水体富营养化

水体富营养化四川农业大学资源环境学院杨刚 1971年的某一天早晨 日本濑户内海的渔民正要出海打鱼 忽然发现了一种奇妙的景象 海水在一夜之间由蔚蓝色变成了赤红色 好像是在海湾上铺了一块硕大无比的红地毯 一时间 消息不胫而走 附近的人们都来观看这闻所未闻的奇景 有的人还赞不绝口 为自己大开眼界而高兴 殊不知 这并不是什么奇景 而是一场灾难 没过多久 海风带来阵阵难闻的恶臭 死鱼大批漂向岸边 这时 渔民们才恍然大悟 啊呀 我们的生计完了 参考图 凶恶赤潮 劫 走4万鲍鱼 这就是海洋的灾难 赤潮 而在中国赤潮的情况是 1933年 浙江镇海 定海和台州一带海域就曾发生过夜光藻赤潮 70年代以来发生赤潮的海域和次数逐渐增多 1998年 渤海 赤潮面积约5000平方公里 范围遍及辽东湾 造成经济损失约5亿元 2000年 长江口舟山海域 特大赤潮面积7000多平方公里 1998年 粤港海域 赤潮面积自香港西贡海面到长州等特大面积造成大量鱼苗及养殖鱼死亡 其中包括名贵鱼种石斑鱼等 共损失达3 5亿元 近年危害较严重的赤潮事件 以上现象都是我们今天要为大家介绍的 水体富营养化 定义 水体富营养化 Eutrophication 是指在人类活动的影响下 生物所需的氮 磷等营养物质大量进入湖泊 河口 海湾等缓流水体 引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖 水体溶解氧量下降 水质恶化 鱼类及其他生物大量死亡的现象 发生在海域时叫赤潮 发生在湖泊时叫水华 而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现 水体出现富营养化现象时 浮游藻类大量繁殖 形成水华 因占优势的浮游藻类的颜色不同 水面往往呈现蓝色 红色 棕色 乳白色等 这种现象在海洋中则叫做赤潮或红潮 在自然界物质的正常循环中 湖泊会由贫营养湖发展为富营养湖 进一步又发展为沼泽地和干地 但这一历程需要很长的时间 在自然条件下需几万年甚至几十万年 但由于水体污染而造成的富营养化将大大促进这一过程 我国湖泊富营养化的现状 五大淡水湖均己具备发生富营养化的条件 我国富营养化湖泊主要分布在长江中下游湖区 云贵湖区 部分东北山地及平原湖区与蒙新湖区 中型湖泊大部分已处于富营养化状态 城市湖泊富营养化严重 我国五大淡水湖水体中的营养盐以大大超过氮磷富营养化发生浓度 中型湖泊的氮磷已接近或超过富营养化发生浓度 同时这些湖泊滞留时间较长 水体浅 所以大部分湖泊已进入富营养化状态 部分水体已达严重富营养化水平 如滇池 洱海等 世界海域富营养化分布图 世界海域富营养化分布图 一 总磷 总氮等营养物质超标一般来说 总磷和无机氮分别为20mg m3和300mg m3 就可以认为水体已处于富营养化的状态 富营养化问题的关键 不是水中营养物的浓度 而是连续不断地流入水体中的营养盐的负荷量 因此不能完全根据水中营养盐浓度来判定水体富营养化程度 据研究 如进入水体中的磷大部分以生物代谢的方式流入时 则贫营养湖与富营养湖之间的临界负荷量是 总磷为0 2 0 5g m3年 总氮为5 10g m3年 总之 对发生富营养化作用来说 磷的作用远远大于氮的作用 磷的含量不很高时就可以引起富营养化 成因 二 缓慢的水流状态 水的流速和水库水深 水库水流状态较缓慢 流速一般较小 污染物在该类水域内的扩散作用相对较弱 与外域的交换相对较慢 致使自净能力较差 污染物浓度特别容易富集并超过水库的水环境承载能力 富集到一定程度 将爆发富营养化 三适宜的温度 水温升高 可以促进藻类的生长繁殖 尤其20 35 范围内 生物量除随温升有较大增加外 且藻类多样性指数下降 优势种突出 同时 水温升高 使水体溶解氧有较大幅度下降 既加剧了菌类分解水库中存积生物残体的活动 又加剧了厌氧性真菌的繁殖 加快了有机物的氮 磷分解速度 使藻类生长繁殖有更多的营养物质 促进藻类大量生长 积累到一定程度 就会使水库爆发富营养化 污染源 水体中过量的氮 磷等营养物质主要来自未加处理或处理不完全的工业废水和生活污水 有机垃圾和家畜家禽粪便以及农施化肥 其中最大的来源是农田上施用的大量化肥 一外源污染源 1点源工业废水城镇生活污水固体废物处理场 2面源城镇地表径流农牧区地表径流矿区地表径流大气降尘大气降水水体养殖投铒水面娱乐活动废弃物水土流失及土地侵蚀 大多数情况下 氮主要通过面源进入水体 磷主要通过点源进入水体 农业面源污染主要是农业施肥经流失造成的 其中最主要的因素是大量施用化学肥料造成的 我国是一个农业大国 化肥施用量已达1亿t 施用化肥水平比世界化肥施用水平高出2 6倍 而施肥利用率仅有30 50 的水平 大量氮磷成分通过各种途径进入水体 磷的主要来源是家庭洗涤剂的使用 其磷的污染强度约占总的磷污染负荷的50 左右 内源污染源底泥及沉积物 底泥是湖泊的重要组成部分 其含有大量的营养元素有机碳 氮和磷 以及活泼元素铁 锰和硫 在有的湖泊氮磷的90 分布在底泥中 严重污染的湖泊水体都已沉积了大量的淤泥 这些淤泥包含着历年积存的各种有害有毒污染物 随着湖泊条件的变化 经常引起底泥中氮磷的吸收和释放 对湖泊富营养化有着非常重要作用 根据调查研究 杭州西湖沉积物每年磷的释放量达到1 3t 几乎相当于年入湖磷负荷量的41 安徽巢湖沉积物磷的释放量220t左右 是入湖磷负荷量的21 因此底泥作为 内污染源 的作用是不容低估的 危害 1使水味变得腥臭难闻在富营养状态的水体中生长着很多藻类 其中有一些藻类能够散发出腥味异臭 藻类散发出这种腥臭 向湖泊四周的空气扩散 直接影响 烦扰人们的正常生活 给人以不舒适感觉 同时 这种腥臭味也使水味难闻 大大降低了水质质量 2降低水体的透明度水体富营养化后藻类种类逐渐减少 并由以硅藻和绿藻为主转为以蓝藻为主 而蓝藻有不少种有胶质膜 不适于作鱼饵料 而其中有一些种属是有毒的 另外 蓝藻浮在湖水表面 形成一层 绿色浮渣 使水质变得浑浊 透明度明显降低 富营养严重的水质透明度仅有0 2米 湖水感官性状大大下降 3影响水体的溶解氧富营养水体的表层 藻类可以获得充足的阳光 从空气中获得足够的二氧化碳进行光合作用而放出氧气 因此表层水体有充足的溶解氧 但是 在富营养湖泊深层 情况就不同 首先 表层的密集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而减弱 使溶解氧来源减少 其次 湖泊藻类死亡后不断向湖底沉积 不断地腐烂分解 也会消耗深层水体大量的溶解氧 严重时可能使深层水体的溶解氧消耗殆尽而呈厌氧状态 使得需氧生物难以生存 这种厌氧状态 可以触发或者加速底泥积累的营养物质的释放 造成水体营养物质的高负荷 形成富营养水体的恶性循环 5 向水体释放有毒物质某些优势藻类大量繁殖后能够分泌释放有毒性的物质 例如 不定腔球藻 微囊藻等可分泌有毒的藻青蛋白 能导致鱼类死亡 引起饮用此水的家畜肠胃消化系统中毒 产生疾病 甚至死亡 4 水质碱化在日光照射下 水体表层藻类进行光合作用 要消耗大量的CO2 使水体中HC03 CO32 离子 作为CO2利用消耗 引起水体中OH 浓度增加 pH值上升水质碱化 HCO3 CO2 OH CO32 H2 C02 2 H 在光照强烈的午后 富营养化水体pH值可由清晨时的中性状态上升至8 10 夜间光合作用停止 大气中CO2进入水体 pH值逐渐恢复中性 6影响供水水质并增加制水成本首先是在夏日高温藻类增殖旺盛的季节 过量的藻类会给制水厂在过滤过程中带来障碍 需要改善或增加过滤措施 其次 富营养水体由于缺氧而产生硫化氢 甲烷和氨等有毒有害气体 而且水藻产生的某些有毒的物质 在制水过程中 更增加了水处理的技术难度 既影响制水厂的出水率 同时也加大了制水成本费用 7对水生生态的影响在正常情况下 湖泊水体中各种生物都处于相对平衡的状态 但是 一旦水体受到污染而呈现富营养状态时 水体的这种正常的生态平衡就会被扰乱 某些种类的生物明显减少 而另外一些生物种类则显著增加 这种生物种类演替会导致水生生物的稳定性和多样性降低 破坏了湖泊生态平衡 富营养化的防治是水污染治理中十分棘手而又代价昂贵的困难问题 原因有三 防治对策 营养物质去除难度高 至今还没有任何单一的生物学 化学和物理措施能够彻底去除废水中的氮 磷营养物质 通常的二级生化处理方法 只能去除30 50 的氮和磷 某些处理措施在理论上或者在一定的条件下是可行的 但是 在实际上或者在大范围内 则往往达不到预期效果 导致水质富营养化的氮 磷营养物质既有天然源 又有人为源 既有外源性 又有内源性 既有点源 又有非点源 这给控制污染源带来了较大的困难 1控制外源性营养物质输入 a 制订营养物质排放标准和水质