湖泊富营养发生机制及评价方法

第我四国第章主一要湖章湖泊湖泊水泊富环富营境营养养修化化复发的技生状术机态制及评价方法
10
4.50
总 氮 浓 度
0.765
重富营养区
•南•墨太水子湖湖 草海．
•荔湾湖
•柴窝堡湖 •磁湖
•流花湖 •麓湖•东山•滇湖池 •玄武湖
富营养区
中营养区
•白洋淀•乌••梁淀固••素巢•东山城太•南海湖湖湖湖•湖西•四岱湖湖海••鄱•瘦洪阳西泽湖呼．湖湖•伦邛•湖南海•长•宁甘春南棠南湖湖湖•蘑菇湖
全年有44个湖泊呈富营养状态，占评价湖泊总数的52.4％；40 个湖泊为中营养，总数的47.6％，其中面积大于1000km2的湖泊 以中营养为主，太湖、滇池、巢湖均呈富营养状态。在评价的 633座代表性水库中，贫营养水库3座，占评价水库总数的比例 不足1％，中营养水库391座， 占评价水库总数的 61.7％，富 营养水库239座，占评价水库总数的37.8％。
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
1 我国湖泊富营养化现状 2 湖泊富营养化发生机制 3 湖泊富营养化评价方法 4 内源性污染物对富营养化的影响
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
1
我国湖泊富营养化现状
2
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
我国武汉东湖氮磷比是12：1 杭州西湖是22：1 滇池内湖为10：1 滇池外湖为14：1 均处于藻类生长速率最快的范围。
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
水体富营养化——温度的影响
浮游植物的生长除了受总磷、总氮影响外,温度也是另一个非 常重要的影响因素。浮游植物在一年四季中发生有规律的变 化,一般以6~9月份比较高,而以12~1月份较低。这主要是受气 温变化的影响，这也是在夏秋季节湖泊蓝藻大量爆发的原因 之一。
62.5
12.5
25
25
12.5
12
12
12.5
2005
2006
2007
Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 劣Ⅴ类
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
巢湖环湖河流水质年际变化
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
50
16.7 33.3 2003
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
2
湖泊富营养化 发生机制
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
湖泊富营养化
➢ 营养状态是水体对营养盐的响应。富营养化是指氮、磷等 营养物质大量进入封闭性、半封闭性水体，或某些滞留 （流速<1m/min）河流水体中，导致水体初级生产力异常 增殖，致使水体透明度下降，溶解氧降低，水生生物随之 大批死亡，水味变得腥臭难闻。
途径二：藻类的繁殖抑制大型水生植物，呈现水质恶劣的“藻 型浊水状态”。
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
湖泊富营养化过程
1 健康阶段
大量营养盐输入
2 营养增加阶段
3 生产力上升阶段 4 沉水植物消亡阶段 5 藻华严重发生阶段
水化学平衡变化
✓ pH值升高 ✓ DO降低 ✓ CO2降低
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
磷引发的湖泊的富营养化主要由于磷元素具有较高“杠杆 作用”,在很多情况下是作为浮游植物的最主要限制性营养 元素而存在。根据Redfield的假设,一个典型藻类的分子式 应为(CH2O106NH3PO4),也就是说,临界的氮磷比按重量计应 为7.2:1。实际中,由于湖泊中蓝藻等生长所需要的氮、磷均 需为可溶性的，因此一般认为当氮磷比超过10时,磷就为藻 类生长的限制因子，由于许多蓝藻具有从大气中固氮的能 力，因此在缺氮时蓝藻会比其它藻类生长的更繁荣。
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
水体富营养化——营养盐负荷及其湖泊富营养化响应
湖泊中氮负荷与浮游植物初级生产力呈显著正相关
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
水体富营养化——营养盐负荷及其湖泊富营养化响应
当湖泊水体总氮和总磷浓度比值在(10：1)～(25：1)的范围 时，藻类生长和氮、磷浓度呈线性关系。
富营养 27 ％
70 年代后期
贫营养 4 ％
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法 USEPA, 2000 Lake Stressors
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
2007年重点湖库营养状态指数
8
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生态系统失调
✓ 藻类异常增殖 ✓ 初级生产力失衡 ✓ 生态系统结构破坏
6 黑臭阶段
湖泊生态系统功能丧失
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水化学平衡变化
➢ 湖水pH上升。pH上升有利于水华藻类的生长，而大量藻类 的异常增殖又进一步提高湖水的pH值，进而为水华藻类入 微囊藻的大量增殖提供了适宜的生长环境。
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
水体富营养化——营养盐负荷及其湖泊富营养化响应
总磷与藻类的代表性指标叶绿素之间具有明 显的相关关系。湖泊中总磷与chla的相关性 比总氮与chla的相关性要好。在所有调查的 湖泊中,接近80%的湖泊属于磷控制型,20%的 湖泊属于氮控制型湖泊。
25 43
50
25 8
33
42
41.7
8
8
8
8.3
2005
2006
2007
Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 劣Ⅴ类
第四第章一湖太章泊湖湖水蓝泊环藻富境水营养修华化复发发技生生术面机积制的及变评化价方法
1950’s
1970’s
1980
1987
1994
2000
2006
随营养盐浓度的增加，太湖水体中蓝藻水华发生的频率、程度、 面积也呈逐渐增加的趋势。
富营养湖泊中初级生产力失衡与异常增殖
营养盐限制
光限制
几千万个／L
挺水植物
底栖固
相
对
着藻类
初 级
几十万个／L
生
产
浮游植物
力
沉水植物
营养盐增加
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
浮游动植物群落波动规律
小型浮游动物 大型浮游动物
PEG-模型的分析
浮游植物
生 物 量
清水期
Biblioteka Baidu
浮游动物 小型化
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
➢ 长江中下游湖泊富营养化特点
（1）富营养化发展范围扩大，程度加深； （2）湖泊藻类种群演替，数量上升，水华蔓延
在太湖,近40 年来,水质不断恶化,伴随营养状态向富营养化转变,除东太湖外, 水生植被严重退化,而藻类数量不断上升,但藻类种群数减少。从藻类演替来 看,武汉东湖在富营养化初期(20 世纪50 年代) 主要优势种为甲藻、绿藻,到富 营养化中期(60～70 年代) ,演替为绿藻和蓝藻为主,进入80 年代优势种为蓝藻, 进入重富营养化时期[13 ] 。
➢ DO下降。DO下降有利于蓝藻的生长，而对其他藻类生长 不利，这样蓝藻能够很快形成竞争优势。
➢ 当湖水氮磷营养盐对藻类生长已达到饱和的情况下，碳也 有可能成为限制因子，此时增加碳有利于水华藻类生长。
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湖泊生态系统中的生物结构
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
中营养 15 ％
据调查的26个湖泊，在70 年代末富营养化湖泊只占 27％，80年代末达61％， 90年代末高达85％，2000 年以后发展更为迅速。我 国已成为国际上湖泊富营 养化严重国家之一。
90 年代后期
富营养 85 ％
富营养 61 ％
贫营养 4 ％
80 年代后期
中营养 35 ％
中 营养 69 ％
•哈素海
•洞庭湖 •镜泊湖
•东钱湖
•五大莲池
•洱海
•什刹海
•纳木错
•千岛湖
•兴凯湖
(mg/L)
0.235
贫营养区
•松花湖
•青海湖
贫营养区 •抚仙湖 •博斯腾湖
•长白天池
0
0.019 0.065 磷浓度(mg/L) 0.413
1.0
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
湖泊富营养化发展速度迅速 贫营养 0 ％
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
水体富营养化
➢ 磷：湖泊富营养化的首要限制因素，当水环境中磷供应量充足时，藻 类就可以充分增殖；
➢ 氮：控制湖泊富营养化的重要元素，蓝藻可通过生物固氮作用从大气 补充缺乏的氮。
目前有 报道出现蓝藻水华的湖泊，其营养盐浓度范围：TN： 1-10(20)mg/L; TP :0.01-0.1(0.2)mg/L
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
湖泊生态系统演化的“多态理论”
1. 浅水湖泊富营养化的演化初期，大型水生植物和藻类都受 营养盐缺乏的限制，湖水处于泥沙浑浊状态；
2. 随着污染物质的输入，出现两种途径： 途径一：沉水植物不断发展，抑制藻类的生长，大型水生植被 的发展降低风浪搅动，污染物通过沉积作用、生物转化、植物 收割等途径从水体中清除，而呈现高度有序的“草型清水状态”
➢ 大型水生植物能够分泌化感物质，抑制藻类生长 ➢ 水草是产粘性卵的鱼类、螺类以及水生昆虫卵粒附着的基质，产出的
鱼卵、虫卵、和螺的卵囊没有水草可资附着，卵的孵化率大大降低 ➢ 水草也是许多幼鱼和水生无脊椎动物躲避敌害的隐蔽场所，少了这样
的避难所，这类动物死亡的机率大增，进而影响到生态系统的生物多 样性。
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
✓ 我国富营养化湖泊(水库)表现出的共同特征： • 总氮和总磷浓度水平高； • 透明度差； • 多数湖泊叶绿素高；
✓ 我国富营养化湖泊的主要类型： • 浮游植物响应型(藻型) • 大型植物响应型(草型) • 非响应型湖泊
我国75%的湖泊属于响应型湖泊
营养盐
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
❖ 美国的Apoka湖在1947年之前曾经是一个沉水植 物茂盛的浅水湖泊。一次强烈的风暴过程，破坏 了湖泊原有的水生植物群落，使得湖泊逐步转向 高浊度蓝藻水华频繁发生的藻型湖泊。一旦水生 植被遭到破坏，底泥将非常容易地被悬浮起来， 底泥悬浮将导致沉积物中的营养物质释放出来， 悬浮过程也将改变水体原来的光学特性，使得蓝 藻水华频繁发生。
1.我国湖泊富营养化现状
我国湖泊概况 ❖ 东部平原湖区 ❖ 东北平原与山地湖区 ❖ 青藏高原湖区 ❖ 蒙新高原湖区 ❖ 云贵高原湖区
湖泊数：2742( > 1 km2) 总面积: 91020 km2
3
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
根据全国水资源综合规划评价成果，全国84个代表性湖泊 营养状况评价结果表明：
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太湖湖体水质年际变化
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
滇池环湖河流水质年际变化
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
50
25 12.5 12.5 2003
63
63
富营养化的趋势
指标 富营养化面积（km2） 具备发生富营养化的湖泊面积（km2）
2006年 5000 14000
2010年 6700
富营养化湖泊分布情况
东部 中部 西部
13.4 15
29.9 30
56.7 45 %
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
滇池草海水葫芦 巢湖
滇池 太湖梅梁湾
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
大型水生植物消失的影响
➢ 大型水生植物能起到净化水质的作用，它的消失直接削弱了水体 自净的能力
➢ 大型水生植物与浮游植物竞争养料，前者的消失使后者能独享养料资 源，导致浮游藻类的大量孳生，反过来通过在养料和光照方面的竞争 优势，进一步压制水草的恢复；
Apoka湖，平均水深1.7m，富营养化湖泊， TP：0.186mg/L;TN 4.488mg/L;Chl-a0.106mg/L
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法
浅水湖泊的稳定机制
底泥再悬浮
透明度
藻类
水深
营养盐
大型水生植物
正效应 负效应
风浪
化感物质
鱼类
浮游动物
(Modified from Scheffer et al. 1993)
第四第章一湖章泊湖水泊环富境营养修化复发技生术机制及评价方法