1、學年論文(課程設計)題 目 湖泊水體富營養化研究的進展 學生姓名 馮天威 學 號 學 院 環境科學與工程學院專 業 生態學指導教師 宋玉芝二一 年 一 月 十五 日南京信息工程大學本科生學年論文（課程設計）任務書所在學院環境科學與工程學院專業生態學學生姓名馮天威學號班級06一班開始時間2009 年 10 月 15 日至 2010 年 1 月 15 日提交時間2010年1月20日指導教師宋玉芝題目湖泊水體富營養化研究的進展題目性質及來源 性質理論研究 應用研究 技術開發 其他主要內容 富營養化是我國湖泊的主要問題，目前我國大多數湖泊都已經屬于富營養化和中-富營養化湖泊。富營養化會引起水質惡化、味

2、覺和嗅覺變壞、溶解氧耗竭、透明度降低、漁業減產、死魚、阻塞航道，對人和動物產生毒性。本文根據國內外有關湖泊富營養化文獻資料，闡述了湖泊富營養化的兩個主要來源（外源污染和內源污染），富營養化的形成機理，以及對湖內生物、周圍環境、人體健康等的危害，探討了湖泊富營養化的治理，為我國湖泊富營養化的治理提供一定的理論依據。 論文、設計目標掌握論文書寫格式。湖泊水體富營養化是我國湖泊的主要問題，本文通過對湖泊水體富營養化的來源、對湖內生物、周圍環境、人體健康等的危害的闡述，使人們了解湖泊水體富營養化的嚴重性。并通過對化學、物理、生物等治理方法研究進展的描述，探討治理湖泊水體富營養化方法的可行性，為我國湖泊

3、富營養化的進一步治理提供理論依據。指定參考文獻 生態學報，環境科學與管理，環境科學備注注：此表由指導教師在學年論文（課程設計）工作開始前填寫，每位學生兩份，一份發給學生，一份交學院留存。南京信息工程大學本科生學年論文（課程設計）指導教師評閱意見表 學生姓名馮天威學 號學 院環境科學與工程學院專 業生態學題 目湖泊水體富營養化研究的進展對論文（設計）的評語：隨著經濟的發展，富營養化是我國湖泊的主要問題，目前我國大多數湖泊都已經屬于富營養化和中-富營養化湖泊。該生的選題具有一定的現實意義。該生論文是在閱讀大量相關文獻的基礎上，闡述了湖泊富營養化的兩個主要來源（外源污染和內源污染），富營養化的形成機

4、理，以及對湖內生物、周圍環境、人體健康等的危害，探討了湖泊富營養化的治理。論文結構合理，語言比較流暢，條理比較清晰，論文格式符合學年論文的要求。 成 績： 指導教師： 日期： 湖泊水體富營養化的研究進展馮天威南京信息工程大學環境科學與工程學院生態學系，南京210044摘要: 富營養化是我國湖泊的主要問題，目前我國大多數湖泊都已經屬于富營養化和中-富營養化湖泊。富營養化會引起水質惡化、味覺和嗅覺變壞、溶解氧耗竭、透明度降低、漁業減產、死魚、阻塞航道，對人和動物產生毒性。本文根據國內外有關湖泊富營養化文獻資料，闡述了湖泊富營養化的兩個主要來源（外源污染和內源污染），富營養化的形成機理，以及對湖內生

5、物、周圍環境、人體健康等的危害，探討了湖泊富營養化的治理，為我國湖泊富營養化的治理提供一定的理論依據。關鍵詞：富營養化；湖泊；機理；危害；控制技術富營養化指湖泊、水庫、緩慢流動的河流以及某些近海水體中營養物質(一般指氮和磷的化合物)過量從而引起水體植物(如藻類及大型植物)的大量生長。隨著我國人口增加和工農業生產的發展，進入地表水的氮、磷等化學物質也大大的增加，我國水體富營養化問題日益嚴重。根據對37個主要湖泊的調查資料，以及根據國內外評價湖泊富營養化的經驗制定的指標，37個主要湖泊中，具有中營養型和中-富營養型的占55.8%， 富營養型的占14.7%，重富營養型的占8.8%1，這些已嚴重威脅社

6、會經濟的持續發展和人民的正常生活。國家在“十五”期間投入1234億元巨資，建設1590個水污染防治項目，用來改善“三河”“三湖”（指淮河、海河、遼河以及太湖、巢湖、滇池）的嚴重水污染狀況。然而巢湖、太湖、滇池等湖泊的富營養化依然嚴重，平均水質仍為五類或劣五類。因此，本文對已有關于湖泊富營養化的研究進行綜述，為我國湖泊富營養化的進一步治理提供理論依據。1.污染物的來源湖泊污染源主要分外源和內源。外源中又分點源和面源。點源主要是城鎮生活污水及工業廢水；面源包括農業生產污水、農村生活廢水和降雨地面徑流。內源主要是湖底沉積物中所攜帶的營養鹽。1.1 外源污染 外源污染是湖泊水體富營養化的主要來源，每年

7、都有大量的污染物質通過各種途徑進入湖泊中，使湖泊中氮、磷元素大量富集起來，破壞水中生態平衡。1.1.1面源，點源，非點源污染面源污染是由大范圍分散污染造成的，主要包括農業面源污染、林地和草地的養分流失、農田徑流和固體廢棄物的淋溶污染等2。近年來，盡管人們對農業面源污染識別和治理能力越來越強，但農田養分的投入和農田土壤養分的積累及流失量卻在不斷增加，農業面源污染所占的負荷越來越大，農業逐漸成為水體富營養化最主要的污染源 3。美國環保署指出：農業面源污染是河流和湖泊污染物的主要來源之一，從而阻礙了水清潔行動中水質目標的實現4。同時，富營養化也是地表水最主要的環境問題。據報道，農業面源污染源占河流和

8、湖泊營養物質負荷總量的60%-80%。另據估計5 ，在地表水中，農業排磷所占的污染負荷比為24%-71%。農業生態系統的養分流失是水體中硝酸鹽的主要來源，同時還是磷的第二大來源。據報道2，即使點源污染全面控制之后，但如果面源污染控制不好，水體仍無法達標。另據報道，中國的面源污染占污染總量的2/3，其中農業貢獻率為75%左右6。點源污染主要是集中從排污口排入水體的工業廢水和生活污水非點源污染則是由大范圍分散污染造成的，主要包括農業非點源污染、林地和草地的養分流失、城市徑流和固體廢棄物的淋溶污染等。近年來盡管人們對點源污染的識別和治理能力越來越強，而農田養分的投入和農田土壤養分的積累卻在不斷增加，

9、非點源污染所占的負荷越來越大，非點源磷對富營養化的貢獻也愈顯突出。在歐美等發達國家，由于基本實現了對工業和城鎮生活污水等點源污染的有效治理，非點源的營養物質已成為水環境的最大污染源7，8，9，而來自農田的氮、磷在非點源污染中占有最大份額7，10，水體中的總磷與流域內農業用地的比例呈正相關關系11，12，13，Tonr等的調查表明，大多數的富營養湖泊的流域內不存在明顯的點源污染8；丹麥內陸湖泊的總磷含量在80年代有所降低，但這并沒有使水質明顯改善，因為其它來源的磷主要是農田排磷仍足以使許多湖泊中磷濃度超過100ug·L-1這一危險濃度14。其中農業非點源磷占河流中磷來源的一半以上，農業

10、用地為主的流域內非點源磷年發生量(0.29kg·hm-2)相當于自然流域(0.07kg·hm-2)的4倍15。據估計，在地表水體中，農業排磷所占的污染負荷比約為24%-71%16。有報道指出，大量的農田養分流失是造成內陸湖泊富營養化的主要原因，1990年的調查顯示，57%的湖泊受到農田養分流失的嚴重影響17。1.1.2 污染物輸入途徑 湖泊污染物的輸入不外乎自然輸入和人為輸入兩種形式。其入湖途徑主要有兩種，一是直接入湖，如湖區降水、人工投餌、岸邊水面廢棄物和直接排入湖泊的排放口；二是間接入湖，即污染源產生的污染物經排水渠或地表徑流先匯入湖泊的支流，最后再進入湖泊18。區分兩

11、者途徑的原因在于遷移路途的差異，間接入湖途中可能發生各種變化，如:物理沉積、化學氧化和分解過程，而使污染物濃度降低。據統計，在巢湖流域(1995年)，63%的TN和73%的TP是來自直接排入湖泊的；而在太湖流域(1994年)，60%的TN來自間接入湖，TP來自直接入湖和間接入湖分別占37.5%和25%19。1.2 內源污染湖泊外源污染的控制及治理極為重要, 從一開始就引起了重視并取得了一定實效。國內外實例證明, 在外源得到控制后, 內源的影響會變得明顯, 底泥的釋放速率加快, 使水體的污染狀況持續下去20。在內污染源的控制方面, 受人類認識湖泊富營養化機制水平的限制, 對內源污染的機理和對策的

12、研究還不是很透徹, 使之成為湖泊水質改善的主要制約因素之一。 湖泊沉積物是水體生態系統的重要組成部分，也是水生生態系統中物質、能量循環中的重要環節。點源的污水排放、非點源的大氣沉降和地表徑流注入、湖泊水生生物的死亡堆積，會使湖泊沉積物中的污染物質逐步富集起來，為深層水的細菌、真菌、原生動物以及一些無脊椎動物提供了食物和能量。這些生物的代謝呼吸將消耗儲存在深水層中的氧氣，并釋放原先與有機物結合在一起的氮、磷等營養元素，從而形成湖泊的“內源性負荷”。一般情況下磷釋放首先進入沉積物的間隙水中，然后擴散到水土界面，進而向上覆水混合擴散，成為湖泊磷負荷的一部分。沉積物中氮主要是有機氮和無機氮。硝化和反硝

13、化作用是水-沉積物界面氮遷移和交換的主要形式。在富氧條件下，沉積物庫中的有機氮化合物經降解作用，生成硝酸、氨等無機離子擴散進入上覆水體中，提高了水體氮的營養水平21。影響沉積物有機氮降解的因素有溫度、DO及有機質的生物可降解性等22。2. 水體富營養化的危害2.1 對環境影響在所有藻類生物中，藍藻是最簡單，最原始的一種。藍藻水華爆發時，藻體在水面大量堆積，散發出難聞的氣味，不僅破壞水體生態系統，而且因藻細胞釋放出藻毒素，引起水生動物中毒，并通過食物鏈進而威脅人類健康。主要表現在以下幾個方面:(1) 產生惡臭，水質變壞水體中藍藻和綠藻大量繁殖，浮游植物個體數劇增；水中懸浮物增加；產生大量有糞味的

14、有機質；水體的pH值迅速上升；深層溶解氧降低，形成還原狀態有機物無機化不完全，產生甲烷氣體、硝酸鹽脫氮，硫酸鹽還原形成硫化氫氣體；形成“水華”，腐敗分解后，發出惡臭味，破壞水功能及影響周圍環境23。(2) 向水體釋放有毒物質，危害水產養殖業越來越多的研究和調查發現某些水華藻種可向水體釋放藻毒素，能產生毒素的藻類多為藍藻，最主要的是銅綠微囊藻、水華魚形藻和水華束絲藻24。這些毒素不僅對魚類和貝類等水生生物，以及家畜、野生動物等有明顯的毒害和致死作用，而且還對某些植物、微生物等產生抑制和破壞作用25。同時殘體分解過程中要進一步消耗水中的氧氣，使水中溶解氧濃度降低，造成魚、蝦、貝等水生動物因缺氧窒息

15、死亡，以至在水產養殖業上造成很到損失。(3) 破壞水體景觀，影響旅游事業湖泊水和水庫水因水交換過程緩慢等特點，其受污染的情況最為嚴重，藻類大量死亡后，漂浮在湖邊和岸邊，水體濁度增大，水色加深，透明度下降，有些藍藻在生長或分解過程中發出難聞的氣味，由此降低水質，影響旅游景觀26。云南滇池就是水質惡化，自然景觀遭到破壞的典型實例。(4) 增加城市供水成本藻類污染產生的問題已經成為我國南北方自來水廠面臨的共同的難題。藻類污染嚴重的水體作為水源時會給凈水廠帶來一系列問題。藻類的比重在1左右，多懸浮在水體中，它不僅容易堵塞輸水管道，附著在水池表明生長，腐蝕管道及蓄水池，且過濾時粘附在濾料上，使過濾困難，

16、增加了反沖洗的頻率，這就要改善或者增加過濾措施27。而對水華的絮凝也比較困難，需要投加更多的絮凝劑。而且由于藻類分解時釋放氣體，使處理后的粘性沉淀物易上浮，妨礙絮體沉降、增加處理水的難度。2.2 對人類健康影響藍藻是目前已知毒性最高、對人類健康危害最大的藻類。水華暴發時，常見的產毒藻屬有魚腥藻屬(Anabaena)、束絲藻屬(Aphanizomenon)、筒胞藻屬(Cylindrospermopsis)、Lyngbya、微囊藻屬(Microcystis)、念珠藻屬(Nostoc)和顫藻屬(Oscillatoria)等，產生的毒素包括具有肝毒性和促癌性的環狀肽類(包括MCs和節球藻毒素)、具有神

17、經毒性的生物堿類(包括類毒素-、擬類毒素-、筒胞藻毒素和貝類毒素)以及脂多糖內毒素(1ipopolysaccharide，LPS)。在已發現的各種藍藻毒素中，MCs是水華水體中出現頻率高、產生量大且對人體危害最大的一類毒素28。MCs異構體眾多，至今已發現80余種，其中存在最普遍、含量較多、毒性較大的是MC-LR、MC-RR和MC-YR(L、R、Y分別代表亮氨酸、精氨酸和酷氨酸)。人群通過飲用或接觸被藻毒素污染的水體產生急性或慢性危害29，30。大量流行病學調查顯示，飲水中MCs的含量與人群中肝癌、大腸癌、胃腸道腫瘤等疾病的發病率有很高的相關性31。此外，藻毒素還能夠在生物體內富集，并且可能沿

18、食物鏈進行累積和放大，進而威脅人體健康30 ，31。在西方國家中，有食用藻類食品和添加劑的習慣，進一步加大了毒素攝入的危險性32。3. 控制富營養化技術3.1化學方法根據化學品性質殺藻劑可分為無機殺藻劑和有機殺藻劑，常見的有硫酸銅、高錳酸鉀、次氯酸鈉、氯氣、過氧化氫、臭氧、過碳酸鈉等無機藥劑和花生四烯酸、亞油酸、季胺鹽等有機藥劑33。無機殺藻劑中硫酸銅是研究、應用較早和較多的殺藻劑，其雖具有很好的殺藻效果，但由于其非專一的生物毒性，它們在殺滅有害藻類的同時也對其它非藻華生物產生毒害；而且藥劑成本高，藥效維持時間短，因而使用受到了很大限制。相對無機殺藻劑而言，目前有機殺藻劑研究較多，至今已達幾千

19、種，分為人工合成化學品和天然物質提取物兩類。日本研制出一種化學藥品利凡諾，用1mg·L- 1的濃度就能抑制藻類的運動，35mg·L- 1能迅速地使藻類縮成球型，凝聚沉淀，隨后崩解，其滅殺效果明顯，且利凡諾在光照下容易分解，不會造成水體二次污染34。有機殺藻劑具有藥效時間長、專一性抑藻、易于自然降解等優點，是藥劑殺藻/抑藻法的重要發展方向之一。但人為合成的有機殺藻劑大多容易造成污染。總的來說，化學殺藻法具有操作簡單、用藥量少、見效快、殺藻效率高等優點，在目前還是較常用的方法之一。但對生態環境、水生生物的影響以及成本等方面存在諸多問題。3.2 物理方法粘土礦物作為一種天然藻絮凝

20、劑不僅具有較高的效能，而且來源充足，成本低廉，無毒無污染，對非藻華生物的影響也較小，被認為是一種治理藻華的天然凝聚劑，在國際上受到高度重視。但是，粘土礦物溶膠性質差，迅速凝聚、沉淀藻細胞能力較低，且所需投藥量大。所以，在實際應用時須大量投撒粘土，由此給大面積治理藻華帶來了原料量和淤渣量過大的問題35。針對這一不足，研究者們不斷提出了多種改進措施。1998年5月7月在我國云南滇池草海開展的藥劑篩選現場實驗中就應用了硅藻土和PAM組成的復合絮凝劑，降低了硅藻土的使用量。與PAC和PFS（聚合硫酸鐵）相比，復合絮凝劑效果更好，投藥后24小時明顯見效，透明度達1.0 m以上，除藻率為82.7%，BOD

21、5、CODMn、TN和TP去除率分別為56.2%、42.2%、59.2%和39.7%，藥效維持約15天36。最近，潘綱等對粘土進行了改性研究。發現，進行Fe3+改性后，海泡石Zeta電位和藻絮凝速率顯著提高，0.2g·L-1時改性海泡石的t80由100min降到<10min，投加量降低約50%。而結合使用PAM后，在PAM用量為0.20.5mg·L-1時，粘土的投加量可降低到0.010.02g·L-1，降低10倍以上，是目前報道的最低的粘土投加量37。總之，粘土礦物絮凝法雖仍存在許多問題有待于解決，但瑕不掩瑜，其諸多的優點使之成為目前國際上較為推崇的，很有發

22、展潛力的應急除藻方法，在有關基礎性研究的基礎上，應進一步開發和應用這種方法。3.3生物方法近年來利用水生植物來凈化治理湖泊富營養化水體的方法越來越受到人們的關注，利用此方法，不僅可以減少外加試劑或投擲絮凝劑帶來的對水體的負面效應，也可以通過種植水生植物來改善水域生態環境。3.3.1 水生植物凈化富營養化水體的機理水生植物指生理上依附于水環境、至少部分生殖周期發生在水中或水表面的植物類群。水生植物大致可區分為四類:挺水植物、沉水植物、浮葉植物與漂浮植物。研究表明，富營養化的水體含有大量的C、H、O、N、P、S和少量的Fe、Mn、Cu等金屬元素。這些富營養化組分剛好是植物在生長過程中所必須的。水生

23、植物根系擁有巨大的表面積，為水中微生物生長提供良好固著載體，起到“生物膜載體”的作用。植物大面積的生長能阻擋陽光直接照射在水面上，降低藻類進行光合作用的光照強度，另外，一部分水生植物在生長過程中能夠分泌克藻的物質，從而使藻類的生長繁殖得到了有效抑制38，39。3.3.2 利用水生植物治理富營養化水體存在的問題水生植物處理富營養化水體能在一定程度發揮作用，但在大范圍使用時存在一定的問題。首先，水生植物的生長和繁殖周期比較長，吸收營養物的能力有限，因此，利用水生植物處理富營養化水體具有很強的滯后性和很長的周期性。其次，部分水生植物在生命周期結束后會在水體中腐爛，給水體帶來了二次污染，因此，在大規模

24、使用前需要篩選出適合的水生植物，最好是長青的水生植物。另外，水生植物，特別是浮葉、浮水植物在水體中并不是很牢固，遇到大風大雨導致水體流速加快的時候，水生植物容易流失，造成水生植物帶的崩潰。因此，還需要考慮水生植物的加固問題。3.3.3 水生植物治理富營養化水體前景首先，我國城市化和工業化進程加快，水體污染面比較廣，靠單一的污水處理廠難以滿足目前的需要。我國河流、湖泊、內河分布廣泛，水體面積相當廣闊，通過水生植物培養治理富營養化水體可以大范圍長時間進行，不受地區條件的限制，對周圍環境影響小，成本低。在凈化城市內河水質和城郊生活污水方面具有獨特的優勢和可操作性，為處理污水，凈化水質提供新的途徑。其

25、次，水資源日益缺乏，水資源的再生利用顯得尤為重要。城市的景觀用水數量驚人，經污水處理廠處理過的水經水生植物以人工濕地，生物浮島等的形式處理后可以直接作為景觀用水，大大減少了水處理的成本。另外，當前，城市綠化是生態城市建設的重要部分，是改善城市生活質量的重要環節，在城市土地日益緊張的情況下，在水體中建造以美人蕉、睡蓮等水生植物為主的人工浮島是增加了綠化的面積，同時改善了城市環境，增加了城市景觀。綜上所述，利用水生植物來凈化我們的環境、修復我們的生態系統，提高我們的生活品質等方面有著巨大的潛力，在水體的綜合治理中具有非常廣泛的前景。4. 小結湖泊的富營養化，是我國水資源災害之一，每年給國家造成的損

26、失是巨大的，而且隨著人類生產活動不斷加強，有加重趨勢，應引起人們足夠的重視。目前，富營養化發生機制和控制方法仍然是世界各國研究的重要問題之一。在富營養化的治理上，應該結合當地的自然條件和湖泊的富營養化狀況，利用多種治理手段，制定綜合治理方案，分階段加以實施，逐步恢復富營養化湖泊生態系統的結構和功能，使之趨于完善和穩定，從而解決湖泊富營養化的根本性問題，以實現可持續發展的目標。參考文獻1 劉連成.中國湖泊富營養化的現狀分析.災害學, 1997, 12(3):22-26.2 何萍, 王家驥.目前, 困難和在控制和點源污染管理研究的挑戰.農業保護環境, 1999, 18 (5):234-237.3

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