关于水体富营养化与水华治理的文献综述

关于水体富营养化与水华治理的文献综述

引言

近年来，我国水华频频暴发，2007年5月太湖暴发了有史以来规模最大的蓝藻水华事件，引起国内外的极度关注，也敲响了饮用水安全的警钟。水体富营养化与水华是全球普遍现象,近几十年来，在全球变暖与人类活动干扰下，流域氮、磷营养盐排放负荷日益增加，河流湖库水体趋于富营养化，在合适的气象水文条件下极容易产生水华。水华时某些藻类暴发性繁殖，致使水质恶化、缺氧、产生腥臭等异味物质，甚至产生藻毒素并通过食物链对人畜和水生生物造成毒害，继而破坏河流生态的稳定性，会严重影响城市供水和饮用水安全，因此，本综述总结了国内外学者对目前水体富营养化研究的发展历程，研究现状，研究方法的分析，提出已解决及尚待解决的问题，总结水华过程和机理，找出规律和发展趋势，提出正确且有效的预防和管理措施，为以后的学者解决富营养化与水华问题提供积极的帮助。

正文

早在20世纪初期，水体富营养化就开始引起了国内外部分生态学家，湖泊学家的注意并开始进行了对其成因的初步探讨，在上世纪60年代末,随着全球出现的海洋和淡水水体富营养化问题的不断加剧,联合国环境规划署(UNEP) 、世界卫生组织(WHO) 、国际经济合作与开发组织(OECD) 等众多国际组织以及世界各国都相继开始了富营养化形成机理及其防治对策的研究,并且进行了大量的试验、实践与探索。

早期的富营养化研究主要是探讨水体中营养盐负荷与浮游藻类生产力的相互作用和关系,这也是揭示湖泊富营养化形成机理的主要途径，尽管对于不同的水域,由于区域地理特性、自然气候条件、水生生态系统和污染物特性等诸多差异,会出现不同的富营养化表现症状,但是,从历年发生水华的共同现象来看，影响水体富营养化发生的主要因素基本是一致的,即温度、营养盐和水流流态这三个因素。温度对于水华藻类的生长影响有两方面的研究，即高温和低温胁迫，

高温的研究是高温胁迫并且同时予以高光照，结果表明，温度升高会对藻类生长有促进作用，但高温会对藻类生长的促进作用减弱，这可能是由于高温对于藻类光能利用具有阻抑作用有关。同时，低温的研究表明低温对于藻类生长具有一定耐受力，且温度和光照对藻类共同产生影响，研究还表明，在实验范围内随温度升高藻类生长活性随之提高，这在一定程度上也验证了前人的研究结果。由于温度要素是大自然气候形成的自然结果,以上研究也仅限于实验室研究阶段，目前尚无力通过人工措施调节局部水域的气候条件,所以目前关于温度影响的研究相对较少。关于温度的调节，有如下的思考，能不能找出某种便捷，廉价的物理或者生化方法，可以阻抑藻类生长同时不影响水体的生态平衡呢，这种物理或者生化作用在实验室阶段的研究也有，只是存在一些花费代价巨大，或者造成破坏性更大等等的缺点而不能应用于现实。

关于营养盐的研究主要集中在比较容易引起水华的TP，TN的研究上，也有对水体酸碱度，不同金属离子浓度，不同N、P比例等外源性营养盐进行的研究，可以看出，后面这几种也都可以在一定程度上看做是对于水体营养盐的研究，在谢兵的《翻阅巢湖的历史-蓝藻、富营养化及地质演化》一书中，作者从众多湖泊与巢湖的水文特征，形态度量，TN、TP水平及湖泊表层沉积物中TN、TP水平的比较中分析了巢湖的富营养化原因，虽然没有得出绝对的结论说明直接导致富营养化的成因，但是表明了富营养化与以上这些因素存在着较大的联系，也有研究表明,碱度增加对蛋白核小球藻光合活性呈促进一抑制一促进效应，说明碱度增加会促进蛋白核小球藻光合活性,促进光合产物的积累与分泌，暗示胞外多糖的分泌可能是细胞适应高碱度的一种自我保护机制，而高雷等（2009）人利用浮游植物荧光仪（phyto-PAM）研究了不同Cu2+浓度不同时间（12、24、36 和48 h）处理后，斜生栅藻生长及叶绿素荧光特性等的变化，测定的主要参数有：PSⅡ最大光能转化效率（Fv/Fm），PSⅡ实际光能转化效率（ΦPSⅡ=Yield），PSⅡ潜在活性（Fv/Fo），最大相对电子传递效率（rETRmax，即Pm），光能利用效率（α）和细胞密度（A650nm值），叶绿素a、叶绿素b 及胡萝卜素含量，结果表明：高浓度Cu2+处理（20~100 μmol·L-1）下，Fv/Fm、Yield、Fv/Fo、rETR、α以及细胞密度等参数随着胁迫时间延长，数值下降幅度显著，叶绿素a、叶绿素b 和

类胡萝卜素含量也明显下降，低浓度Cu2+ 处理（0~10 μmol·L-1）时上述参数变化不显著，高浓度Cu2+（40~100 μmol·L-1）处理对斜生栅藻有显著的胁迫抑制作用，低浓度Cu2+ 处理（0~10 μmol·L-1）对其影响不明显，该研究说明不同金属离子浓度对藻类的光合作用活性具有极大影响，该方面的研究的不足之处是只做了一种金属离子即二价铜离子一种藻类的研究，可以改善的地方是可以做更多种关于光合作用所必须的金属离子（比如钠、钾、镁离子等等）和更多种藻类型的研究。

不同N，P比例下附着藻类和浮游藻类的生长变化也有不同，研究表明，在是否有沉水植物存在的两种情况下，不同N，P比例对于两类藻类的生长影响呈现相反的结果，说明附着藻类和浮游藻类的光合活性不仅与营养盐的多寡有关，还与是否存在沉水植物有关，并且，不同藻种类型所需要的营养盐比例不一定是一致的。该实验对于藻类水华发生后，找出最适去除藻类的方法提供了借鉴意义。目前，随着对营养盐循环机理认识的不断加深,发展了一些消除内源性营养盐影响的治理措施,如底泥疏浚,水生植被恢复等等,但从目前国内外的治理效果来看并不十分理想,还存在不少问题需要深入研究。例如,是否需要清淤? 底泥疏浚的深度如何控制,达到多深的情况下,新暴露的沉积物不会再成为内源营养盐的释放源? 是什么原因导致湖泊从草型向藻型转化,这是采用水生植被恢复的关键问题等等，这些问题目前还没有完全明了,可以说上述那些治理措施仍处于试验阶段。

由于近年来营养盐控制进程缓慢,大部分都停留在实验室阶段，对于真正有效治理水体富营养化成效不大,也有不少学者提出了关于影响富营养化的水流流态的研究。这也成了未来治理富营养化的新方向和新热点。比如在我国由于三峡大坝的修建,长江从天然河道变成了季调型水库,库区水流流态结构发生巨大改变,是否会诱发库区的富营养化呢? 这也引起了广大研究人员对富营养化发生的临界流态的关注,如果通过大量机理研究,能够找出在不同营养盐水平条件下,富营养化发生的临界流态判别条件,将为三峡水库或其他水域的水流调度和富营养化防治研究提供关键性的科学依据。目前调整水库流态在富营养化治理中也有一定的应用,例如比较著名的“引江济太”工程。