浅析近岸海域富营养化与赤潮

2010年第5期TIANJIN SCIENCE&TECHNOL OGY

水体富营养化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。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。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。

在我国，许多海湾呈现富营养化状态。如大连湾、杭州湾、胶州湾等。2001年国家海洋局组织沿海省自治区、直辖市全面实施了全国海洋环境调查。结果表明，我国大部分海域的主要污染物是无机氮、无机磷和石油类，污染区域主要分布在长江口至杭州湾、珠江口、辽河口、鸭绿江口等近岸海域。2001年5月长江口发生大面积赤潮。到2001年，东海区已记录赤潮事件208次。据不完全统计，1972—1998年我国有记载的赤潮达360次，且赤潮发生频率明显增加，发生规模和危害程度也日益加剧。[1]

1导致富营养化的原因

在地表淡水系统中，磷酸盐通常是植物生长的限制因素，而在海水系统中往往是氨氮和硝酸盐限制植物的生长以及总的生产量。导致富营养化的物质，往往是这些水系统中含量有限的营养物质，例如，在正常的淡水系统中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸盐会导致植物的过度生长，而在海水系统中磷是不缺的，而氮含量却是有限的，因而含氮污染物加入就会消除这一限制因素，出现植物的过度生长。生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。天然水体接纳这些废水后，水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加，而其他藻类的种类则逐渐减少。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变为以蓝藻为主。藻类繁殖迅速，生长周期短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把大量的氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态。

关于水体富营养化问题的成因有不同的见解。多数学者认为氮、磷等营养物质浓度升高，是藻类大量繁殖的原因，其中又以磷为关键因素。影响藻类生长的物理、化学和生物因素（如阳光、营养盐类、季节变化、水温、pH值以及生物本身的相互关系）是极为复杂的。因此，很难预测藻类生长的趋势，也难以定出表示富营养化的指标。目前一般采用的指标是：水体中氮含量超过0.2～0.3mg/L，生化需氧量大于10mg/L，磷含量大于0.01～0.02mg/L，pH值为7～9的淡水中细菌总数每毫升超过10万个，表征藻类数量的叶绿素-a含量大于10μmg/L。

1.1陆源径流输入

陆源径流输入包括地表径流输入和地下水输入。河口地区往往是经济发达、人口稠密的地区，大量工农业废水和城市生活污水排入海湾、河口和沿岸海域。其中富含氮、磷的有机质进入水体后，绝大部分在海洋微生物作用下，发生降解，形成各种无机盐类，成为海水中营养盐的主要来源。

1.2大气沉降输入

大气输入是沿岸海域物质的一种重要来源。一部分通过陆地径流（地表和地下）间接带入海洋，另一部分是直接降入沿岸近海水域。磷的大气输入与氮相比相对较小，因此国内外学者对大气输入的讨论大都集中在氮上。

1.3海水养殖废水排放

养殖活动自身产生的有机物如残饵和养殖生物的排泄物，也会影响周边海水环境质量。

1.4水流状态限制

在大部分受磷、氮污染严重的封闭或半封闭海湾，水交换能力弱，水的滞留时间长。[1]

2水体富营养化的控制因子

水体富营养化是一个极其复杂的生态过程，据目前各国研究的结果证明，影响水体富营养化的因子众多，如：营养性物质氮、磷、碳等，以及湖泊、水库的形态特征、地理位置及气象气候

崔凯杰郝洋（天津市滨海新区塘沽环境保护监测站天津300450）

王千（天津市滨海新区塘沽环境保护局天津300450）

浅析近岸海域富营养化与赤潮

【摘要】水体富营养化是全球普遍存在的问题。随着工业化程度的提高、城市化进程的加快和世界人口的不断增

加，人类活动越来越频繁和深刻地影响着海洋环境。其中，近海水域富营养化已经成为沿海国家的一个重要的水环

境问题。阐述了富营养化的成因、控制因子、评价；对赤潮的危害和防治措施进行了论述，并提出防治建议。

【关键词】近岸海域富营养化赤潮危害防治

收稿日期：2010-09-06

环保前线47

2010年第5期TIANJIN SCIENCE&TECHNOL OGY

等。所谓富营养化实质上是指水体初级生产力异常增大的现象。支配这种初级生产力的营养性物质，很显然是富营养化的极为重要的指标，也是主要控制因子。在适宜的光照、温度、pH和充足营养物的条件下天然水体中藻类通过光合作用合成自身的原生质，其基本反应式为：

106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H++能量+微量元素C104H263N16P+138O2

由上式可以看出，在藻类繁殖所需的各种成分中，碳、氮、磷是比较重要的营养元素。在众多营养性物质当中，并非都是藻类生产力的指标和主要控制因子。根据Odum提出的L iebig最少率，限制藻类生产量的物质是碳、氮及磷，三者缺一不可。CO2是由空气供给的，故水体中氮、磷含量及其比值是决定藻类生长的关键。根据计算，每1g氮可增值10.8g藻类，每1g磷可增值78g藻类。因此，水体中氮、磷含量直接决定了藻类的繁殖速率，进而影响了水体富营养化进程，故氮、磷营养盐对藻类和水生植物的生长起制约作用，是水体富营养化的主要控制因子。[2]

3对富营养化的评价

3.1富营养化是一个缓慢的过程

由于地球表面的物质系统总是处于不断的运动变化过程中，所经历的反应和过程极其复杂，形成了相对稳定的动态平衡，特别是系统的反馈调节会在一定程度上消减某个或多个因素的变化对系统产生的影响。所以，在自然演化过程中，地球物质系统在短时间内发生巨变的几率是极低的，只有像冰川等那样的大运动才会有此能力。我们可以认为，地球处于一个相对稳定的状态。所以，水体富营养化实际上是一个漫长的发展过程，今天显现出来的问题，只不过是地球水环境在100年、200年或更长时间内量变的结果。

3.2富营养化是难以逆转的过程

从理论上分析，既然富营养化是一个缓慢的过程，也必然是难以逆转的过程。地球水圈、岩石圈和生物圈巨大的营养盐库容量和缓冲能力，既能阻滞营养盐浓度的迅速提高，也会阻滞营养盐的迅速降低，人类很难通过短期的、局部的工程来显著降低营养盐的浓度。从实践结果看，自从人类意识到富营养化问题后，就一直在探讨逆转富营养化的方法和途径，但到目前为止，其实际结果是令人失望的，以至于人们对这些营养盐的来源感到十分的疑惑不解，于是，底泥-水体界面和水体-大气界面上的物质转运又成为当今水科学研究的热点。

3.3富营养化是全人类面临的难题

由于存在地球范围的物质循环，特别是水圈和大气圈内高效率的物质循环，使得水体富营养化问题从一开始就是全球化的问题。地球人一定要对此有清醒的认识，并采取切实可行的措施缓解甚至逆转这种变化。[3]

4赤潮危害

赤潮对海洋环境的破坏，对水产养殖业的危害，只是人们从经济角度感受到的赤潮对海洋生物产生危害的一个方面，水产养殖的鱼、贝、虾、蟹只是海洋生态系统中的一部分。事实上，每次赤潮的发生，毫无疑问都会程度不同地破坏海洋环境，赤潮对海洋环境的破坏主要表现在以下几个方面。

4.1影响水体的酸碱度和光照度

大部分赤潮是由藻类的暴发性增殖或聚集形成，大量的藻类在光合作用过程中，势必消耗水体中大量的CO2，水体中的酸碱度随之发生较大的变化。一般而言，海水中的pH值通常在8.0～8.2之间，而赤潮时的pH值可达8.5以上，有的pH 值甚至可达9.3，水体酸碱度的变化，必然会影响生活在该水体中各类海洋生物的生理活动，导致生物种群结构的改变。同样的，赤潮区的水面由于漂浮着厚厚一层的赤潮生物，阻挡了阳光到达水体的深度，降低了水体的透明度，导致生长于水体深层的草、造礁珊瑚及生活于水草中的海洋动物大量死亡，底层生物量锐减。

4.2竞争性消耗水体中的营养物质，并分泌一些抑制其他生物生长的物质

如此，造成水体中生物量增加，但种类数量减少。现场调查发现，赤潮期尽管水体生物量很高，但种类少，每次赤潮通常仅为一至两种生物引起，水体中其他种类生物数量很低，这主要是生物间营养竞争及种类间相互排斥的结果。

4.3许多赤潮生物含有毒素

该毒素可使海洋动物生理失调或死亡，许多海鸟、海狮、海鲸均可因赤潮生物毒素的积累和食物链传递作用而中毒死亡或生长繁殖受到影响。

4.4部分以胶着状群体生活的赤潮藻，可使海洋动物呼吸和滤食活动受损

如此，导致大量的海洋动物机械性窒息死亡。

4.5处在消失期的赤潮大量死亡分解，水体中溶解氧大量被消耗

同时在缺氧条件下，分解的赤潮生物产生大量有害气体，在这种情况下，海洋生态系统有可能受到严重危害。[4，5]

5赤潮防范措施及建议

5.1进一步调查研究赤潮生成的主要原因

5.1.1分清赤潮发生的类型按照赤潮发生的区域分为外来型和原发型，并根据赤潮发生的生物学特征分为单相型、双相型和复合型。

5.1.2根据赤潮类型分别进行成因分析目前国际上对赤潮的生成通常认为有3方面的因素：一是物理因素，即气象和水动力条件、水温、透明度、水色、照度、辐射量、潮汐等；二是化学因素，包括化学需氧量、氮、磷、硅、铁、锰、pH值、盐度等；三是生物因素，主要是赤潮生物和浮游植物的种类和特性。上述3方面的因素相辅相成，互相制约。

5.2加强赤潮的防治工作

防治赤潮污染，最根本的是要从减少藻类繁殖所需的营养物质入手，加大氮、磷污染的防治力度。

5.2.1加强畜禽养殖业和农村种植业等面源污染治理，控制和减少含氮污染物的排放总量和入海量，从而削减赤潮生成所需的氮源，降低赤潮的发生率和危害程度。

5.2.2为尽快提高生活污水处理率，切实解决城市生活污水

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