水体富营养化论文.docx

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水体富营养化论文

太湖浮游植物生物量的周期性变化

及其影响因素

摘要

太湖是中国第三大淡水湖，面积2338km²,年吞吐量约53亿m³，出入湖河流224条，其中入湖河流70多条，出湖河流150多条。

太湖流域人口稠密，经济发达。

太湖位于太湖流域的中心，具有蓄洪、灌溉、航运、供水、水产养殖、旅游等多项功能，同时也是无锡、苏州两市的主要饮水源及上海与浙东地区主要水源供给地。

近年来不合理开发与大量污染物排放入湖，使太湖水质污染严重，加之湖泊自身的水文特征等效应，使太湖富营养化形势严峻，影响人民日常生活，制约流域经济发展。

造成水体富营养化的主要原因就是过多的氮、磷进入水体，超过了水体的自净能力。

而大量的浮游植物正是为水体带来了丰富的营养氮、磷等元素，并且伴随着周围的影响因素如：

COD、水温等，更加剧了太湖的水体富营养化。

因此，要控制太湖的富营养化，必须从源头下手。

有效控制含有水体富营养化的“元凶”，氮、磷等。

即有效控制周边工业废水的排放，生活污水的排放，化肥农药的使用，不规范的湖面开发利用及湖底污染淤泥的长期累积。

关键词太湖；富营养化；浮游植物；影响因素

1绪论

太湖是太湖流域的主要水体，由于流域内工业、农业的高速发展及生活污水无节制排放，水污染防治相对滞后，加之湖泊自身的水文特征等效应，使太湖富营养化形势严峻，并已危及流域内的经济发展和居民正常生活。

自20世纪80年代以来,太湖水体富营养化进程加快,特别是2007年5月29日,当无锡市的居民一大早起来,准备接水漱口洗脸时发现管道中流出来的是散发着强烈腥臭味的自来水,顿时全城大部分区域陷入了不同程度的水荒中。

事件很快引起了全国上下和全世界的高度关注。

无锡市委和市政府立刻启动了应急方案:

请来专家对水处理工艺进行改进,确定产生臭水污染的原因,加大引江济太和梅梁湾调水力度,加大纯净水供应,实施增雨作业,组织人员进行蓝藻打捞等一系列措施。

直至6月初,自来水供应趋于正常。

此次无锡市饮用水危机的爆发既是意料之外,又是情理之中。

根据危机事件爆发后野外采样调查发现:

位于取水口东部沿岸有历史上围湖造田遗留下来的低矮围堤,围堤东部散布着一些芦苇等挺水植物。

恰遇今年暖冬,蓝藻水华爆发得较早,在岸边堆积死亡的蓝藻水华在风向转变的情况下,漂到取水口周围堆积,造成此次水污染事件。

2007年6月1日下午调查采样发现,在此水域附近,仍然漂浮着许多腐烂发臭的水华团。

采样分析发现,其中总氮、总磷、CODMn浓度分别高达23.4mg/L,1.05mg/L,53.6mg/L,叶绿素a的浓度高达0.98mg/L。

这些参数是太湖正常情况下的10～20倍。

这已经是危机事件即将结束时的水质数据。

可见在危机事件爆发初期,水源地的水质受到的污染有多严重。

要研究太湖水华爆发的机制,除了研究物理、化学、气象、地质和社会等因子外,生物因子应是研究的重点。

在湖泊生态系统中,浮游生物具有重要的指示作用,尤其是浮游植物历来都是研究的重点。

浮游植物的变化不仅受外界因子的影响,而且受自身生理机制的制约,因此应从这两方面对太湖浮游植物生物量变化的周期性及其机理进行研究。

1.1湖泊富营养化概述

富营养化现象指氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。

在自然条件下，随着河流夹带冲击物和水生生物残骸在湖底的不断沉降淤积，湖泊会从贫营养湖过渡为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，这是一种极为缓慢的过程。

但由于人类的活动，将大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物质排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后，水生生物特别是藻类将大量繁殖，使生物的种类数量发生改变，破坏了水体的生态平衡。

大量死亡的水生生物沉积到湖底，被微生物分解，消耗大量的溶解氧，使水体溶解氧含量急剧降低，水质恶化，以致影响到鱼类的生存，大大加速了水体的富营养化过程。

水体出现富营养化现象时，由于浮游生物大量繁殖，往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，这种现象在江河湖泊中叫水华，在海中叫赤潮。

我国目前湖泊富营养化的现象比较严重，根据最近对我国67个主要湖泊水质和富营养化现状的调查和评价结果得出[1]：

大约有近20%的湖泊水质较好（II-III类），有80%以上的湖泊受到污染（IV-劣V类），湖泊水质污染的问题十分严峻。

按照湖泊水体以氮、磷含量为代表的营养化程度来看，属贫营养性的湖泊数量为零；属中营养的湖泊有18个，占调查湖泊总数的26.9%，面积为7,013.11km2，占调查湖泊总面积的37.6%；属富营养型的湖泊为49个，占调查湖泊数量的73.1%，面积为11,632km2，占调查湖泊总面积的62.4%。

从湖泊数量上来看，有近3/4的湖泊已达富营养程度，所占的面积也接近总面积的2/3，表明当前我国湖泊富营养化问题已十分突出，对富营养化湖泊的治理迫在眉睫。

湖泊富营养化不仅与流域内社会经济发展密切相关，也与湖泊的自然地理特征有着直接的关系。

湖泊富营养化演变过程有一定的自然背景，但流域内人类活动导致营养盐加速进入湖泊，对加快湖泊富营养化起着主要的作用。

世界社会经济发展的历史表明，工业化带来了城市化，使产业、人口、物质急剧集聚，同时污染物也不可避免的随之增加和集聚。

工业化初期，人们往往把发展经济作为重心，而忽视对环境的维护与治理，即所谓“先污染、后治理”。

20世纪70年代德国的莱茵河几乎成了臭水沟，鱼虾不长，许多河段丧失了作为饮用水水源的功能[2]。

德、瑞、奥交界的博登（Bodensee）湖水中氮、磷等营养盐也急剧上升，威胁到德国南部地区的供水[3]。

20世纪80年代匈牙利的巴拉登湖同样因湖水富营养化引起蓝藻爆发等等[4]。

1.2浮游植物生物量的影响因素分析

营养盐、光照、湖泊形态、水温等因素都是影响浮游植物生长繁殖的重要因素。

1.2.1浮游植物与营养盐的关系

氮、磷、有机物质等这些元素都是浮游植物生长所必需的。

根据生态学原理,在正常情况下,氮、磷等元素在湖泊中的存量很少,是浮游植物生长、繁殖的限制因子,使湖泊各物种间在数量比例上形成平衡。

目前由于人为的影响而使外来的营养物质大量输入湖泊,使湖泊营养盐在短时间内大量蓄积,藻类的生长限制因子被解除,从而导致藻类的过量繁殖。

1.2.2浮游植物与光照的关系

湖体浊度的增加使浮游植物进行光合作用所能利用的光能总量减少,部分藻类（特别是蓝藻）由于在光能利用上占有优势而形成优势种群。

蓝藻的生物有机组成不利于其他动物对它的摄食,从而使蓝藻在湖泊中大量富集,破坏湖泊水体,扰乱了湖泊内食物链的循环。

藻类的大量繁殖使湖泊中的群落结构发生改变,影响湖泊植物物种的组成,并使水生动物的组成发生改变,最终导致湖泊的可利用率降低。

1.2.3浮游植物与湖泊形态的关系

湖泊是由湖盆、湖水及其中的生命物质所组成的,这三个要素组合就构成了湖泊这个整体。

如果湖盆是外高内底的碟形形态。

那么就会形成非常有利于浮游植物生长的场所。

因为，供浮游植物生长的养分易聚集，湖水流动慢，不易换水，湖水自净能力差。

在浅水区，表、底层不断循环，养分带到表层有利于浮游植物的生长。

1.2.4浮游植物与水温的关系

处在温带地区的湖泊,水温受季节变化的影响而引起湖水分层和对流,由于热分层效应,使得湖泊水体的表层水在夏季光照充足,温度较高。

若这时供给水体的营养物质充足,藻类的光合作用便随之加强,生长旺盛。

同时,水体的底层往往处于缺氧状态,很容易加速底泥磷的释放,从而导致湖水磷浓度的增高。

到了秋季湖水对流,底层的内源性磷对流到湖表层,提高了湖表层水中磷的浓度,为藻类第二年的大量繁殖提供了充足的营养物质,使得湖泊持续保持富营养状态。

1.3研究目的和方法

太湖位于太湖流域的中心，具有蓄洪、灌溉、航运、供水、水产养殖、旅游等多项功能。

目前太湖流域因浮游植物过度生长而引起的湖泊富营养化,破坏了湖泊的生态系统,严重影响湖区工农业生产和人民生活水平。

为了控制湖泊富营养化,就必须揭示其发生机理,分析富营养化发生的主要驱动因子氮、磷,并分析其变化规律。

控制由富营养化引起的藻类爆发，分析藻类的生长因素。

从而有效制约其过度生长，以最终达到控制太湖富营养化的目的。

2太湖的水体富营养化

2.1太湖水环境概况

太湖是中国第三大淡水湖，面积2338km²,年吞吐量约53亿m³，出入湖河流224条，其中入湖河流70多条，出湖河流150多条。

太湖流域人口稠密，经济发达，1994年流域内总人口3468.9万人，密度950人/km²，是全国人口密度的7.5倍。

同年该地区国内生产总值4410亿元，占全国总数的14.0%。

太湖位于太湖流域的中心，具有蓄洪、灌溉、航运、供水、水产养殖、旅游等多项功能，同时也是无锡、苏州两市的主要饮水源及上海与浙东地区主要水源供给地。

近年来不合理开发与大量污染物排放入湖，使太湖水质污染严重，加之湖泊自身的水文特征等效应，使太湖富营养化形势严峻，湿地生态环境恶化，影响人民日常生活，制约流域经济发展。

2.2太湖水体富营养化现状

2.2.1太湖水体富营养化的历史与演变

自20世纪50年代以来，太湖水质总体上呈现下降趋势。

1960年湖泊的总无机氮（TIN）仅0.05mg·1-1，硝酸根（PO43--P），水质良好[5]，直至1981年时，TIN达到了0.894mg·1-1，较1960年上升了49%[6]，1988年TIN和TN分别为1.115mg·1-1和1.84mg·1-1[7]，1998年分别为1.582mg·1-1和2.34mg·1-1。

1988年总磷（TP）和CODMn分别为0.032mg·1-1和3.30mg·1-1[8]。

1998年分别为0.085mg·1-15.03mg·1-1分别上升2.66倍和1.53倍。

因此，太湖水质平均每10a下降一个等级。

伴随着营养盐浓度的增加，湖泊的蓝藻水华问题也越来越严重。

水华爆发的范围从20世纪60年代的五里湖，逐步扩展至整个北太湖。

2.2.2太湖水体富营养化的现状

从2007年5月25日开始，江苏无锡市城区自来水水质突然发生变化，29日市区内大批市民家自来水出现难闻的气味，无法正常饮用。

导致全市发生饮用水危机，一时间，市面上的矿泉水、纯净水被抢购一空，超市内各种桶装水一度脱销。

给市民的生活带来了极大的困难。

而造成自来水变质、发臭的直接原因是太湖蓝藻大面积暴发所致。

根据监测数据显示：

今年入夏以来，无锡太湖出现50年以来最低水位，加上天气连续高温少雨，太湖水富营养化较重，诸多因素导致蓝藻提前暴发，影响了自来水水源地水质。

虽然现在太湖蓝藻事件已经平息，但给予我们的教训是十分深刻的。

俗话说，冰冻三尺非一日之寒。

其实，蓝藻在太湖每年都有，只不过是今年暴发的更加厉害了。

去年1～4月太湖水温高于多年平均值，尤其是4月份月平均水温为近25年中最高，且4月25日以后太湖水温一直超过20℃，极利于藻类生长；同时，今年1～4月太湖始终处于相对较低的水位，4个月平均水位为2.94米，导致较低水位的梅梁湖水质进一步恶化。

2.2.3太湖水体富营养化的原因

太湖蓝藻爆发和其富营养化发生、发展是一长期过程，其影响因素众多，概括起来主要有以下六方面。

2.2.3.1太湖的湖泊形态和水文特性

太湖是平原浅水湖泊，存在对水质改善不利因素。

太湖平原是外高、内底的碟形洼池，地表径流自四周河道汇集入湖，养分易聚集，换水周期较长，丰水年251d，平水年492d，枯水年更长。

湖水流速0.2～6.0cm/s，湖水更新自净能力差，且多处出水口受堵，湖中养分易进难出，在湖中滞留时间过长，尤其枯水季养分在湖中大量累积，为春末初夏藻类生长提供充足营养。

岸线曲折，湖东北部形成众多湖湾，如梅梁湖和东太湖等。

该地夏季盛行东南风，浮游藻类随风漂移，聚在湖湾形成“水华”，对无锡市（梅梁湖）供水构成严重威胁。

作为浅水湖泊，太湖平均水深1.8m，表、底层不断循环，养分带到表层促进藻类生长。

在夏季可能出现短期分层现象，底层有机物质分解，导致溶解氧迅速消耗