第十五章-水体富营养化和赤潮PPT课件

第14章水体富营养化和赤潮，第1节水体富营养化，1。富营养化的历史和现状1。什么是富营养化？2.富营养化研究现状2。富营养化的主要原因1。与富营养化相关的主要营养物质2。营养素的主要来源。富营养化的监测和评价。富营养化的危害。富营养化的防治。1.什么是富营养化？富营养化早已存在，我们可以从古籍中找到一些线索。第一次真正科学的富营养化观察应该在20世纪20年代进行。那时，瑞士的马尔登湖变成了红棕色。周围的居民认为这是200多年前德瑞战争中法国士兵的血迹。经过植物学家的观察，发现这是由于生长了大量的红银耳。，而大量的红银耳可能与畜牧业中施用的大量肥料有关。目前，人们认为湖泊中营养物质的缓慢增加不应被称为富营养化或自然富营养化。然而，只有营养素的突然快速增加(所有这些都是由人为因素造成的)才能被称为人为富营养化或人为富营养化。至于人工富营养化在湖泊演替中的地位，过去人们普遍认为它加速了演替过程，使湖泊老化。但现在有人认为，从生态系统发展过程中的一些主要趋势来看，这被认为是演替过程的逆转，使湖泊从衰老走向“青春”。这是一个属于环境污染范畴的问题。也就是说，它特指“人工富营养化”。富营养化作为一个污染问题，不同于一级污染。一般污染主要导致生物生产力下降，而富营养化则是营养物质的增加，这通常会提高初级生产力(但情况并非总是如此)，甚至会增加最终产品(鱼)的产量。然而，严重的污染也导致鱼类产量下降和其他环境问题。因此，当把富营养化作为一个环境问题来讨论时，我们考虑的是它的有害方面。水体富营养化的定义是“由于人类活动导致水体中营养物质增加，导致植物过度生长和整个水体生态平衡变化而造成的有害污染现象”。富营养化研究现状，上世纪下叶和本世纪上叶的主要污染是有机污染，因此建立了一级和二级污水处理厂。然而，有机物的生物降解导致了无机营养物质的增加，导致了水体的广泛富营养化。特别是20世纪60年代以后，它已经成为一个突出的全球性问题。(1)美国、日本、意大利、前苏联、北欧和东欧都进行过湖泊富营养化程度和原因的调查，中国也有调查和统计。(2)举行了各种国际会议和合作研究。如美国、欧洲共同体、加拿大、日本和前苏联。中国还举办了专门的国际学术研讨会。(3)出现了一些富营养化专题研究。富营养化的主要原因是营养物质的增加。营养是什么？人们普遍认为主要的磷是氮。也可能有碳、微量元素或维生素。辛德勒受控生态系统装置和实验湖区的研究结果表明，磷是主要的“限制因素”。Vollenweider对磷负荷和初级生产之间关系的研究也表明了磷的重要性。藻类生长势(AGP)法用于判断湖泊藻类繁殖的限制物质。结果还显示，至少一半的湖泊受到磷的限制，如表13.3所示。当氮与磷的比例小于10: 1时，或者在某个季节，氮也可能成为限制因素。营养素的主要来源可分为“天然来源”和“人工来源”，但这种方法在实际工作中很难区分。一般分为点源和非点源(分散源和非点源)。前者是指排放集中、位置固定的污染源，都是“人为源”。例如，生活污水和工业废水非点源污染通过地表径流、降水、地下水等进入水体。它可以是自然来源，也可以是难以测量和控制的人为来源。(1)地表径流：富营养化加速，大量施肥是重要原因。(2)畜牧业和渔业在一些发达国家，畜牧业生产的营养物质的质量超过了人口生产的质量。渔业污染源主要是在集约化养殖过程中通过投喂各种肥料和饲料产生的。有报道称，在网箱养殖鱼类时，每生产一吨鱼，每年会产生15公斤的磷和1.037公斤的生化需氧量，从而导致水体富营养化。因此，北欧国家需要批准来控制网箱养殖。(3)生活污水：生活污水可从点源或非点源排放。它是营养的主要来源。(4)工业废水部分工业废水氮磷含量高。其中，食品、化工和毛皮是污染排放较高的行业。(5)大气降水和雨水中的氮和磷与气候带和气候带有关。氨氮大于硝酸氮。(6)地下水溶解后将岩石或土壤中的氮、磷物质带入水体。日本琵琶湖的数据显示，地下水中氮和磷的浓度分别为1.268毫克/升和0.087毫克/升。富营养化的监测和评价，1。物理指数(1)交流/电压指数，总集水区：湖泊体积。(2)形态土壤指数mei=TDS/z。TDS 总溶解固体(毫克/升)；Z平均水深(米)。(3)透明度是一个相对常见的指标，因为它的确定很简单。2.水化学指标(1)溶解氧：它也是一个常用指标，尤其是在深水湖泊中，因为在严重的富营养化过程中很容易引起缺氧。(2)营养：这是最重要的指标。过去，氮和磷的浓度(在不同的州)被用作指标，但现在更多地应用单位面积的年负荷。生物指标包括指示物种(蓝藻中的几种)、物种组成、生物量(数量、生物量、叶绿素含量等)。)、初级生产、细菌等。4.综合指标(1)总富营养磷(n18/m3) 20叶绿素a (nlg/m3) 10透明度(m) 3.72.0-3.7 8010-80 10 (2)根据EPA标准的湿zel综合湖泊营养分类标准(表13.12)。(3)饶和在东湖工作数十年后提出的标准主要以藻类的数量、种类组成、初级生产力和透明度为指标，如表13.13所示。(4)太湖、西湖、大伙房水库等。还提出了评价指标和标准，如表13.14所示。(5)卡尔森营养状况指数(TSI)是根据透明度、叶绿素a、总磷、化学需氧量等单项指标之间的相关性建立的综合指数。有卡尔森的TSI方法和蓝染的修订的TSI方法。其中，TSI法是基于水中所有悬浮物都是浮游植物的假设，即湖水的透明度主要受浮游植物丰度的影响。该方法忽略了除浮游植物以外的其他因素(如水体颜色、水中溶解物质和其他悬浮物)对透明度的影响，因此具有一定的局限性。它是基于叶绿素a的含量，这更好地解决了这个问题。对于卡尔森指数中的三个因子，其相对重要性可定义为：ChlaSDTP，相应的权重分布为：w (chla)=0.540，w (SD)=0.297，w (TP)=0.163，可结合TSI和尖点指数得到水体营养综合评价公式。例如：TSI(标准差)=10 (6-1 NSD/LN2)，标准差-透明度(M)。TSI(chla)=106-(2.04-0.681 nch la)/L . 2)，chla-叶绿素a(微克/升)。修订后的TSI将根据叶绿素a含量的透明度改变上述TSI。也就是说，TSIM(CHLA)=10(2.461 CHLA/LN 2.5)TSI计算结果是介于0和100之间的值。该方法的评价标准为：TSI54富营养化。(6)MTSI综合营养状况指数采用总磷、叶绿素a和透明度来反映湖泊的营养状况。公式如下：mtsi=stsi(TP)stsi(chla)stsi(SD)评价标准为：MTSI1极度营养不良型；1 3营养不良型；2 5中等营养型；4 7富营养型；6 10极富营养型。(7)还有层次分析法主成分分析法和相关加权营养状况指数。从水产养殖的角度来看，富营养化意味着丰富的水、肥料和饲料，并有其优势。然而，从环境保护的角度来看，富营养化将给供水和水体利用带来诸多问题。在供水方面，在富营养化之后，藻类，尤其是大群藻类大量生长，这降低了水处理厂过滤水的效率。例如，在东湖水厂，原滤池反冲洗时间为12小时，现在缩短为2-3小时，冲洗水量可达出水量的20%。增加新的加工设备会增加成本。同时，它也影响水质。许多形成“水华”的藻类会产生臭味。例如，鱼腥藻、微囊藻和隐孢子虫都能产生恶臭。体腔细菌能产生草的味道。小球藻和甜瓜可以产生霉菌和腐烂。另据报道，自来水经氯化处理后，藻类溶解的有机物可被氯化，产生微弱的致癌物质。就旅游业而言，藻类的大量生长降低了水的透明度、水的不良颜色和不良气味，从而降低或消除了水体的旅游价值。这是国外严重危害富营养化的一个主要方面。我国一些著名的风景湖泊，如杭州西湖、武汉东湖、南京玄武湖和长春南湖，也面临着这样的问题。子宫的严重营养也带来了水的卫生指标的下降。为此，东湖的几个天然游泳池已经关闭。在渔业方面，虽然水体富营养化对渔业有利，例如，水体富营养化直接导致浮游植物数量增加，增加了水体初级生产力，从而增加了一些渔业物种的产量。然而，也有缺点。外国有很深的湖，养殖的鱼主要是冷水鱼类，需要高氧气。因此，由富营养化引起的缺氧常常导致大量鱼类死亡，并将鱼类组成改变成它们不喜欢吃的鲤科鱼类，并将其称为野生杂鱼。我国也存在类似的问题。例如，浮游植物，特别是微囊藻、夜光藻、金鱼藻、红藻类、斜生棕囊藻和三角海藻，可形成有毒和有害的赤潮，对淡水、咸水和海洋渔业产生不利影响。氮和磷在近海水域大幅增加，N:Si和p: si在近海水域占很大比例。海洋生态系统从需要硅的硅藻为主的群落转变为鞭毛藻和不需要硅的小型蓝藻为主的群落，最终将导致整个海洋生态系统的结构和功能发生根本性变化。在其他方面，许多蓝藻在特定条件下会产生毒素。澳大利亚、南非和美国报告了大量由藻类中毒引起的牲畜、家禽和水鸟死亡。赤潮藻类产生的贝类毒素会直接危及人类生命。(1)清洁生产是指在生产过程中使用清洁能源，没有或很少浪费，生产无污染的产品。例如，在生产过程中降低废水中的磷含量。在洗涤剂中，支链烷基苯磺酸钠变为直链型。改用磷酸盐替代品。农业施肥的合理控制。(2)在华盛顿湖建造深海污水处理管道花了五年时间，经过两级处理后的污水排入大海而不是湖泊。7年后，它完全恢复，这表现在磷含量、浮游植物数量和生物量的减少(3)在深排水的深水湖泊或水库中，底层水的养分含量高于表层水。当水流动时，它经常进入湖的上层，导致“水华”。然而，一般流出的水是地表水。因此，有必要排放深水以降低富营养化程度。例如，在波兰的一个湖泊中，这种方法取得了良好的效果。一种“虹吸装置”被用于奥地利一个湖的深层排水。富营养化的预防和控制(4)沉积物的清除和拦截等措施，以减少外部营养负荷。然而，富营养化湖泊的底泥往往是一个营养池，在一定条件下可以持续释放磷。这被称为内部负载。当外部负荷减少时，内部负荷可以得到补偿，宫内营养现象继续存在。例如，在瑞典的特鲁曼湖，由于生活污水的严重污染，蓝细菌大量繁殖，经过10年的拦截措施，该湖仍未恢复。主要原因是沉积物释放营养。经过研究，决定挖出底泥。去除的沉积物相当于50吨磷和450吨氮。随后，该湖恢复到接近营养不良湖的水平。杭州西湖每年挖掘30，000-60，000吨淤泥，这比引水法成本高，但也比引水法去除更多的氮和磷。(5)泥浆和水的隔离也是为了减少内部负荷，但泥浆不是挖出的，而是在现场处理的。例如，加入凝结剂并用塑料膜覆盖。这种方法只能用于小水体，成本也不低，因此目前在我国采用这种方法是不现实的。(6)杀藻除草剂用于去除藻类和水生植物。美国环境保护署已经批准了27种杀藻剂，其中硫酸铜是最常用的。然而，这种方法仅具有部分缓解效果，还应考虑残留毒性问题。美国使用更多，每年使用近10，000吨杀藻剂。29，5，富营养化的预防和控制，(7)藻类水华发生在藻类收获和利用富营养化之后，它能直接利用化害为利吗？非洲乍得人有吃蓝藻的习惯，目前有实验将其用作农业肥料、饲料、沼气生产和有用物质的提取。但是收藏是个问题。美国已经试验了机械藻类收集船。前苏联已经试验和研究了在农业肥料、饲料和其他领域的水库中使用蓝藻水华，认为它可以用较少的资金和较大的利润改善水质。我们实际上已经计算了东湖中蓝藻“爆发”的数量，这表明数量相当可观，并且含有非常高的氮和磷。如果使用它，可以减少14.5%的氮负荷和9.1%的磷负荷。过去，富营养化防治的生物控制措施侧重于物理和化学方法以及工程措施，很少注意生态方法的使用，即生态系统结构和功能的调整。20世纪70年代，许多学者强调了生物学的作用，提出了“生物操纵”一词，并提出了许多实际观察和实验的例子，这表明这是一个潜在的和重要的措施。这种观点强调对整个生态系统的管理，从营养环节控制宫廷营养，将营养转化为人类所需的最终产品(鱼