近海富营养化-综述.docx

文献综述综述题目： 近海富营养化 所在学院： 海洋科学学院 专业班级： 环境科学与工程 班 级： 海研班级1班 姓 名： 徐 利 存 学 号： M160306664 二一七年三月摘要：近年来,水体富营养化问题作为全球主要的环境问题之一，日益受到人们的关注,造成这一现象的主要原因是人类大量使用营养盐。伴随着氮、磷等肥料制造和使用数量的增加,这些营养盐混入水体的量也为之增加。同时,由于工业污水和生活污水的排放量不断增加,导致水质发生一系列物理、生物、化学的复杂变化,表征富养状态水体的蓝、绿藻类大量增殖,色度增高,透明度下降,耗氧量上升,水体发臭,严重影响人民的正常生产、生活。本文综述了近海海水富营养化的定义、原因、防治对策方面的研究成果。并在此基础上提出了防止健康水体发生富营养化的措施及对已经发生富营养化的水体应采取的切实可行的政策上和和科学上的(物理的、化学的和生物的)对策。关键字：近海、富营养化、防治1. 前言我国是一个海洋大国，海岸线长达18400公里，资源丰富。近年来中国海洋经济得到了迅猛的发展，逐渐成为国民经济新的增长点，1980年全国海洋经济产值仅80亿元，占国内生产总值1.77%，1990年达到438亿元，占国内生产总值的2.36，而据2009年中国海洋经济统计公报核算，2009年全国海洋生产总值已达到31964亿元，占国内生产总值的9.53%，与1980年相比我国海洋经济在这30年间增长了400倍1。全国涉海就业人员总数也迅速增加，从1980年79.92万人增长到2009年3270万人。但是伴随着海洋经济的发展，海洋受到了来自各方面不同程度的污染和破坏，近海污染等给海洋带来了一系列极为不利的环境问题，自上世纪80年代开始，我国海洋污染问题日益严重，至90年代，我国近海污染已经相当严重，近海水质劣于一类海水水质标准的面积从1992年的10万平方公里上升到1999年的20.2万平方公里2。日益严重的近海污染等给海洋带来了一系列的环境问题，诸如富营养化、重金属污染、持久性有机物污染和突发性溢油污染等问题日益凸显，危害着海洋生态健康。而近海富营养化就是近海的主要污染之一。2. 富营养化的定义 人类对水体富营养化现象的认识已经有一百多年的历史，不同的学者基于不同的着眼点，对富营养化有着许多不同的理解和定义。富营养化（eutrophication）的词根来自于希腊语，其中“eu”表示良好，“trope”表示营养。现在使用“富营养化”一词主要指水环境中营养盐的输入和引起的影响。尽管在欧洲对“起因结果”（cause-effect）的理解是一致的3，但关于近海富营养化的定义却没有达成共识。欧盟将富营养化定义的重点放在来源上，例如，在欧共体的城市废水处理指导中（EC Urban Waste Water Treatment Directive），富营养化的定义是：营养盐，特别是氮和磷，使水体丰富，引起藻类和其它更高级的植物加速生长，对水体有机体的平衡和水质产生令人不快的干扰。而在欧共体硝酸盐指导中（EC Nitrates Directive），富营养化的定义为：水体中氮增加使水体丰富，引起藻类和其它更高级的植物加速生长，对水体有机体的平衡和水质产生令人不快的干扰。两个定义的区别是欧共体硝酸盐指导将重点放在氮上4。上述两个定义都将重点放在营养盐上，而且未将“令人不快的干扰”表述清楚，因此，还有待于进一步讨论。但是可以确定的是水体富营养化是由于植物营养元素大量排入水体，破坏了水体自然生态平衡的现象。3. 富营养化的分类及原因 Jrgensen 和 Richardson (1996)认为“富营养化”这一术语最为常见的用法是指矿物营养盐，主要指氮和磷，输入到特定水体中。因此，水体富营养化可分为自然富营养化和人为富营养化。在自然条件下，由于水土流失，蒸发和降水输送等过程使水体的营养物质逐渐积累，使一些水体由贫营养向富营养发展，例如使湖泊逐渐变成沼泽，最后变成旱地，这一过程需要几千年或几万年才能完成。但是随着工业化程度的提高、城市化进程的加快和世界人口的不断增加，人类活动越来越频繁和深刻地影响了并正在影响着海洋环境。人类活动导致大量富含氮、磷的工业废水和城市生活污水排入海湾、河口和沿岸水域，导致水域在短期内呈现富营养化状态，引起浮游植物和大量水生植物在适宜的光照和其他理化条件下异常繁殖、初级生产力急剧增加、水体溶解氧下降、水质恶化、鱼类等某些生物大量死亡。以美国的 Erie 湖为例，由于大量的营养盐排入 Erie 湖，该湖在1900 年到 1970 年的 70 年间发生的富营养化进展相当于过去 10000 年的发展结果5。Jrgensen 和 Richardson (1996)认为，严格来讲，我们目前谈到的富营养化是指人为富营养化。海水由于受海流、海浪和潮汐等因素的影响，混合良好，海水中各化学要素的值也趋向于均匀，因此，海水的富营养化往往发生在沿岸、河口、海湾和峡湾等受人类活动影响较强烈而水体交换又不良的地区6。海洋中浮游植物所需的营养成分有很多，主要有氮(N)、磷(P)、硅(Si)、有机物、微量元素及各类维生素。由于Si、有机物、微量元素及各类维生素等在海水中的量都相对比较大，一般不会成为浮游植物生长的限制因素。因此，海洋中影响浮游植物生长的限制因素一般只有N、P两个元素。根据国外的报道，往往N是海域生产力的限制因素。但中国沿海的情况则有所不同，往往是P限制因素7，这可能是因为中国在农业上主要用氮肥从而使沿海水域含有大量的N所致。Smith8也认为，从长远来看，P是关键元素，因为在湖泊或海域某些绿藻可以从空气中固氮。因此，向海域大量输送N、P是发生富营养化的主要原因。向海域输送N、P，有的是以点源形式输送的，如河流、工业和生活废水、海水养殖等，也可以是通过面源输送的，如农业、旅游业、某些生活废水、大气输入、固氮菌的活动等。此外，沉积物中N、P等物质的释放或富含营养盐的深层水与表层水的混合也可以引起某些浅海海域的富营养化，尤其是在暴风雨等恶劣天气过后。94. 富营养化的危害富营养化严重危害着沿海的生态平衡，对海洋的生产力和生物资源产生极大的破坏。总体上，水体富营养化的危害主要表现为：5.1 浮游生物、细菌的大量增加导致水中的悬浮物增加，透明度降低； 5.2 死亡的藻类分解释放使水体的总氮、总磷维持在较高的水平，水体的pH上升； 5.3 产生有异味的有机物质； 5.4 影响水体的溶解氧，底层水体缺氧或无氧。表层水体由于藻类的光合作用而获得大量的氧，但藻类遮盖使得阳光很难投射到下层水体，因此下层水体的光合作用较弱，水体的氧较为缺乏，只能由表层水体的氧经过对流扩散得到补充，此外，由于藻类死亡后不断沉积，不断的腐烂分解，会消耗底层水体大量的溶解氧，导致水体中的溶解氧明显下降，甚至降低到零而呈厌氧状态，使需氧生物难以生存。南京市玄武湖就曾发生过藻类大量繁殖使得鱼类因缺氧而大量死亡的事件。同时底部沉积物呈还原状态，造成有机物质无机化不完全，产生甲烷气体；硫酸盐还原，产生硫化氢气体，影响水质。5.5 藻种减少，藻类多样性降低，浮游生物个体数剧增，引起赤潮的暴发。 5.6 向水体中释放有毒物质。某些藻类能够分泌释放有毒物质，2000 多种蓝绿藻中有 40 余种能产生毒素，有毒物质进入水体后，若被牲畜饮入体内，可引起牲畜肠胃道疾病，人若饮用也会发生消化道疾病，有害人体健康。 5.7 对水生生态系统影响严重。水体中各种生物在正常情况下都处于相对平衡的状态，但当水质受到污染而呈富营养化状态时，正常的生态平衡就会被打乱。一些生物种类显著增加而某些种类的生物明显减少，物种的丰度显著降低，从而破坏生态平衡。5. 富营养化的评价方法要了解水体的富营养化程度，必须有一定的评价方法。尽管几十年来国内外许多学者研究并提出了评价水体营养化程度的几十种方法，但到目前为止，国际上尚未有一个统一的富营养化评价标准或模型。 富营养化的评价方法可分为以下几类（邹景忠，2004）： 6.1 单因子法 单因子法包括物理参数法、化学参数法和生物参数法。6.2.1 参数法物理参数包括气温、水色、透明度、照度、辐射量等。其中，经常使用的指标是透明度（Carlson，1977）。6.2.2 化学参数法 化学参数包括与藻类增值有直接关系的溶解氧、CO2、氮、磷、COD 等。6.2.3 生物学参数法 生物参数主要包括叶绿素 a、多样性指数、藻类增殖潜力等。 6.2 综合指数法 由于单一的物理、化学和生物学指标很难准确地表示复杂的富营养化现象，富营养化评价体系从单因子法过渡到综合指数法。 6.2.1 营养状态指数法 邹景忠等（1983）研究渤海湾富营养化问题时提出评价富营养化的公式： E=CODDINDIP106/4500E 值1，为富营养化。6.2.2 营养状态质量法 NQI=COD/CODs+TN/TNs+TP/TPs+Chla/ChlasNQI 值大于 3 为富营养水平，23 为中营养水平，小于 2 为贫营养水平6.2.3 溶解氧饱和度法 利用表层和底层水体的溶解氧饱和度来评价富营养化程度。此外，富营养化评价方法还有正态分布法、以模糊理论为基础的模糊评判法等等。彭云辉等（1991）首次将模糊数学理论应用到近海水体富营养化评价，使用了四个评价指标，包括化学耗氧量、总氮、磷和叶绿素 a等。上述评价方法主要受湖沼学家开展的湖泊富营养化研究的影响，但近海生态系统与湖泊系统对营养盐丰富的响应存在较大的差异。因此，产生了以富营养化症状为基础的河口与沿岸海域富营养化多参数评价模型，其中最为著名的有美国的“国家河口富营养化评价法”（National Estuarine Eutrophication Assessment，NEEA）和欧盟的“综合评价法”（OSPAR）。综合评价法由欧盟于2001年提出并应用于所有欧盟国家沿岸海域的富营养化评价方法。其评价因子包括：营养盐过富程度、富营养化的直接效应、富营养化的间接效应、富营养化可能产生的其它效应等4类。综合分级为问题海域、潜在的问题海域和无问题海域。NEEA评价因子包括：压力、状态和响应。系统致害压力用人为的DIN浓度比率表示；系统的状态包括初级症状（叶绿素a、附生植物和大型藻类）、次级症状（缺氧情况、水下植被损失、有害和有毒赤潮）；人类活动的响应为预期的营养盐压力和系统的敏感性分析等。6. 富营养化的防治陆地内部河流湖泊富营养化问题的解决方法有：外部控制及内部控制营养盐类两种。外部控制首先是以防止营养盐类从外部混入水体为重点。其次是去除水体中的营养盐类。第三是在水资源利用上必须有行政规划。行政控制有选定流域内限制土地使用，以及将废水系统分类处理等方法。近海水体富营养化科学、合理对策的制定，必须建立在仔细研究N、P等的来源(陆地径流、工农业及生活排污和悬浮物、沉积物释放以及系统内N、P的再生等)、归宿(沉积、迁移到外海)及相互作用(N、P等与浮游植物、悬浮物及浮游植物与悬浮物及沉积物之间)的基础上。6.1 外部控制对策6.1.1 加强科学研究和监测，对富营养化水体进行客观的评价。6.1.2 对于某些有一定富营养化程度地区，由于初级生产力增加，对渔业生产有一定的帮助，在这种情况下，可以不采取任何对策。不过为避免水体进一步富营养化而带来不利影响，对水质进行严密的监测及控制营养盐及有机物的排放是必不可少的。6.1.3 减少富营养化水域附近营养盐排放(如建造污水处理厂等)，在减少营养盐负荷的若干年内，富营养化水平会慢慢地降低。6.1.4 制定相应的法令、法律来规范富营养化水域附近的排污及海水养殖。如改变排污点、增加海水交换能力、采用自然力量(如潮汐等)或人工动能来增加海域的水交换能力及设置导流堤等。为减少突然增加的负荷量应充分利用海域的自净能力，把生活污水和生产废水分期分批排放13。海水养殖的“合理密植”、投饵的科学化及科学的饵料组成等都是预防海域发生富营养化的可行办法。总之，应在预防上下更多的功夫(如更有效地利用各种能源和资源)而不是在治理上。治理的周期长、费用高，而且治理往往会产生新的问题。在使用一种物质来去除海域污染物时，一定要注意不要引进新的污染物，有时这种新的污染物对生态环境的破坏更大。如用来清除油污的非离子型分散剂对生物的影响就比流出的石油危害更大便是例子8。6.2 内部控制方法6.2.1 生物方法包括生物除磷脱氮及生物操作法。生物除磷.脱氮可分为活性污泥法、固定池法性物滤池、浸没滤池等)、生物转盘法、流动床法等。生物除磷脱氮可使磷的去除率达到97%。但微生物处理磷机理较复杂，不仅摄取构成微生物体本身及新陈代谢所必需的磷，而且在某些特定条件下，在细胞内能积累相当过量的磷。有效控制磷的释放和过量摄取是本法的关键。20世纪90年代国外倾向于“生物操纵法”，即采用食植物性原生动物、浮游动物、鱼苗等人工管理措施，减少浮游植物的生长量。国内外许多学者和研究人员致力于利用水生动物对水体有机和无机物质的吸收和利用来净化污水13。尤其是利用湖泊生态系统食物链中的蚌、螺、草食性浮游动物和鱼类，直接吸收营养盐类、有机碎屑和浮游植物，取得了明显的效果。张智等人研究了草食性浮游动物水蚤、蚌和螺类及养殖草食性鱼类净化富营养化水体的效果，结果表明这几种物质对总氮、氨氮、总磷等几种指标都有很明显的降低作用。目前国内有些研究单位开始试验用大型水生植物污水处理系统净化富营养化的水体。大型水生植物包括凤眼莲、芦苇、狭叶香蒲、破铜钱等许多种类，可根据不同的气候条件和污染物的性质进行适宜的选栽。生物操纵法效果不如截污等控制外源性营养物质工程措施那样明显、直接，但是，它是去除湖泊内源性营养物负荷的有效措施，值得提倡。其最大特点是投资省，有利于建立合理的水生生态循环，是一项既有经济效益又有明显环境效益的可行措施，可以使氮、磷等资源得到再利用。6.2.2 化学方法这类方法包括用化学药剂杀藻和凝聚沉降等。使用杀藻剂可杀死藻类，适合于水华盈湖的水体。藻类被杀死后，水藻腐烂分解仍旧会释放出磷。因此，死藻应及时捞出，或者再投加适当的化学药品，将藻类腐烂分解释放出的磷酸盐沉降。对那些溶解性营养物质如正磷酸盐等，采用往水体中投加化学物质(如铁盐、铝盐或石灰)使其生成沉淀而沉降。向水中撒一些粘土矿物，一方面可以增加水的混浊度阻止藻类大量繁殖，另一方面粘土可以吸附水体中大量的P等营养物并沉降到底质中。实验证明，这些被吸附的营养盐的再释放是微不足道的11。6.2.3 物理方法工程性措施有底泥疏浚、水体深层曝气、注水冲稀以及在底泥表面敷设塑料等。底泥疏浚对改善那些底泥营养物质含量高的水体是一种有效的手段，但需注意地点和深度。因为水体深层底泥中的可溶性磷以及氨氮可能反而高于表层底泥，当挖掘表层底泥后，正好暴露出深层底泥高含量的可溶性磷和氨氮，使更多的磷和氮从底泥中释放出来，使水质进一步恶化。所以，事先查清底泥营养物质在纵向剖面的形态分布，有助于合理地发挥挖掘底泥去除内源性营养物质的效益。底泥疏浚减少了已经积累在表层底泥中的总氮和总磷量，减少了潜在性内部污染源。底泥疏浚还可以加深湖泊水体的深度，增加了湖泊环境容量，最终仍能起到降低湖泊水体营养负荷的作用。对于已经发生了水体富营养化的湖泊，底泥释放磷是重要的内源性污染源，目前最直接和有效的方法是底泥疏浚，我国的滇池就采用这一方法，但成本很高。水体深层曝气，要定期或不定期采取人为湖底深层曝气而补充氧，使水与底泥界面之间不出现厌氧层，经常保持有氧状态，有利于抑制底泥磷的释放。注水冲稀是在有条件的地方，用含磷和氮浓度低的水注人湖泊，起到稀释营养物质浓度的作用，这对控制水华现象，提高水体透明度等有一定作用，但营养物绝对量并未减少，不能从根本上解决问题。另一种手段是换水，这是针对临江湖泊的方案，起到江水取代湖水，以流动的贫营养水代替停滞的富营养水的目的。7. 总结与展望我国毗邻海域广袤，富营养化程度相对严重的现状来说，治理水体富营养化任重道远。现阶段我们清楚的认识富营养化的机理，形成原因以及各种危害，但是对于近海富营养化的评价分析方法却没有找到一个适合我国污染情况的方法。这就导致我们不能够对症下药。制定出具有针对性的防治措施。在制定湖泊水体富营养化的治理方案时，应根据所处的地理、地质与地形条件，并结合当地的水文、气候因素，对近海的污染来源、污染程度作出合理的判断，必要时采用几种处理方法如物理、化学和生物方法同时进行水体富营养化治理。这是我们现阶段所能想到,针对现有的环境分析评价方法所能够实施的一些措施，相对于化学、物理方法，现在的大多数学者认为生物方法治理近海富营养化问题会更加合理。因此，在将来生物修复技术将是我们对于治理近海富营养化的重点研究目标。参考文献1 Morand P, Merceron M. 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