富營養化水體

水體中氮、磷營養物質的富集，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧下降，引起水質污染，這樣的水體稱為富營養化水體。

基本介紹

• 中文名：富營養化水體
• 外文名：eutrophic water body
• 成因：氮、磷營養物質的富集

主要特徵

（1）水體中的氮、磷濃度高，負荷量大；

（2）多數水體生產力異常高；

（3）生物群落結構發生改變。

成因

富營養化水體中含有的氮、磷等可供藻類利用的營養物質較多，而氮、磷等營養物質來源較為複雜，既有內源又有外源，既有點源又有非點源。對國內外不同區域水體的考察表明：不論營養物質來源於何處，水體富營養化的形成是受多種因素影響的，這其中既有自然因素的作用，也有人為因素的作用。

（1）水土流失和農業施肥

不同地形集水區和不同肥力土壤輸出的氮、磷量不同, 水土流失提高了水體中營養物質的量。而且, 營養物質從土壤中流失量與施肥量有密切的關係。為提高農產品的產量, 人們常施用較多的氮肥和磷肥, 它們極易在降雨或灌溉時發生流失。氮磷營養物可隨地表徑流進入地面水體中或下滲, 通過土壤進行橫向運動, 然後排入地表水體中, 這是導致地表水富營養化的主要原因。

（2）畜牧業、漁業

在一些畜牧業發達的地區,畜牧排泄會產生大量營養物質進入土壤; 圈養家禽、家畜也會產生大量富含營養物和細菌的排泄物。這些排泄物極易隨地表徑流、亞表面流流入江河、湖泊而污染水體。

（3）生活污水與污水灌溉

近些年, 由於工業的不斷發展和人們生活水平的提高, 工業廢水和生活污水的大量排放成為主要的營養物質來源之一。如一些含磷的洗滌劑的套用, 食品廠、化工廠、毛皮工業等都會帶來大量的營養物質。
（4）城鎮與礦區地表徑流

城鎮路面大部分是不透水地面, 由人類生活垃圾、生活污水及某些工業廢水所攜帶的氮磷營養物易隨地表徑流進入地表水中。美國環保局把城市地表徑流列為導致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。在磷礦區, 人類活動破壞了原來的土壤結構和植被面貌, 使土壤表層裸露, 在降雨條件下, 散落在礦區的礦渣、泥沙、磷酸鹽等污染物隨地表徑流進入湖泊、水庫、江河、海灣, 從而導致水體污染。
（5）大氣沉降

大氣沉降不僅是懸浮顆粒物、有害氣體的來源之一, 也是氮的來源之一。燃料燃燒時,氮元素以氮氧化物的形式進入空氣, 隨雨雪降落在土壤或水體表面, 污染地表水源。隨著大氣污染日益嚴重, 大氣沉降也成為重要的水域富營養化原因之一。

評價方法

水體富營養化評價是對水體富營養化發展過程中某一階段營養狀況的定量描述袁其主要目的是通過對具有水體富營養化代表性指標的調查袁判斷該水體的營養狀態袁了解其富營養化進程及預測其發展趨勢袁為水體水質管理及富營養化防治提供科學依據。

特徵法

特徵法是根據湖泊富營養化的生態環境因子特徵來評價湖泊營養狀況的方法。

參數法

在富營養化湖泊的水生態系統中袁各種生物與非生物因子處於十分複雜堯相互作用的網路中。一般採用水體中營養物質氮、磷的濃度淵（即總氮、總磷指標）冤，水體透明度，藻類的種類、數量、指示種、優勢種、葉綠素 a，生物多樣性指數及水質綜合污染指數等生物和生態學指標對湖泊堯水庫生態環境質量進行評價，以判斷水體是否處於富營養狀態。

生物指標參數法

（1）藻類污染指示種及綜合指數

在水體富營養化的評價中，氮、磷濃度，藻類現存量和種類多樣性指數均是重要的評價指標。作為富營養指示種的藍藻和綠球藻大量存在，可以表明水體水質營養水平很高。

（2）多樣性指數 生物多樣性是指一定空間範圍內多樣性有機體淵 動物堯植物堯微生物冤有規律地結合在一起的總稱。它是對自然界生態平衡基本規律簡明的科學概括，也是衡量生產發展是否符合客觀規律的主要尺度遙 一個湖泊本身是一個完整的生態系統，它是由浮游植物、浮遊動物、底棲動物、水生昆蟲、底生藻類、水生維管束植物、腐屑和細菌以及攝食各種生物的多種魚類構成。

（3）指示生物法 把浮游植物作為評價水質污染的指示

生物是由於藻類種群與水環境間存在天然的生態平衡和保持相對穩定性的關係遙一旦水質污染使環境因子發生改變，將直接影響原有生物種群的平衡，改變種群的組成和數量。因此袁可用生物的指示種群來劃分水質的污染級別和表示其污染程度，還可以用輪蟲的種類來判定水體的水質狀況以確定污染等級。

（4）營養狀況指數法

TSI 指數：卡森是以透明度為基礎袁 分為 0~100 的連續值，作為評價湖泊營養狀況的分級標準。

營養度指數法：AHP-PCA 法，通過分析國內外現有湖泊營養化評價模式袁進行了反覆的理論探索和實踐驗證，將層次分析法AHP和主成分分析法PCA相結合，提出湖泊富營養化狀態綜合評價方法，即層次分析-主成分分析營養度指數法。

（5）數學評價法

富營養化模糊評價模式：現有的模糊評價模式較多，如方正使用的模糊綜合評判法、多級模糊模式識別方法等。

人工神經網路評價方法：人工神經網路理論是目前最活躍的前沿學科之一，尤其適合於處理非線性系統。它力圖模擬人腦的一些基本特徵，可進行並行計算，分散式信息存儲，具有很強的自適應性，自組織性，特別是能處理任意類數據，這是其他傳統方法所無法比擬的遙國內，人工神經網路技術雖已在湖庫的富營養化評價方面獲得了套用。

（6）指標測定法

光合作用強度與呼吸作用強度的比值：這裡所說的光合作用指水中藻類原生質的合成作用，呼吸作用主要是指藻類為動物性浮游生物和魚所捕食，以及藻類和有機底物為微生物所降解的呼吸作用的總和。

藻類生產潛在能力的測定：該法測定時在水樣中接種特定藻類，然後置於一定照度和溫度條件下培養，使藻類生長達到穩定期，最後用測定藻類細胞數或乾重的方法，來決定藻類在某種水體中的增殖量（algal growth protential，AGP）。

光合作用產氧能力的測定：該法測定的是水樣在自然光照條件下由於藻類光合作用而增加的氧量。

危害

富營養化水體不僅影響水體的使用功能，而且危害人類健康，通常被認為是劣質水體。它對環境的影響主要體現在：

（1）富營養化水體中過度繁殖的藻類使水產生霉味和臭味，降低了水的質量。

（2）富營養化水體中大量生長繁殖的藍、綠藻在水體表面形成一層綠色浮渣，使水質變得渾濁，透明度明顯降低。

（3）表層密集的藻類使陽光難以透射進入湖泊深層，深層水體的光合作用減弱使溶解氧的來源隨之減少。同時，藻類死亡後的腐化分解，加速了水體中溶解氧的消耗速度，水體缺氧成為必然。

（4）富營養化水體中許多藻類能夠分泌、釋放有毒有害物質，使水的品質下降。

（5）富營養化水體的正常生態平衡被擾亂，生物種群量出現劇烈波動，導致水生生物的穩定性和多樣性降低，破壞了水體生態平衡。

（6）富營養化水體中過量的藻類會堵塞濾池，同時由於藻類的新陳代謝以及水藻本身產生的有毒有害物質增加了水處理的技術難度，加大了制水費用。

治理方法

水體富營養化治理已成為當今世界性難題. 20 世紀60年代以來各國先後對其進行了大量研究,並提出了相應的對策、措施,歸納起來主要包括; (1) 改善大環境減少輸入水體的外源性污染物; (2) 轉移污水排放和稀釋擴散; (3) 調控較清潔水沖洗; (4) 挖泥等水利工程措施; (5) 化學措施; (6) 生物措施; (7) 局部人工生態系統工程等。水體富營養化防治以前乃至目前仍以“Vollenweider 方法”,即單純從控制外源污染、減少外源養分負荷為主. 20 世紀80 年代以來,人們在治理水體富營養化時發現,當顯著減少外源養分負荷以後,水質並未得到明顯改善,水體中N、P 濃度特別是P 濃度並未降低, 原因在於沉積物已成為水體N、P 的重要來源,即所謂“內源負荷”生態恢復成為水環境治理的最佳途徑. 在有效地控制外源污染的同時,通過調控水生生態系統結構,恢復自然、健康和穩定的水生生態系統功能,增強對外界干擾的緩衝能力,使水生生態系統處於良性和可持續循環當中. 因此,系統內部調控尤其是提高水體自身的生物淨化作用才是解決水體富營養化的長久之計。

物理方法

(1)污水分流。湖泊富營養化的一個重要原因就是外源污染。工、農業生產的污水直接排放到湖泊是造成湖泊水體營養鹽含量增加的主要原因。通過對排放管道的改造，將污水的排放引至別處，是防治湖泊富營養化重要的、有效的措施。

(2)換水/稀釋。湖泊內營養鹽含量過多，通過換水/稀釋可以直接將湖泊水體內的營養鹽濃度降低，同時可以排除掉大量的營養鹽。

(3)深層排水。湖泊底層營養物含量高，一般而言，底層水的營養鹽濃度高於表層水，當水流轉時，底層湖水進入上層，引起表層湖水營養物含量的增加。

(4)曝氣/混合。採用機械攪拌、壓縮空氣、水泵、噴射泵等方法進行曝氣和促進水的流動，可以防止底泥釋放磷，改善氧氣狀況，加強礦化作用，降低浮游植物光合作用等效果。

(5)挖泥。富營養化湖泊中的底部沉積物常是一個營養庫，在一定條件下可不斷釋放磷，這稱為內部負荷。當外部負荷減少後，內部負荷可補償，使富營養化現象繼續存在。挖泥可以直接去除底泥中的營養鹽含量，減輕內部負荷對湖泊的影響。

(6)機械收草藻。利用機械收割裝置直接收穫水草和藻戔可以直接改善湖泊的表層生態環境，同時，水草和藻類本身就會吸收大量的營養鹽，通過對它們的收穫也可以從湖泊中去除營養鹽。

化學方法

(1)深水曝氣技術。營養鹽類的大量注入，致使藻類及浮游生物異常繁殖，水體溶解氧急速下降，在水與底泥的交界面甚至出現厭氧現象。在深水進行人工曝氣，可以在不改變水體分層的狀態下提高溶解氧濃度；其次還可以降低氨氮、鐵、錳等離子性物質的濃度,可有效改善厭氧狀況。

(2)營養物鈍化。利用鋁鹽與無機和顆粒磷產生沉澱，可以減少水體中磷的含量，鐵鹽(氯鹽或鋁鹽)、硫酸鋁鐵、泥土顆粒和石灰泥都有類似的功能，鈣鹽也是相當有效的營養物鈍化劑。

生物淨化方法

自然水體有淨化(自淨) 作用. 在太陽能的作用下,通過生化過程、生命過程、礦化分解過程、沉降過程將水中懸移質、溶解質轉化為生物資源、氣體和底泥等物質,使水體得到淨化。藻類和水生高等植物的生物過程能夠利用太陽能將水溶解物質富集濃縮,轉化為生物量,消耗大量太陽能,提高能質。

(1)水生植物修復技術。利用適合相應湖體環境的水生植物及其共生的微環境，來去除水體中的污染物質。水生植物在其生長期間可有效吸收與富集水中和底質中的營養鹽，起著“營養泵”和“營養庫”的作用。合理構建並維持水生植物的生物量，可轉移出氮、磷等營養鹽，各類漂浮植物、浮葉植物、挺水植物和沉水植物等水生植被的恢復和重建可有效分配水體營養鹽，避免單一優勢種的過度滋生，保持水體淨化能力。

(2)水生動物修復技術在湖泊水庫生態系統中，水體中的藻類除受營養物質的控制外，作為食物鏈中的一環，也受到浮遊動物和魚類的控制。因此，可以通過調控食物鏈的環節來達到改善湖泊水庫水質的目的。

(3)生物膜技術。利用比表面積較大的天然材料或人工介質為載體，利用其表面形成的粘液狀生物膜，對污染水體進行淨化。載體上富集的大量微生物能有效攔截、吸附、降解污染物質。

(4)生物柵修復技術。將生物膜修復技術與植物或動物修復技術結合可以發揮各自的優勢,提高對水體的修復效果。南京大學任洪強等人在2005年申請的“生物柵淨化河道溝渠水體的方法”專利技術中使用了在河道內安裝組合填料的方法。生物柵是將生物膜技術與水生植物加以結合用以擴大生物附著表面積的一種新穎污染淨化技術 ,在曝氣的條 件下,微生物生存的基礎環境由原來的氣、液兩相轉變成氣、液、固三相,這種轉變為微生物創造了更豐富的存在形式,形成更為複雜的複合式生態系統。污染水體流經時,懸浮物被填料和根系阻擋截留,有機質通過植物、生物膜的吸附及同化、異化作用而除去。