文献综述

1富营养化的概念

富营养化是水体衰老的一种表现，也是湖泊分类的一个指标。国际经济合作与开发组织把富营养化定义为水体营养盐增加所引起的一系列征兆变化，藻类和大型水生植物生产力的增加，引起水质恶化，破坏了水的资源价值。水体富营养化是指生物所需的氮、磷等无机营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等相对封闭、水流缓慢的水体，在适宜的外界环境（水域的物理化学环境）因素综合作用下，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其它水生生物大量死亡的现象。水体发生富营养化时，因占优势的浮游生物颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。在近海中，夜光藻、无纹多藻等占优势，藻层呈红色，被称为“赤潮”；而在江河湖泊中，则被称为藻花，又为“水花”或“水华”。

富营养化是湖泊分类和演化的一种概念，是湖泊水体老化的自然现象。湖泊由贫营养湖演变成富营养湖，进而发展成沼泽地和旱地，在自然条件下，这一历程需几万年至几十万年。但如受氮、磷等植物营养性物质污染后，可以使富营养化进程大大地加速。这种演变同样可发生在近海、水库甚至水流速较缓慢的江河。如1998年4月福建、广东、香港沿海，武汉市东湖，同年2月湖北省汉江段等，都由于水体受到氮、磷等植物营养物质的污染，使夜光藻、蓝藻类铜锈囊藻及有毒裸甲藻疯长。呈胶质状藻类覆盖水面，色呈暗红，故称“赤潮”，隔绝水面与大气之间的复氧，加上藻类自身死亡与腐化，消耗溶解氧，使水体溶解氧迅速降低。藻类堵塞鱼鳃与缺氧，造成鱼类窒息死亡。死亡的藻类与鱼类不断沉积于水体底部，逐渐淤积，最终导致水体演变成沼泽甚至旱地。

一般认为总磷与无机氮浓度分别达到0.02mg/L与0.3mg/L的水体，标志着已处于富营养化状态。也有人认为，水体营养物质的负荷量达到临界负荷量：总磷为0.2—0.5mg/（L•a），标志着水体已处于富营养化状态。

2水体富营养化的类型

水体富营养化主要有两种类型。第一种类型是天然富营养化，水体从天然环境中获取氮、磷等营养物质，逐渐富集而发生水质变化的过程称为天然富营养化。随着时间的推移和环境变化，湖泊一方面从天然降水中接纳氮、磷等营养物质；一方面因地表土壤的侵蚀和淋溶，也使大量的营养元素进入湖内，逐渐增加了湖

泊水体的肥力。天然富营养化是湖泊水体生长、发育、老化、消亡整个演替中必经的天然过程。这个过程极其漫长，一般需要上千年甚至上万年。天然富营养化通常是不可逆的过程，最终导致湖泊消亡。第二种类型是人为富营养化由于现代经济的高速发展和人口剧增，使得湖泊水体的营养负荷急剧增加和积累，引起湖泊中的水生生物（主要是浮游藻类）大量繁殖，水质迅速恶化，水功能丧失，这个过程称为人为富营养化。通常所说的水质富营养化就是指人为富营养化，它的演变速度非常快，往往只需要几十年的时间。人为富营养化通常可逆。

3水体富营养化形成的条件

首先透光度是决定水体中绿色植物分布、生长的主要条件，而透光度主要取决于水体的透明度。其次，随着昼夜和季节的变化，水体的温度也随之变化，从而引起水体的运动，影响着水中氧和营养物质的垂直运动和在各层的分布。最后，富营养化实际上是藻类异常增殖的过程。藻类繁殖过程中，需要大量的营养盐类，如氮、磷、铁、钙、镁、钠、钾、硫以及少量的钼、钴、锰、锌、铜等水体富营养化的形成机理

在适宜的光照、温度、pH值以及充足的营养物质条件下，天然水体中藻类通过光合作用合成自身的原生质，基本反应式为106CO2+16NO3－+HPO42﹣+122H2O+18H++能量+微量元素→C106H263N16P+138O2。

由反应式可知，自然水体中的磷和氮（特别是磷）在一定程度上是浮游生物数量的控制因素。化肥生产和食品加工等行业所产生的工业废水以及生活污水、农田排水中都含有大量的N,P 和其它无机盐类.水体接纳这些废水后，营养物质增多，促使自氧型生物——大型绿色植物和微型藻类旺盛生长。

4水体富营养化指标

物理指标：透明度，富营养化现象是和藻类大量增殖引起水体透明度减小直接相关的。因此，可以通过测定藻类生物量的方法来鉴定水的透明度。

化学指标：Sawyer在1947年报导磷的浓度超过0．015mg／L，就足以引起藻类急剧繁殖，使每升水的水花铜绿微囊藻、水花束丝藻高达13623．80万个，形成水华；美国国家水质富营养化调查组织于1972～1973年对全国466个不同类型湖泊进行调查，结果显示，磷为限制性因素的占65 ，氮为限制性因素的占28 ，

其它限制因素只占7 。所以人们通常把氮和磷作为富营养化的指标。日本湖泊专家板本曾研究指出：当湖水的总氮和总磷浓度比在10：1～25：1的范围时，藻类生长与氮磷浓度存在着直线相关性。林毅雄等人研究了滇池富营养化的铜绿微囊藻生长因素，指出在适宜光照和温度（30～35℃）条件下，营养物质N：P=15：1时，铜绿微囊藻生长速度较快。这表明在湖泊富营养化过程中，氮、磷浓度的比值与藻类增殖有着密切的关系。

生物指标：日本专家概括了湖泊富营养化和浮游生物优势种的关系，提出了从贫营养化向富营养化过渡时出现的浮游生物优势种名录：贫营养浮游硅藻（小环藻、平板藻）——浮游黄鞭毛藻（锥囊藻）——富营养性浮游硅藻（星杆藻、桅杆藻、冠盘藻、颗粒直链藻）——富营养性浮游绿藻（盘星藻、栅藻）——浮游蓝藻（微囊藻、囊丝藻、鱼腥藻）——眼虫藻类浮游生物（裸藻）——细菌浮游生物（细菌植物）

5湖泊富营养化综合评价方法

5. 1模型研究进展概况

多年来，针对具体水域，各国科学家通过对各种导致其发生富营养化的限制因子和影响因子进行研究，提出了各种不同的评价方法，像特征法、参数法、营养状态指数法、图形法生和生物指标法等。特征法是根据水体富营养化的影响因子特征来评价水体营养状态的方法。此方法还是建立在定性的基础上，相对简单粗糙，实用性很差。由于我国水体富营养化研究起步较晚，国外这些其它的评价方法在我国水体的广泛适用性还没有得到完全验证。但是，在七五期间(1986-1990年)，在对我国湖泊水库等水体广泛详细调查研究的基础上，全国湖泊水库富营养化调查研究课题组提出将评分法、营养状态指数法和营养度指数法作为我国水体富营养化评价的基本方法。但是，营养度指数法和营养状态指数法均是对指数连续分级进行评价的方法，通过近10年的应用，营养状态指数法在我国很多水体得到广泛成功的应用，而营养度指数法计算繁琐，要求条件较高，应用较少，仅在个别水体有过研究。

近年来，随着计算机的快速发展，使现代数学理论能够应用于水体环境评价。模糊数学、随机模型、灰色系统和人工神经网络等理论方法与计算机技术相结合应经应用于水体富营养化的评价研究。国内外越来越的研究表明，水体富营养化