水体富营养化的原因

水体富营养化

王立和

摘要: 富营养化是水体衰老的一种现象,它通常是指湖泊、水库等封闭水体以及某些河流水体内的氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。本文将从水体富营养化的自然因素和人为因素两大方面进行分析，并对水体富营养化的危害及治理措施进行阐述。

关键词：富营养化来源危害治理措施

富营养化是由于水体中氮磷等营养物质的富集,引起某些特征性藻类(主要是蓝藻、绿藻)及其他浮游生物的迅速繁殖,水体生产能力提高,使水体溶解氧含量下降,造成藻类、浮游生物、植物、水生物和鱼类衰亡甚至绝迹的水质恶化污染现象。富营养化具有缓慢、难以逆转的特点,因此水体富营养化问题是当今世界面临的最主要水污染问题之一。

我国在经济持续高速增长的同时,所带来的最大负效应就是环境污染日益严重,大江、大河及湖库水环境质量日趋恶化。据2003年我国环境状况公报显示:在我国七大水系407个重点监测断面中,Ⅰ～Ⅲ类水质占38. 1%, Ⅳ、Ⅴ类水质占32. 2%,劣Ⅴ类水质占29. 7%。2001年对我国130余个湖泊调查资料显示,高营养化湖泊占调查总数的43. 5%,中营养化湖泊占调查总数的45%。以藻型富营养化为主的湖泊主要分布在我国东南部经济发达地区,超营养化湖泊主要分布在城市和城郊附近。

1水体富营养化的来源

自然因素

数千年前或者更远年代,自然界的许多湖泊处于贫营养状态。然而,随着时间的推移和环境的变化,湖泊一方面从天然降水中吸收氮、磷等营养物质;一方面因地表土壤的侵蚀和淋溶,使大量的营养元素进入湖内,湖泊水体的肥力增加,大量的浮游植物和其他水生植物生长繁殖,为草食性的甲壳纲动物、昆虫和鱼类提供了丰富的食料。当这些动植物死亡后,它们的机体沉积在湖底,积累形成底泥沉积物。残存的动植物残体不断分解,由此释放出的营养物质又被新的生物体所吸收。

因此,富营养化是天然水体普遍存在的现象。但是在没有人为因素影响的水体中,富营养化的进程是非常缓慢的,即使生态系统不够完善,仍需至少几百年才能出现。一旦水体出现富营养化现象,要恢复往往是极其困难的。

人为因素

工业废水

工业废水主要是指工业生产过程中产生的,其中钢铁、化工、制药造纸、印染等行业的废水中氮和磷的含量都相当高。近年来,工业排放的废水逐年递增。据报道, 2003年全国工业废水排放量达212. 4亿吨。但由于技术与资金的原因,大部分工业废水只经简单处理甚至未经任何处理就直接排入江河等水体中,许多废水中所含的氮、磷等物质也就不断地在水体中累积了下来。

生活污水

排放人们在日常生活中也产生了大量的生活污水, 2001年全国生

活污水排放达247. 6亿吨,超过工业废水排放量。生活污水中含有大量富含氮、磷的有机物。其中的磷主要来自洗涤剂。

据《2003年中国环境状况公报》统计, 2003年全国工业和城镇生活废水排放总量为460. 0亿吨,其中工业废水排放量212. 4亿吨,比上年增加2. 5%;城镇生活污水排放量247. 6亿吨,比上年增加6. 6%。废水中化学需氧量(COD)排放总量1333. 6万吨,比上年减少2. 4%。其中工业废水中COD排放量511. 9万吨,比上年减少12. 3%;城镇生活污水中COD排放量821. 7万吨,比上年增加5. 0%。可见,生活污水已逐渐取代工业废水而成为水体富营养化的最大污染源。

化肥、农药的使用

现代农业生产中大量使用化肥、农药,人类在享受它们带来农业丰收的同时,在很大程度上污染了环境。农药、化肥在土壤中残留,同时不断地被淋溶到周围环境,特别是水体中,其中所含的氮、磷就导致了水体富营养化。

此外,屠宰场和畜牧场也会有含有较多氮磷的废水进入水体等。

2.水体营养化的危害

影响湖泊水体的生态环境

藻类的过度繁殖,死亡后藻类有机体被异养微生物分解,消耗了水中的大量溶解氧,使水中溶解的氧含量急剧下降。同时,由于水面被藻类覆盖,影响大气的复氧作用,使水中缺氧,甚至造成厌氧状态。此外,水体中藻类大量繁殖,也会阻塞鱼鳃和贝类的进出水孔,使之不能进行呼吸而死亡。水体出现富营养化时主要表现为浮游生物的大量繁殖,

因占优势的浮游生物的不同而水面往往呈现出蓝色、红色、棕色和乳白色等。在江河、湖泊和水库中称为“水华”,在海洋中称为“赤潮”。这些因素将导致鱼类等水生生物因缺氧而窒息死亡。

20世纪以后,赤潮发生的次数逐年增加,我国渤海1998年、1999年连续两年发生严重赤潮,面积达6500km2 ,持续时间超过一个月,严重影响海产养殖,造成重大经济损失。2000年我国海域共记录到赤潮28起,比1999年增加了13起,累计面积超过10000 km2 。

影响水体的利用

总体上说,水体富营养化破坏了水体原有的生态系统的平衡。若水体中光合作用生成有机物的速度与呼吸消耗有机物的速度基本相等时,藻类在水体中有机物的生长远大于其消耗,使有机物积蓄起来。水体富营养化现象一旦出现,水就不能被人畜直接利用。大量生物和有机物残体沉积于水的底层,在缺氧情况下,被一些微生物分解,产生甲烷、硫化氢等有害气体。富营养化的水体中还存在能使人畜中毒受害的亚硝酸盐和硝酸盐物质。

加速水体沼泽化、陆地化进程

由于富营养化的水体含有大量营养物质,使得藻类和水生生物大量生长和繁殖,加速了水体沼泽化和陆地化进程,破坏了特定地区的生态平衡。

3.治理措施

削减外源

来自各种污染源的营养负荷的增加会使水中的营养物质浓度急

剧增高,导致藻类爆发、溶氧耗尽等富营养化症状,因此,外源的削减与控制是治理水体富营养化的先决条件。削减营养负荷的技术有以下几种:废水分流以减少营养物质的入湖量;生产无磷洗涤剂以降低磷的入湖负荷;使用化学方法或生物技术进行废水脱磷;利用稳定塘、人工或自然湿地等进行非点源营养物质的截流;湖水稀释;应用生态技术改变常规农业种植方法。

消除内源

一些水体,只削减外源就可使水体恢复到以前的状态,但在富营养化程度严重的情况下,由于整个湖的情况已经发生了变化,只控制外源还不能从根本上治理富营养化,内源足以延缓甚至阻止湖泊停止外源输人后的恢复进程,因此还需采用湖内恢复技术消除内源。国外在消除内源方面做了很多探索:向湖中投加铝盐加速磷惰性化,从而减少内源磷的释放率;底泥疏浚;底泥氧化;均温层曝气;选择性地去除均温层的水以降低均温层的体积,减少水体的营养物质浓度;降低水位使一些或者全部的底部沉淀物暴露于大气中。

生态恢复

控制外源和内源的技术会使营养物浓度长期的减少,但对于恢复水体的生态功能往往还不够。各国经过长期的和大规模的研究,发明了许多技术用于富营养化水体的恢复:石岩等人研究了草食性浮游动物净化富营养化水体的效果;有学者研究水网藻在生长过程中吸收水体中的氨氮、硝氮及无机磷等藻类营养素,从而限制藻类的生长，通过生物操纵法改变水体生物群落结构,减少水体内的氮磷等营养物质