰h ! 国家 ，围 个p a h o 刚家 1 6 3 5 1 5 2 3 2 8 3 8 3 8 3 9 3 2 2 0 南1 l ：水j 7 ；j3 14 6 5 1 0 1 3 6 2 3 0 3 5 3 3 5 1 2 7 6 4 3 5 4 3 f ( + 1 6 ) + 3 6 2 4 5 6 2 8 1 2 9 4 9 3 6 5 7 2 f 3 0 3 6 3 4 2 5 3 2 o e c d ：经济合作与发展细织 + ：括5 j 内数宁表示高度富营养化水体所占百分比 p a h o ：泛美：i 圳i 组织国家 6 扣 8 塔 ” “ m 表2 ：1 8 0 个天然湖泊的营养状况 贫营养 n 中等营养 n 寓营养 n 总计 n 眦积( 平疗公里) 1 4 4 4 7 0 7 i1 0 1 2 0 l4 33 2 6 0 06 6 2 7 8 3 3 】+ i8 0 5 】93 9 43 6 42 391 1 73 6 71 0 01 0 0 体积( 立力公皿) 1 6 0 0 0 7 l7 l3 24 25 2 5 6 763 9 73 022 3 52 2 、f 均水深( t 、欺)2 2 ，83 5 ，92 4 2 1 l i 均水利停留时1 58 6 0 问( 年) 6 62 3 6 5 71 7 9 3 691 0 01 0 0 n ：沏泊样本数 $ ：。i f 世界湖泊淡水总储量的2 2 1 2 2 国内的情况 r t 【到足l i 界上洲泊众多的国家之，约有2 万多个湖泊，湖泊总贮水达7 0 多亿1 3 1 3 。另外。还有大小水库8 万多座，总库容达4 0 0 0 多亿1 1 1 3 。中国的湖泊 流域足人口最密集、经济和文化最发达的地带之一，湖泊( 水库) 水资源总量达 剑6 3 8 0 x 1 0 。1 1 1 3 ，是地f 水可j ：采量的2 2 倍，f j 亍中国城镇饮用水水源的5 0 以 i ：，全嘲粮食j “：龄的1 3 1 4 米自于湖泊流域。工农业总产值达到全国的3 0 以i ：，址r 1 引j ! _ ；f 民经济持续发展和冈家稳定的重要保证。因此，湖泊流域的环境 保护谯i i ，吲l i = 何1 分雨耍的地位。 逃2 0 年来，t , t j 7 1 l 水j = _ 1 、境污染问题越来越突“j ，湖泊的水华灾害已成为制约 l 会和国民经济进一步持续发展的重要因素。进年来，部分河流水域如汉江、珠 江、葛洲坝水库也出现富营养化，即将建成的三峡水库同样面临着富营养化的艟览 胁。滇池部分水域水华每年持续时州长达l o 个月，巢湖、太湖部分水域也长期 处1 一水华：i 犬念，云南洱海1 9 9 6 年爆发了大而积水华，持续吲i n j 长达1 个门。太 湖与滇池富营养化十分突出，藻类全湖泛滥，其叶绿索a 的浓度超标数盯倍，订 最严重的累积区超标高达数千倍，是【址界罕见的。 1 2 2 1 中国富营养化湖泊的分布 根据2 0 世纪8 0 年代后期与9 0 年代的调查结果，分布在k 汀巾1 ：游湖f 爱、 云贵湖区，部分东北山地及平原湖区与盂新湖区湖泊都已处于富营养化水平。城 市湖泊山于湖小受城市废水的影响大，无论地理位置如何几乎都已达到富营养化 或严重富营养化的程度。 1 2 2 2 中国主要湖泊富营养化水平 中国主要湖泊富营养化不但面广，商日程度严重。卜面列出了巾倒。t i 人淡水 湖以及其它二卜多个重要湖泊的营养指标及富营养化水平( 表3 5 ) ，从此表q 雨出，这j ! 湖泊的营养盐水平基水上达到了富营养化发生的标准浓度，水体的富 营养化在多数湖泊中已处于相当水平，成为中国湖泊最重要的环境问题。 1 2 2 3 中国湖泊富营养化的趋势 1 9 8 4 年命闭重点凋查的3 4 个湖泊中，富营养化的占2 6 5 ，1 9 8 8 年达 6 1 5 ，而在1 9 9 6 年2 6 个国控湖泊( 水库) 中，总体处于寓营养化的高达8 5 。在这些重点湖泊中，水质一般较差，有些监测点水质低于v 类标玳。氮、磷 污染的水平较高，桐当部分湖泊还发生“水华”灾害。 表3 我国五大淡水湖泊的营养状况( 单位：m g l ) s d 为水体透叫度，单位为1 1 1 ，以下表4 、5l 司 表4 我国主要城市湖泊的营养状态( 单位：m g l ) 9 表5 我国主要中型湖泊的营养状况( 单位：m g l ) 湖名 rpd pd o c h l as d 7 f - n 滇池外海0 , 0 9 7 o0 0 87 2 2 2 37 50 6 8 12 0 洱海 f 璋斯腾海 j 桥水库 巳5 粱素海 离州水库 城湖 淀山湖 湖伦湖 南四蟊舛 镜泊湖 闩洋淀 千岛湖 00 5 0 007 8 0 0 2 0 0 0 6 7 00 2 5 00 5 5 00 8 8 01 4 0 02 1 0 04 0 0 0 0 8 2 0 0 5 0 0 0 0 7 0 0 0 1 00 4 5 0 0 0 5 0 0 0 5 0 0 4 4 0 0 5 6 0 0 2 】 01 3 0 61 0 7 4 7 1 07 8 64 3 79 1 9 5 9 89 7 9 5 6 7 3 7 9 4 5 1 i6 8 8 0 5 4 0 2 60 7 4 4 5 09 1 3 3 2 5 9 8 59 5 4 2 7 3 6 2 l0 1 5 0 26 0 0 7 0 1 9 0 o 3 4 0 5 3 0 6 4 0 5 6 1 8 0 53 8 05 6 0 9 2 1 ，2 0 i8 7 04 0 1 7 0 i9 0 i9 0 3 。4 0 1 ，0 0 23 0 0 4 0 1 3 治理湖泊富营养化的技术 根据富营养化的成因，控制利治理湖泊富营养化需要采取物理，化学和生态 的方法。 1 3 1 物理方法 1 3 1 1 切断污染源 将输入湖泊的污水( 经过处础| 内) 转移到其他适宜的地l l 或湖泊f 游河道。 或用于农业灌溉，浇灌草地、林木，减少湖泊营养盐负荷，降低湖泊营养状况。 因为处理过的污水巾磷俞量仍然较高。转移地点要根据具体条件确定，无适。白：地 点此法不能采 。例如，威斯康埋州迈迪迦湖( m a d i s o nl a k e ) 洧受污水严弧彤 j 咖。1 9 5 8 匀：起将犬部分污水转移伞湖泊1 i 游河道，1 9 7 1 年尢，j 水输入，陔湖m 未发生藻花。 1 3 1 2 滞留池 0 滞斟池用束储存暴粥期间城镇和农m 产生的地表径流，沉淀颗粒物质。这些 池了能储存丌始的径流，并且维持年渗漏到地下为i ：。因为地表径流q - 很多的磷 和j 悬浮颗粒棚结合，能够在这些池中沉积卜| 米。这种系统费用低，效果好，管理 技术简单。据报道，停留2 天去除3 5 ，5 大去除4 0 ，1 5 天去除5 0 6 0 。 l ，3 1 3 稀释 用清洁、营养物质浓度低的水更换寓含营养物质的湖水，或增加进水龄将发 ， 二藻花的湖水冲刷出去。该方法简便、有效，如北京六海每年定期更换清水，对 保持其水质起剑重要作用。但对大型湖泊和淡水资源缺乏的地区，这种方法难以 实现。 1 3 1 4 提高水位 引入清洁河水提高浅水湖泊水位，可降低浮游植物生产力，促进悬浮物质沉 降和抑制沉积物的再悬浮，降低底泥中营养物质的释放。实验表明，水位每提高 6 9 c m ，水质明显改善。 1 3 1 5 湖水人工循环 这种t 方法主婪是用人j ：的办法促进上下湖水的循环，使夏季h 现的分层湖水 小的温度和化学物质均匀分布。用空压机将空气通过管道打入湖的底层，大量的 气泡使湖水迅速混合。湖水人工循环的方法可扩大湖泊生境空间，降低不溶性铁 ，铺、氮，硫化氢及其它还原物质浓度，狨少藻类生物量，降低表层湿度和蕊藻 的秋聚。这种方法对小型湖泊有一定的效果，但停止扣气后很快恢复原样。 i 3 1 6 清淤 沉积物l 扣的磷大部分停整f 在表层。清除表层沉积物对于除磷韵良好的效果， 门是费用比固磷商。优点是无毒副作用，而且其它污染物也能得到去除，可扩大 湖泊体秧。 1 3 1 7 深层水的排放 用逊水管将湖泊甫含营养物质的底层水拙出，在进水营养特减少的情况f ， 这种方法可逐步减少底层磷的扩散，减少藻花的发展。这种方法。j 。能使表底层水 混合，放5 1 1 湖底水水温低，剥f 游河流有不良影响。 1 3 2 化学方法 l ，3 2 1 污水除磷 城l 节污水- | 除磷处理，近年来在斟外发展和广泛用。j 二实际。犬部分：l 用化 学力法除磷，托污水中加入铝、钙或铁黼，形成氯氧化物，吸附磷沉淀，。股磷 六除率9 0 。污水生物处理磷去除率较低为2 0 - 4 0 ，但费川低廉。 同州减少沈涤剂中磷的含量也可以降低污水中磷的浓度。 i 3 2 2 化学方法固磷 洲外控制营养物质输入有时还不能明显降低湖水中磷的含量，因为沉积物q 一 的磷能释放到水层中。z l 一湖水p h 值高或溶氧低的条件下，沉积物叫j 释放：1 米的 磷成为湖水磷的重要束源。这些磷转移到湖上层刺激藻花的发展。 磷的同定，加入铝鼎可减少沉积物中磷的释放。氢氧化铝形成絮凝沉淀，将 磷离子结合成固体物质，在低氧条件下不会溶解。该方法有效，并能持续较蚝删 问。荚国威斯康星州些湖泊于2 0 世纪7 0 年代初用铝盐处理，1 0 年以后还维 持良好状念。泼水、混合良好的湖泊，处理效果维持时阳j 较短。n if ) h 值6 以卜 可溶性铝；- ij j h ，对水生生物有毒。此方法费用较高。 沉积物氧化，将硝酸钙注入沉积物中，在无氧的条件f ，硝酸盐经反硝化作 j _ f ：| 放出心，与此l i l , , i - ，硫化铁被氧化为氨氧化铁，从而与磷离子结合沉淀。百贱 湖泊，用氢氧化钙调节p h 值使适于反硝化作用；如果铁离子不足，可加入氯化 铁补充。瑞典湖泊( l a k el i i e s j o n ) 删氯化铁、石驮和硝酸钙处理，沉积物氧 需量减少3 0 ，磷释放减少1 0 一2 0 。 1 3 2 3 杀藻剂 ：1 ：登应_ | j _ j 硫酸铜杀过量藻类，刘蓝凛效果明显，因为蓝藻列硫胺制 ：圳敏感。 这是在蠊藻水o # ，【“重发牛l i , j 的l 晒时措施，没有持久效益。因为需婴保持水l r 足够 的荆离了浓度4 有效果，由于吸附作用或形成有机物沉淀使水中铡离r 浓度迅迎 下降，几天或几小时即可沉降水底。在碱性水域中铜浓度下降的更快，而形成凛 佗的湖泊又多心- j 二碱性水质。另外，硫酸俐杀死藻类后，死体腐败分解消耗夫时 氨气，沉积物也受到铜的污染，同时还会杀死鱼类、浮游动物，底柄动物等灯已 非蛳。! 标q 二物。反复使h j ，赞用很大。 1 3 3 生态方法 1 3 3 1 大型水生植物 目的，有些国家已丌始试行用大型水生植物污水处理系统净化富营养化的水 体。试验证明：多种水生维管束植物对n 、p 和各种亟金属以及酚、氰、农药等 有机物都有吸收、积累、分解和转化的能力，从而县有相当好而程度不等的净化 作用。在所研究的植物中，风n 艮莲( e i c h h o r n ac r a s s i p c s ) 、水花生( a l t e r n a n t h e r a p h i l o x e n o i d e s ) 、水葱( s c i r p u sl a c u s t r i ssr a l i d u s ) 、浮萍属数利1 、紫背萍( s p i r o d e l a p o l y r h i z a ) 、荇菜( n y m p h o i d e sp e l t a t u m ) 、宽【】f 香蒲( w y p h a l a l i f o l i a ) 、菹草 ( p o t a m o g e t o nc r i s p u s ) 、狐尾藻( m y r i o p h y l l u ms p i c a t a m ) 、水餐( h y d r o c h a r i s d u h i a ) 、水浮莲( p i s t i as t r a t i o t e s ) 等都能有效地吸收、积累、分解废水中的营养献 类、多种有机污染物及重金属污染物。在最适宜的生长条件下，l 公顷风n 艮莲能将 8 0 0 人所排放的n 、p 元素当天吸收掉。每天每公顷风眼莲能吸收n3 4kg p 0 4 3kg 。全年每公顷生产的凤眼莲( 4 0 5 0t 干重) 含n1 2 4 1kg ，含pl5 7k g 。 大孤! 水生植物分为挺水植物，浮游植物，沉水植物三利，因为浮游植物易叫i 长，且对藻花效果明显，所以以前常被作为治理富营养化湖泊的首选植物，但是 出j 二其生长太快，不易控制。本身变成另一种污染源，所以现在已不常用了。挺 水植物由于只能生长在湖泊的叫周浅水地带所以剥治理富营养化的贡献有限。沉 水植物不但可以吸l 改水体中的营养物质，而且还起到对底泥的固定作用使其中的 营养物的释放降低，减少沉淀的颗粒物的再悬浮，提高水体的透明度，增加水中 的氧含量，为一些水生生物提供栖息和躲避场所，因此沉水植物的恢复是已破坏 的湖泊生态系统从建的基础，这种生态系统的建立可使湖泊的营养物的输入和输 出平衡，从而使湖泊的富营养化得到彻底得治理。 1 3 3 2 有效微生物群的作用 有效微生物群是从自然界筛选出来的各种有益微生物， j 特定的方法混合培 养所形成的微生物复合体系，其微生物组合以光和细蒲、放线茵、酵吲黼和乳峻 艨f 为t 。 在藻型寓营养化的湖泊水体中应用有效微生物群菌荆的结粜表明，有效微牛 物群对水体的透明度、时绿素a 含量的改善有明显的效梁，i u 。有效抑制藻类的生 k ，防止水华的发生，改善景观在投入有效微生物群，f i 亏，透i 媚度迅速提高，2 个月后、 运明度提高了4 倍；水体表而的“f f 绿素a 含量在1 个月后f 降了9 6 5 并维持在 t 3 7 9 mg m 3 以下：水深o ，5 m 处的叶绿素a 含量在投放菌剂娲间及之后1 个月保 持在1 0 0 mg m3 以下；在投放菌剂后溶解氧有暂时的f 降，较本底值7 7 2 mg l 下降了2 5 8 ，但很快持续上升至1 2 9 9 mg l ；生化需氧量在投放菌剂期削及之 后1 个月变化小人仪上升3 9 ；停止投放菌剂后1 个月左右，总n 、总p 含量和 f 苛锰酸熊指数均i - 降至最低点，分别下降了6 0 2 ，5 8 1 和5 7 2 停i f ：使用有效 微生物群约1 个半月后，试验区的透明度、总n 、总p 、高铞酸盐指数( c o d m 。) 和生化需氧量均啊反弹现象，但直未虬“水华”发生。 1 3 3 3 生物操纵 l肉食性鱼类 上吃 l滤食性鱼类 土吃 i浮游动物 l 上咛 i藻类 i 利用 i营养物质 十再循研 i底食性鱼类 图1 2 水生食物链关系 s h a p i r o 最早提出生物操纵的概念，就是用调整生物群落结构的方法控制 水质。主要原理魁醐整鱼群结构，保护和发展大型牧食性动物，从而控制藻类的 过量生长。鱼群结构调整的方法是在湖泊中投放、发展某些鱼种，l n i 抑制或消除 5 j 外u i | ；仉种，使整个食物刚适合 二浮游动物或鱼类i j 身对藻类的牧食和“1 外t ， 从而改善湖泊环境质硅。这种方法不是直接减少营养盐负荷f 门办法改善水质，l 町 是减少藻类生物量的途径达到减少营养盐负荷的效果，效益可持续多年。 通常情况下，浮游纠：物食性龟类主要捕食大型浮游动物，使湖泊中大型浮游 动物消火，从而有利于小型浮游动物的发展。大型浮游动物的牧食压力减少，藻 花即可能得到发展。没确浮游动物食性鱼类捕食的情况f ，大型浮游动物- 叶优势， 可限制和减少藻花的形成。根据这一原理，提出用鱼食性鱼类取代浮游动物食性 龟类，从而保护大型浮游动物。底层鱼类的活动列底泥氮磷释放有促进作用，所 以应该限制其发展。通过一系列实验，认为重建鱼类群落的办法是有效的。 此外，利j 1 j 浮游植物食性鱼类直接牧食藻类，或利用草食性鱼类直接牧食水 草，也是生物操纵的重要途径之。 1 4 本论文研究的内容和意义 苦草是典型的沉水植物，具有纤细葡萄枝，叶基长，多为细条型，川薄，i i 的长短j ，j 视水的深浅而定，最长可达2 米左右，i l l 宽0 5 1 厘米。历经水产特利r 养殖_ i 产者示范的实践，苦草能营造和提供特种水产健康养殖优良水体环境，尤 其是河蟹，苛虾喜食的植物饲料，又能为他们栖息提供隐蔽的场所。 本论文主要研究苦草对藻类的抑制作用，苦草种植水对藻类生氏的影响和 观察苦草对底质1 、营养物扩散的的影响。通过实验可以判断苦草是否适合治理寓 张：养化的湖泊，如果苦草对藻有明显的抑制作用，并且能显著的降低底质中的营 养物的释放，则可以在用苦草治理湖泊的同时放养河蟹等水产经济作物，这些水 ! 卜动物川以控制茜：草的数量使其不能过度生长。这样就可以在治理寓营养化的同 时产生经济效益。 第二章苦草对铜绿微囊藻的抑制 沉水植物可以通过四个方面对藻类f ￥3 q - ：长产生影响：1 通过对水体中氮磷的 吸收和降低底质巾营养物的释放，使藻类在缺乏营养的条件f o gi 、：。2 沉水植物 叫以为食藻生物提供柄息地，使其避免被捕食。3 许多沉水植物可以分泌砦列 藻类起抑制作用的物质。4些沉水植物能长的很高大、茂密，这些植物可以通 过降低光照度米抑制藻地生长。在国外的些用沉水植物治理湖泊富营养化的实 例中发现，只要沉水植物的覆盖面积达到3 0 就可以产生明显的作用，如果存 春季控制鱼类的数量，则这种作用可以持续多年不需要另外补充沉水植物。 2 1 实验部分 2 1 1 主要仪器与试剂 7 2 2 光栅分光光度计：上海第三分析仪器厂 7 5 2 紫外光栅分光光度计：上海第三分析仪器厂 q g 0 2 型电热式燕汽消毒器：山东新华医疗器械有限公司 b o l 2 1 s 电子天平：m a d eb ys a r t o r i u s x s p 一18 s 光学显微镜：北京第二光学仪器厂 电热鼓风干燥箱：天津天宇机电有限公司 m i l i - qr q 超纯水净化系统：韩国y o u n g l i n 公司 氢氧化钠：分析纯，天津福禄化工试剂厂 硫酸：分析纯，天津化学试剂三厂 过硫酸钾：分析纯，天津化学试剂三厂 盐酸：、分析纯，天津市塘沽淀海化工厂 硝酸纠f ：分析纯，天津市天大化工实验一 二氯甲烷：分析纯，天津大学科威公司 磷酸二氢钏i ：分析纯，天津市化学试剂六三分厂 钼酸铵：分析纯，天津市化学试剂四j _ 氯化锡：分析纯，天津市天大化【实验厂 锡粒：分析纯，天津市灭大化工试验厂 硝酸钠：分析纯，天津市天大化工试验j 6 磷酸氢一钾：分析纯，天津市天河化学试剂厂 硫酸镁：分析纯，秦皂岛化学试剂厂 氯化钙：分析纯，中圈泗联化l 厂 柠檬酸：分析纯，天津市福晨化学试剂厂 柠檬酸铁铵： 乙胺四乙酸二钠：分析纯，天津市医药公司 硼酸：分析纯，天津m 巨掣圣源化学试剂有限公司 氯化锰：分析纯，天津化学试剂鼍厂 硫酸锌：分析纯，天津化学试剂三厂 三氯化销：化学纯，天津化学试剂三厂 硫酸铜：分析纯，天津石英钟厂霸州市化工分厂 氯化钻：指定规格，天津市方得科技有限公司 碱性过硫酸钾溶液：称取4 0 克过硫酸钾，1 5 克氢氧化钠，溶于无氨水中，稀释 至1 0 0 0 m l ，溶液存放在聚乙烯瓶内，可存一周。 1 + 9 盐酸：1 0 0m l 盐酸溶于9 0 0m l 无氨水中，存放在试齐t j j $ , l l 。 f j i i j 酸钏标准溶液：标准贮备液：称取07 2 1 8 克经1 0 5 - - 1 1 0 0 c 烘二r4 小时的硝 酸剀溶 二无氨水一_ _ l 移至1 0 0 0m l 容量瓶中，定容。此溶液每毫升含1 0 0 u g 硝酸 黼氮。加入2r n l 三氯甲烷为保护剂，至少可稳定6 个月。硝酸钾标列j 使用液： 将贮备液用无氨水稀释1 0 倍而得。此溶液每毫升含1 0 u g 硝酸盐氮。 5 过硫酸钾溶液：溶解5 克过硫酸钳r 水中，并稀释至1 0 0 0 m l 。 锦酸铵溶液：称取8 2 5 克钳酸铵溶于7 5 m l 水中，另取1 0 0 m l 硫酸徐徐注入3 0 0 r a l 水c h 冷j t l j3 舌，将佣酸铵溶液在搅拌下注入硫酸溶液中，加水至5 0 0 r a l ，贮 ：聚 乙烯瓶th 如浑浊或变色则重配。 氧化弧铋溶液：称墩0 5 克氯化_ | l l ：锡，加2 5 m | 赫酸使完全溶解得透f 刿溶液后， 加水稀释至2 5 m l ，加粒金属锡，至暗冷处，周后重配。 碲酸黼贮备溶液：将磷酸二氯 ) 阿i1 1 0 0 ct 燥2 小时，在卜燥器t i t 放冷。称取 o2 1 7 兜溶于水，移入1 0 0 0 m l 容量瓶巾。加( 1 + i ) 硫酸5 m l ，朋水稀释伞标线。 此溶液每毫丌含5 0o u g 磷。 磷酸盐标准溶液：吸取1 0 o o m i 磷酸盐贮备液丁2 5 0 m l 容量瓶叶r ，用水稀释奄标 线。此溶液每毫升含2 0 0 u g 磷。l 临用时现配。 a 。溶液：依次称取h 3 8 0 3o 2 8 6 9 m n c l 2 4 1 - 1 2 0 0 ，l8 1 9 z n s 0 4 7 h 2 0 o 0 2 2 2 9 m 0 0 3 ( 9 9 ) o 0 015 9 c u s 0 4 。5 h 2 0o 0 0 7 9 9 c o c l 2 6 t t 2 0o 0 0 1 0 9 溶丁1 0 0 m l 无离予水中。 b g l ，培养液：依次称取 n a n 0 3 15 9 k 2 h p 0 4 3 h 2 0 o 4 0 3 9 m g s 0 4 。7 h 2 00 7 4 9 c a c l 2 2 h 2 0 o 3 7 9 柠檬酸h 2 0 0 0 6 2 4 9 柠檬酸铁铵 o 1 5 7 2 9 n a 2 e d t a o 0 1 1 2 9 溶于l ol 无离子水，耿a 5 溶液1 0 m l 加入，以2 5 n a o h 调d h 至8 0 铜丝微囊藻：巾国科学院水生生物研究所 蔓：革：中国科学院植物研究所 2 1 2 苦草的培养 将苦草植入花俞中，笳中的泥来自马蹄湖，将花氚移入3 0 0 m m 1 0 0 0 m m x 5 0 0 m m 的玻璃缸内，加入自来水至4 5 0 m m 高，缸顶放置两3 0 瓦h 光灯，每天】4 小h 、j 光照，水温控制在1 8 - - 2 2 0 c 。 2 1 3 铜丝微囊藻的培养 l ：j j 】0 0 0 m l 的锥形瓶装5 0 0 m l b g l i 培养液，用棉塞塞住瓶 - i ，放入i | = ! l 热式蒸汽 消毒器叶，存01 2m p 。下灭菌2 0 分钟，取 十 锥形瓶静置过夜( 待容器1 却：二氧化碳 达严撕) 爿可使删。 2 ：# j j 有机玻璃的密闭容器内，用紫外灯照射2 0 分钟，然后关灯，在容器内将凛 种接入一l 述锥形瓶中。 3 ：光照2 0 0 0 3 0 0 0i x ，温度2 5 度。每天需振摇数次，每隔7 天矗右将藻培养液 转移次，以保征有生k 良好的藻种供实验用。 2 。l ，4 藻细胞计数法 1 利利：血球计数板，i c | 1 积：1 4 0 0m m 2 ，高度0 1 m m ，共2 5 * 2 个视野。 2 方法：将样品充分摇匀，用滴管在样品中部吸取少量滴入血球计数板( 事先将 盖玻片盖好) ，注意缓慢滴入，避免气泡产! 卜。以吸水纸吸去多余的液体。片f 制成后，稍候几分钟计数。计数时，先在低倍镜下观察，再移至高倍镜( 1 0 4 0 ) 下以于按计数器计数。对于藻类，需要计数全部视野。样品中藻细胞如果较多， 可稀释定倍数后计数。 2 1 5 、总氮的测定 l ：标准曲线f 内绘制 ( 1 ) 分别吸取0 、0 5 0 、1 o o 、2 0 0 、3 0 0 、5 0 0 、7 0 0 ，8 o o m l 硝酸钾标准使 用溶液于2 5 m l 比色管中，用无氨水稀释至l o m l 标线。 ( 2 ) d i i 入5 m l 碱性过硫酸铡溶液，塞紧磨口塞，用纱布及纱线裹紧管塞，以防蹦 f u 。 ( 3 ) 将比色管酣于电热式蒸汽消毒器中，加热o5 小时，放气使压力指针回零。然 后州温币1 2 0 - - 1 2 4o c 开始计时。使比色管在过热水蒸气中加热0 1 5 小时。 ( 4 ) i i 然冷却，丌阀放气，移去外盏。取出比色管并冷至室温。 ( 5 ) d h 入1 + 9 盐酸l m l ，用无氨水稀释至2 5 m l 标线。 ( 6 ) 在紫j t 9 光光度计i ：，以新鲜无氨水作参比，用i o m m 石英比色| i j l 在2 2 0 n n l 和2 7 5 n m 波长( 在此测定的是硝酸盐氮的吸光度) 处测定吸光度。用校m 的吸 光度绘制标准曲线。 2 ：样品测定 l 阪0 2 m l 水样，用无氨水稀释至l o m l 标线，按标准曲线绘制步骤( 2 ) 一( 6 ) 操 作。然后按校i 牧光度，在校准曲线上查h 相应的总氮量，用f 列公式计算总氮 含量。 总氮( m g t l ) = m o 2 m ：从4 帮f l t “线卜杳得的总氮量( u g ) 2 1 6 总磷的测定 i ：标准曲线的绘制 ( 1 ) 分另l 9 i r0 、o 5 0 、1 0 0 、3 o o 、5 ( ) o 、1 0 0 0 ，1 5 0 0 m l 磷酸盐标准使用液 _ 卜5 0 m l 比色管巾，用水稀释至2 0 m l 标线。 ( 2 ) j j i i z 5 过硫酸例溶液4 m l ，塞紧磨r 塞，用纱前j 及纱线裹紧管塞，以防蹦出。 ( ：j ) 将比包管滢 二电热式蒸汽消毒器中，待升温至1 2 0 0 cj j ：始计时。使比色管红 过热水蒸气中7 j 1 热0 5 小时。 ( 4 ) 白然冷却，j 1 ：阀放气，移去外盖。取出比色管并冷至室温。 ( 5 ) 向比色管中加入5m l 钼酸铵溶液，混匀，加入o 2 5m l 氯化亚锡溶液，充分混 匀。在室温下放置1 5 分钟。 ( 6 ) 用2 0 r a m 比色皿，于7 0 0 n m 波长( 此处测定的是锱蓝的吸光度) 处，以零浓 度空白管为参比，测量吸光度，用校正的吸光度绘制标准曲线。 2 ：样品测定 取5 m l 水样，用水稀释至2 0 m l 标线，按标准曲线绘制步骤( 2 ) 一( 6 ) 操作。然 后按校州吸光度，在校准曲线上查出相应的总磷量，用下列公式计算总磷含量。 总磷( m g l ) = m 5 n l ：从校准曲