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富营养化和水华

已有 10020 次阅读 2007-12-7 18:27 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

(说明:本质上水体富营养化只是指水体中承受了过量的氮磷等营养盐元素。不过由于藻类等水生浮游植物在适宜的条件下(适宜的温度、光强、水动力条件),就会过量繁殖,引发水华现象,如07年的太湖蓝藻爆发。也因为如此,目前常将水体富营养化和水华直接挂钩,虽然富营养化并不一定就会引发水华,例如长江的污染就很重,但是因为水量大很难达到引发水华的条件。)

1 什么是水体富营养化
水体富营养化是水质恶化的一种极端表现形式:当天然水体承受过量营养盐(如氮、磷等),其中某些特征性藻类会过度繁殖,当水体中的生物量超过一定限度导致水体水质急剧恶化就称为水体富营养化。理论上富营养化在任何水体都有可能发生,实则主要出现在湖泊、水库、河口、海湾等较封闭的缓流水域,当出现在江河湖泊时称为水华,出现在海洋中则称为赤潮。

在天然情况下湖泊型水体常趋于富营养化。在形成初期大部分湖泊的水质呈贫营养状态,随着时间推移,水体因降雨、溪流和土壤冲刷等作用而被迫不断地接受氮磷等营养物质,水生物逐渐增多,输入的泥沙会同死亡的生物沉积形成底泥。底泥不断增加导致湖泊逐渐沼泽化,最终成为陆地。这个为期漫长的过程被称为天然富营养化,湖泊生成、发育直至湮没的时间跨度取决于湖泊自身特点、气候等因素。

人类社会生产力的发展导致经济持续高速增长,与此所伴生的最大负效应就是环境污染特别是水体污染日益严重,江河湖泊的水环境质量日趋恶化。湖泊水库多具有缓流特性,自净能力差,特别容易受到污染;工农业废水和市政污水未经处理即大量排入水体,使营养盐元素过量会刺激藻类的生长,促使水体的富营养化速率大大加快,该进程被称为人为富营养化过程。

在上世纪50年代和60代一些发达国家先后有大量湖泊水库出现了藻类异常增多的现象,造成一系列社会问题,引起了广泛重视。我国的湖泊水库富营养化问题出现在上世纪80年代初,部分城市湖泊因为大量容纳工业废水和生活污水而逐渐富营养化,如南京玄武湖和杭州西湖等,到目前为止水体富营养化现象已经遍及了全国,甚至包括太湖、滇池和巢湖这样的大型湖泊。2007年春季爆发的太湖蓝藻危机已经表明,水质型缺水严重威胁着中国人的生存状态。(六月文娱 www.entuu.com

2 水体富营养化对环境的危害


水体富营养化最显著的特点就是藻类的过量增长,造成水质恶化和生态循环异常等一系列负面影响:
湖泊水库发生富营养化,生物浓度明显增大,使水体变得浑浊,透明度明显降低,湖水的感官性状大大下降;富营养化水体中有些藻类还会发出异味,直接影响人们的正常生活。

水体呈富营养化状态时,过量聚集的藻类和高等水生植物遮盖了水面,不仅阻碍着水体的大气复氧,而且明显削弱了经水面照射进入水体的光强;湖泊深水区由于无法得到足够的光照和氧气,光合作用受到明显抑制;与此同时,藻类死亡沉积湖底经腐烂分解产生大量的有机物后,这些有机物也会大量消耗深层溶解氧。以上诸多因素的综合作用最终可能使深层水体呈现严重缺氧状态,这使得好氧生物难以生存,底泥中的磷酸盐和氨因此而释放加快,产生的硫化氢和氨气等有害物质明显增加,其结果是无脊椎动物和鱼类相继大量死亡。(六月文娱 www.entuu.com

研究表明,近半数的富营养化水体含有毒性,一般认为保持合适的光强、温度以及营养盐等外界因素对藻类释放毒素有一定的控制作用。对2000多种蓝绿藻的研究表明,约有40余种蓝绿藻可产生毒素;湖泊中则主要是藻青菌在生长中释放毒素。不同属的藻青菌分别会产生诸如神经毒素、肝毒素、细胞毒素和细菌内毒素等毒性物质:神经毒素的毒性最大,但是在水中的衰减也是最快;肝毒素能以非稳定的形式存活数年,难以去除;常见的细胞毒素是植物碱基藻毒素,会破坏生物体内细胞,爆发肠胃炎、肝炎等疾病;隶属于细菌内毒素的脂多醣体内毒素会刺激人的皮肤,造成一系列免疫反应。


在富营养化的水体中,浮游植物以蓝藻和绿藻为优势种类,这有利于吞食浮游植物的鱼类快速生长,而原有养殖价值较高的鱼类如鲑鱼等则因水体的富营养化而逐渐死亡。

3 水体富营养化对人类社会的影响


水体富营养化进程几乎涉及到湖泊水库的全部外部环境因素,人类社会的运转方式和历史文化因素等都对水体富营养化进程中起决定性作用。中华文明能延续数千年蓬勃发展到如今,很重要的原因是我们祖先历来重视人与自然和谐相处,早在五百年前苏州在明朝就制定了或许是世界上第一个环保法规“永禁虎丘染坊碑”,禁止在苏州虎丘地区开设染坊以免污染周边河水,这比英国指定的第一个环境保护法规早了近100年。中国古代社会世代相传形成良好的发展模式,生活废弃物不得直接排入水域而经处理后纳入农业生态循环,有效地保护了水质。然而,20多年以来,我们加速发展工业却忽视所产生的大量污水,农业追求产量也越来越依赖农药化肥;总之,人们脱贫致富心切却忽视了环境保护,结果在逐步富裕起来的过程之中我们也不可避免地面临湖泊富营养化现象。


水体严重富营养化给社会经济造成全方位的负面影响,损失难以估量:湖泊水库的水体透明度下降后呈浑浊状,臭味弥漫,其旅游价值严重降低;富营养化水体中浮游生物大量繁殖滋生,不但增加了水厂进行水质处理的成本投入,严重甚至堵塞航道,影响航运;缺氧使鱼类等水生物大量死亡,对水产养殖业带来的破坏不容忽视;湖泊水库治理的成本随水体富营养化程度的提高而急剧增加,我国已经为此付出沉重代价,如1999年我国规划“三河三湖”水污染防治工程,5年内计划投资达1036.3亿元人民币,而“太湖水污染防治九五规划和2010年长期规划”中治理的工程费用预期高达204亿元人民币,为治理而关闭的企业为数众多和加上“退湖还鱼”等所造成的损失更是难以估计。 (六月文娱 www.entuu.com


人们根据自己的认识采用多种措施试图治理和遏制水体的富营养化过程。实践表明,目前湖泊水库的富营养化治理效果和预期存在着较大差距。水体富营养化不但是水体中一系列物理、化学和生物变化的复杂过程,在宏观层面上更是水体对诸多外界因素的综合反应,因此需要更科学更可靠的研究来进行指导。如何积极有效地保护好我们赖以生存的自然水源,避免和治理水体富营养问题,将是人类社会面临的一个严峻的考验。

湖泊水库的富营养化以及其它环境恶化现象对人类社会的发展模式提出了更高的要求,除了多层次全方位加强监督与管理外,还必须上升到立法的高度,强制执行。美国在1972年修改了《水污染控制法》(Federal Water Pollution Control Act)将水体富营养化列为水污染的重要问题,我国也立法制定了多个专项标准,如《湖库富营养化防治技术政策》等;通过环保普及教育,增强公民对水环境保护意识十分重要;显然,唯有不断加强国际间的合作才有可能应对乃至彻底消除全球水体富营养化问题。





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