农业环境讲义4

1、第四章：水污染与农业第一节：水资源第二节：水体污染概述第三节：水体富营养化及其对水生生态环境的危害第四节：水体污染物对农作物的危害及调查第五节：污水的农业利用第一节：水资源一、世界水资源分布与消耗（一）世界水资源分布 全世界总水贮量为13.68亿km3，占地球表面积的71%。分布特点：1.分布极不均匀 97%分布在海洋，陆地上除去冰川和高山冰雪外，又有一半是盐碱湖和内海，适于人类饮用的淡水和河流水量不到地球总量的1%。其分布情况如表41。2、淡水分布不均匀 最丰富的地区是赤道带（尤其是南美和非洲赤道地带）；热带和亚热带只有它的1/10；较缺乏的是中南部、阿富汗、阿拉伯和撒哈拉地区。（二）水资源

2、消耗1、生活用水只占河川径流量的7%左右（很少）2、工业用水比重大 特别是能源部门的冷却水。如热电厂生产1000KW.h电，需水200-500m3，原子能电站多一倍。世界能源部门年消耗约12000亿升。冷却水占全球需水的30%，发达国家占60%。3、农业用水耗量更大农业灌溉用水占全球总用水量的70%。（三）世界水资源危机问题1、自然条件的影响（气候影响）2、城市和工业区集中发展（用水集中）3、水体污染严重（淡水污染占全球径流量的14%）。4、用水浪费和盲目开采造成水资源不足。如：美国工业实际耗水量仅占工业用水量的1%，97%的水作为废水排放。二、我国水资源及其特点1、总量大，人均少 我国的年均

3、径流量为2.7万亿m3，陆地水资源总量2.8亿m3亿，就其绝对量而言位居世界第六，见表42。但若以我国12亿人口计，人均只有约2260m3年人，与世界人均拥有淡水资源约10000m3年人相比不到14，是联合国公布的严重贫水国家之一。2.分布极不均衡（1）地理上分布不均。我国的降水量由东南向西北呈递减之势.长江以南地区，国土面积占全国36.5%，人口占全国54%，水资源占全国的81%。（2）时间上分布不均.季节分配不均，长江以南3-6月占全年降水量的60%，长江以北6-9月占全年的80%。（3）耕地与淡水资源搭配不均.长江、南方地区占全国耕地的30%，淡水资源占全国的82.7%；黄河、黑龙江、海

4、河等淡水资源占17.2%，都要负担70%耕地的供水。三、我国水资源中的问题1、围湖造田使水资源减少第一是使水面缩小，例如，素有“千湖之省”之称的湖北省原有湖面积47075km2，经近三四十年的不断围垦，已减少2500km2左右，减少面积几近50；2.分布极不均衡（1）地理上分布不均。我国的降水量由东南向西北呈递减之势.长江以南地区，国土面积占全国36.5%，人口占全国54%，水资源占全国的81%。 （2）时间上分布不均.季节分配不均，长江以南3-6月占全年降水量的60%，长江以北6-9月占全年的80%。 （3）耕地与淡水资源搭配不均.长江、南方地区占全国耕地的30%，淡水资源占全国的82.7%

5、；黄河、黑龙江、海河等淡水资源占17.2%，都要负担70%耕地的供水。3、淡水用量增长过快，用水浪费。随着我国的经济发展，每年的取水量快速增长。农业用水占80以上，是第一用水大户。但田间水利用率只有50%。4、污染严重，水体丧失使用价值我国近二十多年来工农业的高速发展，以及人口的城市化进程加快，使许多江河、湖泊及地下水受到严重污染，减少了可供利用的水资源。黄河兰州段、松花江、辽河下游、淮河中下游污染都比较严重。地下水污染物主要是酚、氰、砷、氯、氨、氮和铬等。北方有些城市地下水总硬度很高。例如，经济较发达的江苏省，对43个市、县的监测统计表明，总长度575km2的河流中174km2全年黑臭，多数

6、湖泊被污染，许多水体?0年代淘米洗菜，70年代水质变坏，80年代鱼虾绝代”。到90年代，四大淡水湖之一的太湖已严重污染，以至江南水乡许多地方出现饮用水源缺乏的现象。国家已对此局面给予重视，目前正加大力度治理太湖、淮海等水体的污染，以期扭转水体污染不断加剧的势头。5.地下水开采过量北方地区农用地下水的开采达373亿m3，上海、天津等地发生地面下沉。6.水利工程对水文的影响 有些水库的建立，使下游来水减少。如根治海河工程，主要从排涝考虑，使海河流域降水百天之内泻入渤海，但由于降水很快排走，使华北平原的水源补给减少。综上所述，我国的淡水资源并不丰富，我国是贫水国家；我国的水污染已相当严重，已严重制约

7、我国的经济发展，直接影响了人民的生活质量。为此，我们必须合理地利用和保护水资源。第二节：水体污染概述 一、水体与水体污染的概念 1、水体的概念 （1）水体的一般意义是指水的积聚体，通常指地表水体，如溪、河、江、池塘、湖泊、水库、海洋等，广义的水体也包括地下水体。 （2）环境科学中的水体，包括水、水中的溶解性物质，非溶解性的微小悬浮物，水中的生物以及底泥等。 2、水体污染概念 由于人类的活动改变了水体的理化和生物性状，使其丧失或减弱了对人类的使用价值的现象。 （1）由于人类活动和自然因素影响，使水体的物理、化学性质或生物群落组成等产生恶化；（2）排入水体的污染物超过了水体的自净能力； （3）污染

8、物进入水体，使水体的原有用途遭到破坏。二、水体污染源 主要工业废水、生活污水和农业退水三类。1、工业废水 工业废水是在工业生产过程中排出的废水，特点是量大，成分复杂，污染物含量高，其中有机物和重金属是常见的污染物质。毒性强。2、生活污水生活污水是居民在日常生活中产生的废水，一般无有毒物质，主要含有细菌、寄生虫卵、有机物以及各种洗涤剂等。据统计，我国城市污水中，工业废水量一般占60一80，生活污水量只占20一40。3、农业退水 农业退水是指从农田流出的水。农业上喷洒的农药，一般只有10一20附着在作物上。农业上施用的化肥，农作物吸收的只有30左右。末被作物利用的化肥、农药、相当大一部分随灌溉后的

9、农业退水或雨后径流流入水体，造成一定程度的污染。4、工业废渣和城市垃圾这类固体废弃物目前排放量不断增加，常将其堆积于水体附近或直接倾入水体。长期日晒雨淋，其中的污染物会流入地表水体或渗入地下水，造成水体污染。5、大气沉降物（溶于水或降入水体）污染物进入水体总的说来有两个途径。一为点源，污染物由沟、渠、管道等固定出口进入水体，如工业废水、城市污水等；二为非点源，污染物无固定出口，而是通过降水、地表径流等途径进入水体，如大面积水土流失，农田排水。三、水体污染物及化学行为 1、耗氧污染物通常指那些在分解过程中需消耗大量氧气的污染物。如碳水化合物、脂肪、蛋白质等有机污染物，在微生物的作用下进行有氧分解

10、而消耗水中大量氧气，同时生成稳定的简单无机物。 例如，1摩尔的碳水化合物在微生物分解时需消耗水中6摩尔的氧，其化学反应式如下： C6HlOO5十6O26CO2十5H2O 对于含氮、硫、磷等元素的有机物，如氨基酸、蛋白质等，在水中的生物降解过程分两个阶段，第一阶段以碳链的生物降解为主，产物为二氧化碳、H2O和其它简单无机物(如NH3等)；（同有机质转化）.第二阶段主要以上述简单无机物转化为稳定的无机物形态为主。以氨基酸为例，其化学反应方程式如下：第一阶段：H2NCH2一(CH2)nCOOH十O2H2O十CO2十NH3第二阶段：2NH3十3O22HNO2十2H2O2HNO2十O22HNO22、重金

11、属 这类污染物系指具有生物毒性且比重大于5的金属。 生物生长所需要的元素，如铁、锌等。浓度超过一定值仍可对生物构成毒害，也属此列；环境科学中，通常将砷、硒等工业上常用的、有生物毒性的类金属元素也划归此例。汞（Hg）、镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)、铅(Pb)，这5种及其化合物对人和农业生产危害较大且来源多、排放量大。一般天然水体重金属的背景值很低。但产生毒性的浓度也是较低的，例如，镉在天然水体中的含量是0.013gL，平均是0.1gL,而其产生毒性的浓度范围也仅在110gL。重金属污染物排入水中后，只能发生化学形态上的变化，而不能被微生物所降解，但可以通过水生生物的新陈代谢在水相和生物相之

12、间转换，也会通过食物链在较高营养级生物体内成千上万倍地富集。就其迁移转化而言主要有下列行为：(1)沉淀作用溶解态的金属离子在水中易生成氢氧化物沉淀、难溶盐沉淀或硫化物沉淀而沉入底泥。但在水质发生变化时(pH、温度、化学成分等)或底泥中微生物使重金属沉淀物发生转化时，重金属会重新释放出来。因此，沉积作用只能暂时净化水质，就水体而言重金属污染并末彻底消除。(2)氧化还原作用 重金属污染物往往以多种价态存在于自然界中，水环境为氧化态时(如水体表层富氧水)，被氧化以较高价态存在，还原态时(如水体中下层缺氧水)则以较低价态存在。 而不同价态的重金属其生物毒性不同，例如，就毒性而言，Cr6+Cr3+，As

13、3+As5+，水环境若由氧化态向还原态转变，将降低铬的毒性而增加砷的毒性。(3)吸附作用 胶体因其表面能带电，使之能吸附与其电荷相反的离子。水中及底泥中皆有各种有机及无机胶体，如底泥中的腐殖质，水合金属氧化物等，它们可以吸附水中的重金属离子，使重金属进入底泥，或随胶体流动。这种吸附作用在水温、pH等因素的影响下，会发生解吸，而使重金属重新溶入水中。(4)络合螯合作用 由于水中有各种有机无机配位体，这些电荷相反的配位体与重金属离子形成络合物或螯合物后，常使其重金属化合物的溶解度大大提高。若形成的络合物成螯合态是可溶性的，将会增强重金属的迁移性。例如腐殖质，可与绝大多数重金属螯合，形成可溶性螯合物

14、，这将促进难溶重金属盐的溶解，从而使水中可溶性重金属增多。3、非金属毒物 包括酚类化合物、氰化物、农药和多氯联苯(PCB)等，它们的生物毒性很强，危害甚大，又因其在工农业上应用广泛，所以进入水环境的途径很多。 (1)酚类其主要源自焦炭、钢铁、化工、煤气、制药等十多种行业的废水，是我国水体较普遍的一种污染物，因而受到广泛重视。在水中，酚类属可分解有机物，可经过微生物分解、化学氧化和挥发而消失，其中微生物分解是主要途径。 酚类在自然体水中的分解温度越高、分解越快； 化学结构越简单分解越快； 一定范围内，挥发性的、易溶解的酚浓度越高分解越快，超过范围，情况相反，这与微生物的生长繁殖有关，适宜浓度范围

15、内有利生长繁殖、过高浓度时抑制生长。(2)氰化物主要来自炼焦、电镀、选矿等含氰工业废水的排放。分无机氰化物(HCN、NaCN等)和有机氰化物(丙烯睛、乙脂等)。天然水体中不含氰化物，但进入水体的氰化物较易经化学转化而挥发。CN-十CO2十H2OHCN十HCO3- 水体90的氰化物经此反应而消失，水体pH较低时尤其如此，微生物的分解也可使少量氰化物转变成NH4+和CO32-，但此作用较小。4、酸、碱、盐类 大量酸性或碱性废水，也会使水体pH值下降。矿山废水、化工废水等常为酸性，如油脂化工废水pH值可达2；造纸、制革废水为碱性，如有的造纸废水pH值达12。除各种废水中有一定盐度外，酸碱废水同入一个

16、水体时也将使天然水体的盐度提高。 饮用水源、农业用水、渔业用水，甚至工业用冷却水对pH值和盐度均有一定要求。世界卫生组织WHO规定：饮用水的合适pH范围7.08.5，适宜无机盐总量500mgL以下，极限值为1500mgL。 5、石油类目前人类每年向天然水体排放的石油及其油制品可达近干万吨。这类污染物的主要来源有工矿企业排放含油废水、 输油管泄漏、运油船清洗废水及事故性溢油、海上石油钻井平台事故等。根据统计，仅油气田开发和油井事故每年导致约100万吨石油流入海洋。我国山 东黄岛油库1989年发生爆炸，630万吨油流入胶州湾，造成严重污染。我国沿海各地因各种原因排放入海的油量每年达10多万吨。石油

17、成分复杂，含有多种有毒及致癌物质，例如致癌物质苯并(a)芘、苯并蒽等，这些物质可经水中微生物的富集作用，以及生物放大作用而进入各类生物体内。 石油及油制品在水中可发生各种物理的、化学的变化，如扩散蒸发、溶解、乳化、光化学分解等；但油污染在水中的最终消失还需许多微生物的共同作用，不过这是一个缓慢的过程。6、热热作为能量输入水体也是一种污染，它使水温升高，水体溶解氧下降，生态系统结构变化，如物种消失、种群数量或下降或剧增，优势种变更等。热污染的来源以动力工业冷却水的排放为主，其次是冶金、化工、机械等工业的冷却水和生产性废水。例如，核电站中核裂变所产生的热能只有1/3转变为电能，其余23则随冷却水释

18、放到电站附近的水体中。7、放射性物质多数水体在末污染状态下就有极微量的放射性物质。二次大战后由于原子能工业的发展，使水体放射性物质不断增加。水中放射性物质的来源主要有三个途径：一是放射性核废料的处置不当。原子能工业的核废料装入密封容器中投入海中，容器破损将导致放射性污染泄漏。二是核试验产生的放射性尘埃的降落和地表径流。我国青海湖在70年代曾因此而导致污染，放射性物质在鱼体中富集，带有不良后果。三是应用放射性同位素的化学、医学和农业部门排出的污水。目前水环境中主要放射性污染物有锶90、钯137以及磷32等，它们在水中的迁移去向，一是富集于生物体内，二是随时间蜕变。随水和食物进入人体的放射性物质可

19、在一定部位积累而引起内辐照，导致遗传变异和癌症。 8、病原生物 主要来自生活污水、医院污水、制革、屠宰、养殖污水等。 这些水中有病菌(大肠、痢疾、绿浓杆菌等)、病毒(肝炎、麻疹、感冒病毒等)以及寄生虫(疟原虫、血吸虫等)。对人类而言，近代发生的瘟疫流行事件，都是与病原生物污染水体相关，如我国1987一1988年上海甲型肝炎发作，即与水污染相关；曾在我国江西等省流行的血吸虫病也是经水体而致人得病的.除上述8类污染物外，有些物质只要引起水体的不良变化，仍属水体污染物。如过量输入水中的植物营养物氮和磷素等。 四、主要水质指标环境科学中针对不同目的对各种水(排放水、农田水、饮用水、地表水等)的水质分别

20、确定部分指标来进行衡量。这里介绍的是普遍选用的反映水污染程度的主要项目，并介绍农用水质指标的特点。物理性指标：温度、色泽、嗅味、浑浊度、电导率等。1、溶解氧(dissolved oxygen，DO) 水质的重要指标，指溶解于水中的氧气，单位为mgL，即每升水中氧的毫克数影响水中溶解氧多寡的因素主要是水中的光合作用、曝气作用(复氧作用)等增加溶解氧的作用；呼吸作用、有机物分解耗氧等减少水中溶解氧的作用。两方面作用的平衡决定了水中溶解氧的多少。由于每昼夜光合、曝气、呼吸作用有强弱的变化。所以水体溶解氧含量会有一定幅度的变化，一般是清晨溶解氧含量较少，午后含量较高。2、悬浮物(suspended s

21、o1id，SS)是衡量天然水体特别是排放废水中固体颗粒物多少的重要指标。指lL水中不能通过特定滤膜的、非溶解性固体物重量，单位为mgL。悬浮物的多少与水体的混浊度、水体的用途直接相关。造纸废水、皮革废水、选矿废水等工业废水的悬浮物指标均较高，大量排放会使水污染。悬浮物是水质监测的常用指标。3、生物化学需氧量(Biochemical Oxygen Demand)简称生化需氧量，用BOD表示。BOD表示水中有机物经微生物分解时所需要的氧量，用单位体积的水所消耗的氧量(mgL)表示。有机物经微生物氧化分解的过程一般可分为两个阶段：第一阶段为碳化阶段，主要是有机物被转化为CO2、水和氨；第二阶段为硝化

22、阶段，主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。由于微生物的活动与温度有关，当温度为20时，一般生活污水中的有机物需要20d左右才能完成第一阶段的氧化分解过程。为了缩短测定时间，同时使测定结果有可比性，通常采用20C的条件下培养5d，作为测定水体中生化需氧量的标准时间，简称为5d生化需氧量，用BOD5表示。BOD5约为第一阶段生化需氧量的70左右。4、化学需氮量(Chemical Oxygen Demand)COD表示用化学氧化剂氧化水中有机物质时所需的氧量。目前，测定COD常用的氧化剂为重铬酸钾。也有用高锰酸钾（氧化弱），但测得的数值比重铬酸钾法低。重铬酸钾氧化剂测得的耗氧量称作COD；而将用高锰酸

23、钾氧化剂测得的耗氧量称作 “高锰酸盐指数”，此法多用于测定污染较轻的天然水或清洁水。重铬酸钾法(COD)多用于污染严重的水体和各类废水的测定。5、细菌学指标该项目对于人类饮用水安全性，以及与人类食物有关的生产用水(如农田灌溉水、渔业用水等）是重要指标。主要包括：(1)细菌总数指lmL水样在营养琼脂培养基中经35，48h培养后所生长的细菌菌落数。我国生活饮用水标准规定每毫升水中细菌总数不得超过100个。但细菌总数尚不能准确说明水样中病原菌的存在。(2)总大肠菌群指1L水样中所含有的大肠杆菌个数。我国生活饮用水规定每升水应小于3个。该指标能够说明水样是否被病原微生物所污染而具有致病性，这因为大肠杆

24、菌具有与病原菌相似的生理习性和存在时间，大肠杆菌可作为水是否被病原微生物污染的指示菌。6、农业用水的主要水质指标农业用水目前主要指农田灌溉水和渔业用水。根据我国农田灌溉水质标准(GB508492)规定（P349），将灌溉水质按灌溉的作物分三类：一类是指水作，如水稻，灌溉水量为每年12000m3hm2；二类指旱作，如小麦、玉米、棉花等，灌溉水量为每年4500m3hm2；三类是指蔬菜，如大白菜、韭菜、卷心菜等，灌溉水量为每茬30007500m3hm2。各类作物灌溉水质标准值有所不同。一是选用了与作物生长有关的营养指标，如凯氏氮、总磷等；二是选用了对作物有毒害作用的指标，如重金属毒物(Hg，Cd，A

25、s，Pb，Cr等)，非金属毒物(氰化物、挥发酚、二氯乙醛、苯类等)。五、水体的自净功能 水环境也有通过自身的物理、化学与生物作用，使污染程度减轻，并逐步恢复至未污染水平的功能，这种功能称水体的自净功能。水体的自净机制主要有以下三方面1、物理净化由于稀释、扩散、吸附、沉淀等作用而使河水污染物浓度降低的作用。很显然，流量大，水流紊动强烈、水体稀释和扩散作用大，物理自净作用较强。2、化学净化污染物进入水体后，在一定条件下，发生各种化学反应，使污染物转化为不溶解的物质沉淀下来或分解消失。例如重金属污染物在水体中能形成难溶性的氢氧化物和碳酸盐沉淀下来。3、生物净化通过生物的代谢作用使水体中污染物分解消除

26、，这就是生物净化。水体中存在各种各样的微生物以及水草、鱼类等生物。水体中生物净化以微生物为主，需氧微生物在溶解氧充足时，能将水中的有机物分解成简单、稳定的无机物，使水体得到自净。水中的高等水生植物如浮萍、风眼莲等，能吸收水体中的氮、磷以及汞、镉等重金属元素，使水体逐渐得到净化。第三节：水体富营养化及其对水生生态环境的危害一、富营养化的有关概念1、水体富营养化的定义通常是指湖泊、水库和海湾等封闭性和半封闭性水体中，接纳过多的氨、磷等营养元素，水体初级生产力提高，某些特征性藻类(主要是蓝藻、绿藻)异常增殖，使水质恶化的过程。水体呈富营养状态时，水面藻类增殖，成片成团地覆盖水体表面，这种现象若发生在

27、湖面上称为“水花”或者“湖靛”(水呈绿色)如果发生在海湾则称为“赤潮”(海藻大量繁殖使海水变红)。富营养化水体的透明度明显下降，溶解氧降低。水体富营养化是营养物质在水体内富集，从而使水体发生一系列生物的、物理的和化学的复杂变化的连续过程。2、天然富营养化世界上许多湖泊，它们在数千万年前，是处于贫营养状态。然而，随着时间的推移和环境的变化，湖泊一方面从天然降水中接纳氮、磷等营养物质，另一方面，土地的自然淋溶、渗透，也使一些氮、磷等营养物质进入湖内。逐渐会使湖泊水体的肥力增加，大量的浮游植物和水生植物开始生长。当它们死亡后，机体沉积在湖底，积累形成底泥沉积物。这种湖泊营养物质天然富集使湖水营养水平

28、逐步提高，而发生水质变化过程，称之为天然富营养化。在自然条件下，贫营养湖泊演变成富营养湖泊，要经历千年甚至是数万年的时间。3、人为富营养化随着人类对环境资源开发利用活动日益增加，特别是进入20世纪以来，工农业生产迅速发展，工业化带来了“城市化”现象，使得不断增长的人口集中在一些水源丰富的特定地区。(1)居住“城市化”，使得大量含有氮、磷的营养物质的生活污水排入附近的湖泊和其它水域。(2)为了提高农作物产量，施用的 化肥和牲畜粪便也逐年增加，经过雨水冲刷和农田排水，有更多的氮、磷营养物质流失最终进入水体中。(3)在水产养殖方面，为了达到渔业高产，采用投放饵料养鱼的方法，这样，投放饵料也成为水体接

29、纳氮、磷营养物质的主要渠道。我们把这种由于人为活动因素而使水质富营养化的过程称为人为富营养化。4、水体富营养化发生的场所水体富营养化发生在湖泊、水库、池塘等水域，以及枯水期间河流的部分滞留河段，也会在海湾发生。这些水域具有水体流动性缓慢，滞留时间较长的特点，这为水生浮游植物提供了一个良好、稳定的生殖环境，若水体中氮、磷丰富，容易发生富营养化，而其它流动性较大的水域，如河流、江河等不容易发生富营养化。5、水体富营养化与污染的区别适度的富营养化对水生生态系统的影响是良好的，有助于提高渔业生产产量。 水体污染则不同，通常一开始就与水生生态系统的生产力下降和破坏有关。如某些重金属排入水体，一开始即使浓

30、度很低，对水生生态系统就有潜在的危害。富营养化只有超过一定的适度范围后，才会构成对水生生态系统的破坏，因此，富营养化的后果，引起了水体污染。二、富营养化对水生生态环境的影响水体发生富营养化后，藻类群落的某些优势种大量繁殖，另外还会引起水域一系列生物、物理、化学指标的变化。1、引起水生生物种类的改变在末发生富营养化的湖泊水域内，生长的藻类主要是以硅藻和绿藻为主，这些藻类是各种鱼类的食物，太阳能通过水生食物链供给鱼类等生物，保持着良好的生态平衡。一定程度的富营养化对渔业来说，是有利的。但是当水体富营养化进一步发展后，原来不占主导地位的蓝藻异军突起，其它藻类便渐渐地衰落，或者消亡，水体中藻的数量大增

31、，但种类减少。湖泊中许多非常有价值鱼类，不吃蓝藻。鱼类种群结构也随着发生了明显的变化。原来非常有价值的(小虾和蹲鱼、鲑鱼)被价值小得多的种群所替代(鲢、鳙鱼)。原来的水生生态系统发生变化，生态平衡被破坏。2、引起水体中溶解氧的变化富营养水域，由于藻类过量繁殖，充斥水中的大量藻类在白天进行光合作用，使上层水溶解氧大大增加，达到过饱和水平，而夜间光合作用停止，藻类呼吸作用以及浮游生物残体的分解消耗溶解氧，使水中溶解氧迅速降低，到早晨日出前，水体中溶解氧几乎可全部耗尽。由于水体缺氧，影响鱼类生物的生存直至死亡，严重的富营养化水域，一般在春夏季节期间，凌晨最容易发生缺氧死鱼情况。鱼类最适DO浓度4.0

32、mgL以上，小于1.0mg/L时，会因缺氧而死亡。3、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，使水中HCO3、 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 CO2十OH CO32十H2O CO2十2OH 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810，夜间光合作用停止，大气中CO2进入水体，pH值逐渐恢复中性。4、水体产生有毒物质某些优势藻类大量繁殖后能够分秘释放有毒性的物质，例如：不定腔球藻、微囊藻等分泌有毒的藻青蛋白，自金鱼类死亡，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。5、感

33、官恶化，不利观光在富营养化水体中，生长着以蓝藻为优势种类的大量水藻。这些浮在水表层，使水质变得浑浊，透明度降低，而其中有些藻类能够散发出腥味异臭。如果这些湖泊是旅游之地，会使其旅游、娱乐价值受到严重影响。 三、水体氮、磷污染与富营养化造成水体富营养化最直观的表现是藻类的数量增多和种类的变化 天然水体中藻类生长的整个过程中，需要阳光进行光合作用，在这个过程中，藻类将自身所需要的养料摄入体内，合成细胞内新的有机物质，藻类由此得以不断增殖。根据最小限制因子定律，植物生长速度取决于其所需养料中数量最少的那一种。在藻类分子量中各种成分所占的重量百分比中磷最小，氮次之。表明磷是限制水体藻类生长繁殖的最主要

34、因素，氮则次之。当水体中磷氮等限制因子在内的各方面条件充分满足的条件下，水体的藻类种群就会发生变化，数量上升，引起水体富营养化的发生。（磷超过0.05mg/L时，藻类迅速增殖。）四、氮、磷在湖泊中的循环 1、氮循环 随水进入湖泊中的铵态氦或硝态氮，一部分可被生物利用而转为生物体的组成部分，一部分可通过硝化和反硝化作用生成N2和N2O，释放到大气中。而许多藻类具有生物固氮作用，又可将大气中的N2转化为铵态氮，进而转化为硝态氮，氨在生态系统中具有气、液、固三相循环，被称之为“完全循环”。氮的这种循环作用，对水体富营养化起着重要的作用。当水体中缺氮时，若有过量的磷和铁盐存在，水温在1535，阳光充足

35、等条件下，就会刺激藻类的固氮作用。而使得藻类能够获得充足的氮营养物质，以此继续满足自身合成的需要。而反硝化作用则可把富余的NO3-转变成N2，回到大气中。因此，要彻底控制氮供给源，对于富营养化湖泊来说是非常困难的。2、磷循环 自然界的磷主要以矿物磷、动物粪便以及化石和化学制品等形式存在于环境中，少量的溶于水以液相形态存在，磷不存在气相形态。因此，磷只能进行固、液之间的转化循环。在水体中磷的循环称为“底质循环”。一般发生富营养化的水域中，其底泥中磷已有相当大的积累。在未发生富营养化的水体中，最初进入的磷很容易生成难溶性磷酸盐而沉积于底质中。但在一定条件下(主要在厌氧条件下)，这些磷又会重新释放到

36、水中。富营养湖泊底质中营养成分的释放是湖泊水体中磷的重要来源之一。若水体一旦发生了富营养化，即使此时完全控制外来的磷源，但水体的内源性磷是很难切断的，水体富营养化仍然会继续存在和发展。由于磷在水体中的循环是一种“底质循环”，它不同于N循环，而且磷又是水体藻类生长的最小限制因子。因此，在控制水体富营养化的研究方面，人们最为重视控制磷进入湖泊水体。五、水体富营养化的防治措施 1、预防性措施 减少或消除植物营养物质进入水体。(1)降低或消除废水中氮、磷的含量。 (2)推广使用无磷洗涤剂，禁止生产和销售含磷洗涤剂。 (3)防治水土流失。 (4)减少湖边农田化肥的使用量。 2、调节性措施 这是当水体富营

37、养化发生后，所采取的一些补救措施，使富营养化程度得到适当改善。目前世界各国采取的措施主要有： (1)改变水域的水文特征 改变水域的流动性，进行水交换，是最为有效的方法，通过补充清洁水，加快湖泊水的流动性和增加水的交换程度，可以抑制藻类的增殖，水域的水交换量一年超出5?0次，水体就不会发生严重的富营养化。 (2)化学方法 投加化学絮凝剂，使藻类凝集而沉淀。如投加铝盐絮凝剂，可使水体短期内清澈。这种方法一般作为辅助的、临时的应急措施用于小型湖泊。（云南滇池） 使用CuSO4等化学试剂来杀死藻类，可用于观赏性的小湖泊和水塘。由于Cu对水生生物的毒性较大，又会产生新的污染问题，现很少使用。 (3)生物

38、学方法 在湖泊的浅水区种植高等水生植物，如芦苇、荷花、水浮莲等。对去除 水中氮、磷有很好的效果，但必须对水生植物要进行打捞清除，否则大量的水生植物残体留在水中，发生腐烂，会造成更严重的水体污染。放养食藻类鱼种，例如白鲢、鳙鱼(花鲢)，这些鱼可以将优势藻(蓝藻)作为饵料，减少藻类数量。放养底栖水生动物，例如螺丝等，具有一定的除氮的效果。 (4)物理法 曝气：人工充气法，主要是补充水体中的DO，促进水的循环，使水体中有足够的DO，维持鱼类的生长需要，常用的曝气方法是，叶轮曝气，目前大多数养鱼塘均采用此法在夜间或清晨对鱼塘水面进行曝气充氧。 疏浚底泥：富营养化湖泊底泥积蓄大量的营养物质，对湖泊底泥进

39、行疏浚，可以极大地减少湖泊内源性营养物质。可以有效地改善湖泊水体富营养化程度。 第四节 水体污染物危害及调查一、水体污染物对农作物危害在淡水资源不足的情况下，有些地方将经过处理的工业废水作为农业灌溉水的补充水源加以利用，对农业生产起到积极的作用。目前我国已制定了GB5084?2农田灌溉水质标准（P349），规定了农田灌溉用水的29项指标，这些都是当前我国工业废水中存在较广泛，含量较高，危害较大的污染物。 1、有机物废水中的有机物通常主要指碳水化合物、蛋白质和油脂类等较容易被微生物氧化分解的物质。这类污染物主要来自食品、制革、造纸、畜禽养殖等企业排放的废水。通常认为水田土壤有机质含量在3左右最适

40、合水稻等农作物的生长。但若大量有机物随废水进入水田，由于有机物分解过程消耗大量氧气，使水田土壤处于强还原状态，土壤中原先存在的硫酸盐、高价铁和锰等物质，被转化成硫化物、二价铁、锰等对水稻根系有毒害作用的还原性物质。同时，也会产生硫化物和有机酸等对水稻有毒害的物质。这些污染物最直观的表现就是土壤呈发黑、发臭和烂糊状态。在盛夏高温季节，受高浓度有机废水污染的水田，这种情况最容易发生。废水中在COD(化学耗氧量)超出200mgL，长期灌溉，对水稻生长会产生不良影响。废水中有机物对作物的不良影响与某些因素有密切关系。如地下水位高的烂糊田，比排水良好、土壤通透性好的水田易受到有机物的危害，其它还与气候、

41、耕作管理情况有关。防治措施：利用含有机物较高的污水灌溉时，可采用清水、污水轮灌或混灌方法，减少有机物进入农田；要经常改善土壤氧化条件，如进行浅水灌溉，进行排水、翻耕、晒田。可以通过田间测定土壤中氧化还原电位，测定土壤有机质和硫化物的含量，并要选择清水灌溉田进行比较，作出鉴定。2、酸、碱类物质由于土壤有较强的缓冲能力，pH值在5.5?.5范围内的酸碱废水，不会对农作物产生不良影响。只有酸、碱性较高的废水或灌溉时间较长，才会对作物产生危害。酸性强的污水灌溉农田，土壤发生酸化，（1）使土壤中铝离子溶解度增加，浓度提高，对作物根系生长有毒害作用；（2）酸化土壤对磷的固定作用进一步加强，引起植物磷营养的

42、缺乏；（3）此外受到重金属污染的土壤若发生酸化，一些重金属溶解度提高，危害加重。用碱性废水灌溉农田，土壤发生碱化，会使土壤中植物生长所需的许多微量元素溶解度大大降低，导致作物发生营养缺乏症，特别容易产生缺锌症。此外土壤碱化，土壤中Ca含量往往会有所增加，也使有效态磷生成难溶性的 Ca(P)而减少。酸性污水污染土壤后，土表常呈红褐色。水稻受酸性污水危害后，片上出现褐色斑点，并自叶尖开始卷缩，根也会变为深红褐色。受碱性污水危害后，水稻地上植株生长受抑制，稻叶常呈浓绿色。因土壤碱化而起缺锌也可使作物生长发育停滞，叶片上出现赤枯状斑点。农田土壤和作物受到酸、碱废水危害后，可通过测定土壤pH值的变化来鉴

43、别。 3、盐 含盐量高的各种废水和海水对作物产生危害主要由于高浓度的盐分所造成，称为盐害。其中以氯化钠最为常见。 灌溉水中盐分含量较高，危害水稻时，主要表现是叶片枯萎，分蘖减少，严重时会使全部叶片失水干枯至死。以叶片枯萎而论，生育初期比后期易发生。以产量为标准，则生育后期易受影响。水稻发生可见危害的临界浓度，以土壤水分中氯离子浓度计算，返青期为500-700mg。分蘖期700-1000mgL。一般500mgL以下，不至引起危害。据调查，用含NaCl的废水灌溉，植物体内氯离子的含量会有明显增加，且根系中提高最为明显，因此受NaCl废水危害的植物可通过测定植物体氯离子的含量进行鉴定。4、酚类化合物

44、 酚类化合物对农作物的毒性并不很强(挥发性）。一般植物矮小，根系发黑，主根生长明显抑制，叶片狭小灰暗，产量下降。灌溉水含酚50mgL以上时，开始抑制水稻生长，100mgL以上，水稻、玉米、西瓜产量将会明显下降。5-20mg时，黄瓜、番茄、萝卜等蔬菜有异味，不符合卫生要求，废水含酚量高于lmg时，田间有异臭。5、氰化物 氰化物对人和动物有很强的毒性，而植物对氰化物有一定的同化能力，毒性相当弱.只有当灌溉水中氰化物的浓度达到50mgL以上时，才使水稻、小麦明显受害，产量下降。受害时，水稻植物变矮，分蘖减少，空秕率增加，千粒重下降。 禁止用含氰废水灌溉蔬菜和青饲料作物，以免危害人体和家畜。对水稻等粮

45、食作物在生长前期可用含氰废水灌溉，在生长后期就不能灌溉。6、氟化物 含氟废水对作物叶片的危害症状与含氟废气的危害症状相似。当灌溉水氟浓度在100mg以上时，对水稻根系生长有明显抑制，并且水稻边缘出现褐色条斑。玉米对灌溉水中氟毒害最敏感。当水中氟浓度达到lOmg以上时，玉米根系生长就会受到抑制。当水中氟浓度在6?mg时，玉米籽粒中氟含量有明显增多。通常在灌溉水中氟的浓度在5mg以上时，作物体内氟的积累量会明显提高，其中以根部提高最多，一般是：根叶茎果实或籽粒，以作物茎叶作饲料时，应注意氟的残留量过高，会毒害牛、羊等家畜动物。7、氮素过剩 化肥厂排放的废水常含有较多的氮。在氮不足情况下，灌溉含氮废

46、水会提高农作物产量。废水中氮过多，会引起水稻徒长、倒伏、贪青、晚熟，易发生病虫害，最终导致水稻产量降低。水稻一生吸收的氮素，其来源有三方面。水稻在不同生长期对这三方面氮的吸收量有很大的变化。(1)在分蘖初期：肥料氮土壤氮灌溉水氮。(2)在分蘖后期：土壤氮肥料氮灌溉水氮，在水稻分蘖期、灌溉水中的氮对水稻生长影响不大。(3)幼穗形成期以后，灌溉水氮土壤氮幼穗形成期后，水稻吸收的氮主要来源于灌溉水。而此时水稻生长所需的氮素已基本满足，若灌溉水含氮量高，水稻吸收过量的氮，反而会使水稻植株徒长，易倒伏，结实不良，产量降低。因此，在水稻生长后期，应避免用污水灌溉。8、石油类 油田、炼油厂排放的含油废水等各

47、种油类污染物进入农田，能引起土壤障碍和对作物产生直接危害。在水田，油分能渗入组织，使其呈半透明状态，体内水分代谢发生障碍，叶尖卷曲，数日后低位叶叶尖端变褐色，心叶黄白色，使植物枯萎。分蘖期间受害后，可影响稻米的品质，青色米、褐色米或畸形米增多。早期受害，易恢复。对米质影响不大。此外，由于水面被油膜覆盖及油混入到土壤中，影响氧气供给，地温上升，促进土壤的异常还原，造成水稻烂根。在插秧期、轻质油对水稻的受害临界量为每亩13.3，使水稻枯死的量每亩为26.6,水稻分蘖期枯死的临界量每亩为26.753.3。油在土壤中的分解速度，一般来说，一个月可分解50。三个月分解70一80。氧化条件较好情况下，油分

48、解快些，埋入土中则分解慢些。9.苯类物质 化工、炼焦和石油工业废水中含有，当灌溉水中浓度为200mg/L时，就会抑制水稻生长。主要对蔬菜影响大。污水中另一类对作物有较大危害的污染物是重金属，有关重金属对作物的危害将在“土壤污染”章节中予以介绍。二、水污染对农业危害调查鉴定1、观察受害作物的分布情况 当发现某一地块农作物生长不良或受害后，如果要判断作物受害的原因是否与水污染有关，首先要观察受害作物的分布情况。水污染引起作物受害的一般常见特征有：(1)只在污灌农田发现作物有受害现象。而在清灌区内无类似现象。 (2) 在同一田块，进水口附近作物受害最严重，而远离进水口的死角区相对轻些。另外，水污染源

49、较近的污灌农田作物受害程度一般要比远离水污染源的污灌农田严重些。2、观察作物受害症状将受害症状与各种已知水体污染物对作物的危害情况进行比较，从中初步确定作物受害可能是由哪类污染物造成的。由于大多数水体污染物对作物的毒害，没有十分典型的受害特征。从受害症状上要准确判断污染物的种类，往往有一定的难度。因此，观察作物的受害症状，只能作为帮助分析问题的一种辅助手段。3、污染源调查 这种调查首先要了解排放废水的工厂企业有哪些?工厂的生产情况、废水排放情况，工厂排放废水中有哪些对作物有毒害的污染物，这些有害污染物的排放量有多大。从中筛选最有可能造成作物受害的污染源和污染物，为下一步的采样监测工作提供参考依

50、据。4、采样分析(1)废水采样分析对用于灌溉农田的废水，进行采样分析。分析项目则 根据废水污染源调查情况而定，得出的废水水质分析结果可参照国家颁发的农田灌溉水质标准作出是否对作物生长有害的判断。(2)土壤、作物采样分析由于工厂排放的废水水质有时是经常变化的，瞬间性的，此时进行废水采样监测，得出的结果往往不能反映真实情况。如果水污染物具有一定的稳定性或能被土壤、作物吸收富集，则可对土壤或农作物进行采样分析.这项工作要尽快进行。否则时间延长后，使分析结果发生偏差。第五节：污水的农业利用污水农业利用主要是指用经过一定处理的工业、生活污水灌溉农田、牧场、林地和休闲地等。近年来，随着水资源的紧张，世界各

51、国都普遍采用污水农业灌溉的措施来开辟一条城市和工业污水的处置途径。我国也十分重视污水的农田灌溉，主要在北方缺水地区，污灌较为普遍。一、污水农业利用的可行性1、含有大量植物营养物质城市生活污水和部分工业废水含有许多氨、磷、钾和有机质等营养物质。还有部分植物生长必需的微量元素，如铜、锌、锰、钼等，可以促进作物生长，改良土壤，提高作物产量。可谓资源的综合利用。2、可作为农业用水的可靠水源我国水资源分布不均匀，尤其是在北方干旱、半干旱地区，农业用水不足问题很突出，而污水为这些地区提供了灌溉水源。实施污水农灌后，能改变农业生产结构和布局，如原以旱作为主的一季杂粮种植区，主要作物是玉米、高粱、大豆、谷子、

52、棉花等，引用污水灌溉后，改种水稻，可使粮食产量上升。3、土壤具有极大的自净能力（1）土壤是一个多相、多孔、高度分散的体系。土壤对许多污染物质具有很强的吸附固定能力。（2）土壤中还生长着数量惊人的各种微生物和一些藻类、原生动物，对污水中的有机物具有很强的分解能力。（3）作物根系对污水中某些成分也有一定的吸收。所以污染物浓度适当的污水进入农田，可以得到迅速的净化。4、农业利用是处置污水经济有效途径（1）我国大中城市人口密集、工业集中、生活污水和工业废水排放量大；（2）同时我国又是一个发展中国家，还比较贫穷。兴建污水处理厂来处理污水，由于投资、运行费用高，目前尚难全面实行。为此，先将污水作适度处理，

53、再进行农业利用，具有成本低，防治水污染成效好，并促进水资源循环利用等优点。是当前控制污染、合理利用污水资源，保护环境的一项经济而有效的途径。二、污灌对农业环境的不利影响1、作物生长不良，产量和品质下降污水中某些污染物，如汞、镉等有毒重金属对人和动物的毒害比对作物更强烈，在灌溉水中含量尚未达到危害作物水平时，却使农产品不符合食用或饲料卫生标准。这种情况，由于对农作物产量和外表品质无影响，不易发现。大米粘度下降，煮不烂；种植的蔬菜有异味，易腐烂，不耐贮藏。2、引起土壤污染各种重金属化合物是工业废水中常见的污染物，进入农田土壤中，一般很容易被累积在土壤表层，而且很难被降解迁移，污染土壤，最终危害作物

54、生长。污水中所含的无机盐类，如可溶性钠盐，随污水进入土壤后，会造成钙、镁等离子流失，钠离子积累过多，会引起土壤盐渍化，土壤理化性质恶化，不利于植物生长。3、引起地下水污染污水中的某些物质，主要是一些不易被土壤胶体吸附的离子，易随水迁移。如N、As、C1、酚、氟等，对浅层井水会造成污染。据调查、在污灌区，地下水中N的含量增加是一个较普遍的现象。三、合理污灌，保护农业环境1、控制污水源通常要求工业废水要经过一定程度的处理达到农灌水质标准后，才可作为灌溉用水。2、污水农用的合理布局农业用水是有季节性的，不能全年连续利用。而工业和城市污水一般是连续排放的，因此，污水农用在保证一定水质的基础上还应有合理

55、的布局，使废水的供给与农业利用相协调。根据作物的需水量和污水的供水量确定污水灌溉的农田面积。蔬菜作物一般比谷类作物残留有害物质多，蔬菜应慎用污水灌溉。而谷类作物是比较适应污水灌溉的。发展污水的林地、草地、花卉以及非食用性经济作物的灌溉。为调节废水的连续供给和农业用水季节性的矛盾，必要时可在农业区内建造调蓄污水库。3、加强监测管理要对污灌区的污水经常进行监测，并对污灌的土壤、作物和地下水的污染情况进行定期定点观察和研究。对作物毒性较大，易残留的污染物超过农灌水质标准时，应及时发出警报、立即停止灌溉。同时有关环保部门要责成排污单位采取措施，降低污染物的排放量。 4、因地制宜，制定合理的灌溉制度要根

56、据当地的作物、土壤、气候等各方面条件，适时、适量地进行污灌。（1）为控制污水的灌溉量，可采用清水、污水轮灌或清、污水混灌等办法。（2）对棉花、麻类等非食用性作物，对水质要求不高，可经常用污水灌溉；（3）当作物现蕾开花和成熟期间不灌污水 （4）对瓜果类、块根、块茎类作物，对水质要求较高，少灌或不灌。（5）蔬菜类在后期不宜用污水灌溉，否则会增加烂叶，以及微生物和寄生虫的污染。(6)未经处理的放射性污染和带传染病菌的污水不宜灌。(7)城市水源的上游，集中式生活饮用水水源的卫生防护地带内的农田不宜灌。第六节 水污染的防治一、污水处理方法1.物理法（1）筛滤截留法 格栅、筛网、滤机（转动筛网）、砂滤。（2）重力分离法 沉淀