我國湖泊富營養(yǎng)化問題及其控制措施研究進(jìn)展

吳瑤潔等

摘要：指出了當(dāng)前環(huán)境形勢下，河流、湖泊面臨的一個(gè)主要環(huán)境問題就是富營養(yǎng)化，其主要是由于河流、湖泊等水體流入了大量的營養(yǎng)物質(zhì)所造成。在有效控制了外源污染物后，污染沉積下來的物質(zhì)即污染沉積物便成為潛在的污染源。湖泊沉積物中的磷在一些特定條件下會轉(zhuǎn)變成為湖泊營養(yǎng)物質(zhì)磷的來源。主要分析了當(dāng)前我國湖泊出現(xiàn)富營養(yǎng)化的原因及其產(chǎn)生的危害，并探究了控制湖泊富營養(yǎng)化的技術(shù)措施以及對湖泊沉積物中磷污染釋放及其影響因素。

關(guān)鍵詞：湖泊富營養(yǎng)；問題；措施

中圖分類號： X524

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 16749944（2015）06018903

1 引言

相關(guān)資料研究表明：我國當(dāng)前已有80%的湖泊出現(xiàn)了富營養(yǎng)化現(xiàn)象。社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致環(huán)境問題越發(fā)嚴(yán)峻，水體污染是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。然而由于大面積的湖泊出現(xiàn)富營養(yǎng)化的問題，并且當(dāng)下水質(zhì)越發(fā)惡化，很多湖泊面積逐漸趨于萎縮，湖泊的生態(tài)系統(tǒng)已然受到極大的影響，這對城市化的進(jìn)程以及可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境保護(hù)策略都會造成制約。近幾年來，政府已經(jīng)在治理湖泊環(huán)境問題上投入了大量的資金和精力，尤其是對太湖、巢湖以及滇池的治理，雖然采取的措施將外源污染物質(zhì)進(jìn)行了控制，但是湖泊的水質(zhì)并未發(fā)生明顯的變化，究其原因主要是湖泊內(nèi)源有營養(yǎng)鹽的釋放，特別是內(nèi)源磷的釋放。文章就湖泊富營養(yǎng)化問題的現(xiàn)狀、危害和控制措施以及沉積物磷污染釋放控制展開探究，期望可以提供一定的指導(dǎo)。

2 湖泊富營養(yǎng)化

2.1 湖泊富營養(yǎng)化的定義

湖泊富營養(yǎng)化是指湖泊等水體接納過量的氮、磷等營養(yǎng)物，使藻類以及其它水生生物異常繁殖，水體透明度和溶解氧變化，造成湖泊水質(zhì)惡化，加速湖泊老化，從而使湖泊生態(tài)系統(tǒng)和水功能受到阻礙和破壞。

一般而言，富營養(yǎng)化主要有天然富營養(yǎng)化與人為富營養(yǎng)化兩種，二者的共同點(diǎn)均在于其產(chǎn)生原因上。湖泊出現(xiàn)天然富營養(yǎng)化則是湖泊水體生命的一個(gè)周期，從水體的生長→發(fā)育→老化→消亡，這是一個(gè)必經(jīng)的過程，這一過程的周期很漫長，所以對其的描述通常都是以世紀(jì)或者地質(zhì)年代來進(jìn)行描述的。湖泊的人為富營養(yǎng)化則是由于人類大量排放的生活、生產(chǎn)污水以及工業(yè)廢水含有使水體富營養(yǎng)化的物質(zhì)，這種情況下，其演變的速度是極快的，甚至能夠使水體在短時(shí)期內(nèi)由貧營養(yǎng)狀態(tài)變成富營養(yǎng)化的狀態(tài)[5]。

2.2 我國湖泊富營養(yǎng)現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)表明，通過對全國84個(gè)具有代表性的湖泊進(jìn)行富營養(yǎng)化評價(jià)，發(fā)現(xiàn)：一半以上的湖泊出現(xiàn)富營養(yǎng)化的狀態(tài)。由此可見，我國的湖泊富營養(yǎng)化情況變得相當(dāng)嚴(yán)峻。在我國除一些人煙稀少的淡水湖區(qū)域以及還保持著原始狀態(tài)的湖泊之外，其他湖泊營養(yǎng)鹽水平的濃度已經(jīng)超過了湖泊富營養(yǎng)化的標(biāo)準(zhǔn)濃度。尤其是我國的幾大淡水湖中營養(yǎng)鹽的濃度都已經(jīng)超過了磷、氮富營養(yǎng)化的發(fā)生濃度，總氮濃度甚至超過10倍之上。當(dāng)下，我國的太湖以及巢湖都已經(jīng)完全變?yōu)楦粻I養(yǎng)化狀態(tài)[3]。

3 湖泊富營養(yǎng)化對生態(tài)環(huán)境造成的影響

3.1 對水域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境造成的危害

首先，湖泊富營養(yǎng)化對湖泊水體棲息物種的生存狀態(tài)造成極大的影響。因?yàn)樵孱惓霈F(xiàn)爆發(fā)性的繁殖，水藻類出現(xiàn)大量的死亡，其中微生物在分解時(shí)將消耗大量的溶解氧，造成水中溶解氧含量大幅度降低，當(dāng)?shù)陀谝欢ǔ潭葧r(shí)，水里的魚蝦類生物就會因缺氧而窒息死亡。此外，水中大量的浮游藻類密集度太高將投射的光線阻擋在外，水底的植物的光合速率就會因此而降低，光合作用下產(chǎn)量自然會因此減少，便會影響底棲植物的生長發(fā)育。

3.2 水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡被打破

高度密集的水華浮游藻類會產(chǎn)生藻毒素，水中的水生物種則會因此大量死亡，水體的初級生產(chǎn)量也會因之降低，浮游藻類的排泄物以及大量死亡的水生生物就會沉積在水底，沼澤湖泊開始陸地化；打破了其原本的群落結(jié)構(gòu)，水生生態(tài)系統(tǒng)中能流以及物質(zhì)循環(huán)就會出現(xiàn)障礙，整個(gè)水體的生態(tài)系統(tǒng)就會遭到破壞。

3.3 對水域生態(tài)景觀造成破壞

水面密集著大量的浮游藻類，其會形成一些泡沫或者是一層薄皮，另外加上一些死亡的藻類以及魚類漂浮在里面，將原本透明清澈的水體變得越發(fā)渾濁，加劇了湖泊水庫的沼澤化程度，對于湖泊原本的生態(tài)景觀造成極大的不利影響。與此同時(shí)，湖泊水體中腐爛的魚蝦等水生生物在腐爛過程中會產(chǎn)生惡臭，極大地影響到了水體的景觀價(jià)值。

3.4 對飲用水安全造成的影響

大多數(shù)的湖泊同時(shí)還兼具飲用水源地的功能，當(dāng)湖泊水體受到影響，對自來水廠生產(chǎn)的水的質(zhì)量將造成極大的破壞。如大型水庫等的水體中出現(xiàn)有害的浮游水華類植物，其釋放的毒素對生物和水源都會造成一定的污染，最終致使水庫水質(zhì)下降。自來水廠如果以此種水源進(jìn)行飲用水的生產(chǎn)，最終會給居民用水造成不安全的影響。另外，湖泊里的魚蝦如果吃了水華暴發(fā)的水生生物水藻，毒素聚集在其體內(nèi)，通過食物鏈這個(gè)系統(tǒng)，傳遞到人體內(nèi)，人們食用含有毒素的水生生物，勢必會對人類的身體健康產(chǎn)生不利的影響。據(jù)相關(guān)學(xué)者的研究資料表明，我國南方之所以出現(xiàn)肝癌高發(fā)的狀況，就是由于藍(lán)藻毒素引起的[10]。

4 湖泊富營養(yǎng)化控制措施

對產(chǎn)生富營養(yǎng)化的湖泊進(jìn)行控制，主要的方式方法有二種：即對外源和內(nèi)源的控制。下面就兩種不同控制措施進(jìn)行簡要概述。

4.1 控制外源污染

因?yàn)橥饨绱罅繝I養(yǎng)物質(zhì)流進(jìn)湖泊內(nèi)導(dǎo)致其出現(xiàn)富營養(yǎng)化的情況，所以在控制湖泊富營養(yǎng)化的過程中，加強(qiáng)對外源的控制尤為必要。通過運(yùn)用技術(shù)手段、采取科學(xué)合理的管理方式，可以將流入湖泊水體中的磷氮等物質(zhì)進(jìn)行有效的限制。此類方式對于防止湖泊出現(xiàn)新的富營養(yǎng)化以及已經(jīng)發(fā)生富營養(yǎng)化的湖泊是有效的控制手段。外源控制湖泊富營養(yǎng)化的方式方法還有對外源營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移、對點(diǎn)源污染的有效控制、對含磷洗滌劑等的有效控制以及對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面污染的控制等[4]。

4.2 控制內(nèi)源污染

湖泊內(nèi)各種營養(yǎng)物質(zhì)沉積、污染物的大量蓄積產(chǎn)生的污染底泥屬于主要的內(nèi)源污染物。其同時(shí)也是湖泊的主要污染源。當(dāng)湖泊環(huán)境發(fā)生變化，聚集在沉積物中的營養(yǎng)鹽就會通過釋放繼而影響到水體環(huán)境。當(dāng)控制好湖泊外源的污染物后，變?yōu)橹饕廴驹吹某练e物可能會因?yàn)榧竟?jié)因素的影響維持湖泊富營養(yǎng)化十余年之久。

國內(nèi)外在控制內(nèi)源污染問題上，多采用清淤挖泥、鈍化營養(yǎng)鹽、底層曝氣、沖刷稀釋、將湖水的氮磷比進(jìn)行有效調(diào)節(jié)、覆蓋底部沉積物及絮凝沉降等措施。依據(jù)其使用技術(shù)的不同作用機(jī)理，對于湖泊沉積物的污染控制主要有以下三種技術(shù)。

4.2.1 氧化技術(shù)

湖泊底部水體溶解氧缺乏、氧化還原電位出現(xiàn)下降的狀況均與湖泊底部沉積物中的營養(yǎng)鹽釋放有關(guān)。采用化學(xué)及物理方法對底部水體的溶解氧進(jìn)行有效增加，對于污染物的釋放可以有效減少。其方式主要有化學(xué)增氧、人工曝氣以及破壞分層等等[2]。

4.2.2 疏浚技術(shù)

將表層的污染沉積物挖出的方式又稱為沉積物疏浚，這樣可以有效減少其釋放的污染物。湖泊內(nèi)的污染源通過沉積物的疏?？梢缘玫接行У目刂?，湖泊容量也會因之而增加，對于湖泊內(nèi)部的水生植物也會有很好的控制[7]。然而需要注意的是，在湖泊沉積物疏浚的過程中，容易導(dǎo)致沉積物出現(xiàn)再懸浮狀況，導(dǎo)致湖泊水體透明度因而下降。而且湖泊沉積物中的高濃度有機(jī)物、CH4、H2S、 NH3等也會因此擴(kuò)散到水體中去，藻類因此也會大面積增長，其生長的同時(shí)也會消耗大量的溶解氧。除此之外，疏浚過程中對于水生植物的生長環(huán)境也是一種破壞，其競爭優(yōu)勢也會隨之削弱，導(dǎo)致水體中藻類植物大量加劇增多，底棲生物群落也會因?yàn)槭杩６庵缕茐?，恢?fù)期至少需要兩三年之久。再加上疏浚過程中會產(chǎn)生大量的噪聲以及大氣污染，周邊居民的生活環(huán)境也會因此受到嚴(yán)重影響，在自然降雨沖刷的外力作用下，污泥流進(jìn)附近水體中，周圍水環(huán)境也會因此遭受二次污染。所以在運(yùn)用疏浚技術(shù)處理湖泊富營養(yǎng)化的問題上，需要對其后續(xù)的沉積物以及配套水處理設(shè)施加以科學(xué)合理的管理，盡可能避免出現(xiàn)二次污染的狀況。

4.2.3 封閉技術(shù)

將化學(xué)試劑投加進(jìn)沉積物中，沉積物的表面會產(chǎn)生一層覆蓋層，固定水體和沉積物中的營養(yǎng)物質(zhì)，將會有效阻止沉積物內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)釋放到水體中。一般而言，采用封閉技術(shù)所用的試劑通常有：石灰、鐵鹽以及鋁鹽等。對于水體中的磷濃度通過運(yùn)用封閉技術(shù)可以有效去除，同時(shí)也會降低湖泊中藍(lán)藻的含量，水體透明度也會大大提高。此外，向湖泊中投放試劑，一般公眾的接受度不高，但是投放試劑雖投資大卻不需要維護(hù)費(fèi)用。

5 湖泊沉積物磷污染控制研究進(jìn)展

5.1 沉積物磷的釋放

可以說沉積物是污染物最為關(guān)鍵的蓄積庫，它所積累的污染物種類很多，具體包括重金屬、氮、磷等營養(yǎng)鹽以及其他降解難度比較大的有機(jī)物，其含有量占到了水體中污染物的百倍以上，與此同時(shí)還能夠和水相保持相對的動(dòng)態(tài)平衡。如果環(huán)境條件存在變化，那么沉積物所包含的污染物就有機(jī)會釋放，從而對水體造成二次污染。在水體浮游藻類具有一定限制性的營養(yǎng)元素里，磷元素是一個(gè)典型，水體中含量和湖泊的富營養(yǎng)化程度都會受到磷元素的影響。在相對的條件下，譬如，沉積物上覆水缺氧、風(fēng)浪擾動(dòng)、夏季升溫或pH值偏離中性的情況下，沉積物所包含的磷元素就會釋放出來，水體就會維持持續(xù)較高的磷濃度，最終出現(xiàn)藻類異常增殖現(xiàn)象。由此可見，控制沉積物的磷污染已然成為控制湖泊富營養(yǎng)化工作的重要組成部分。

另外，沉積物與水的關(guān)系就是吸收與釋放的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，通常情況下，沉積物含有較強(qiáng)的磷濃度，就會出現(xiàn)不斷向上的濃度梯度，從而導(dǎo)致磷元素的釋放。曾有觀點(diǎn)表示，內(nèi)源磷的釋放過程是通過pH值以及氧化還原電位所控制的一種物理化學(xué)過程。隨著科技的發(fā)展、研究的深入，人們開始意識到微生物對于磷元素轉(zhuǎn)移變化活動(dòng)也會有直接或者是間接的影響，由此可見，釋放內(nèi)源磷的過程是將物理、化學(xué)以及生物作用相結(jié)合的一種比較復(fù)雜的過程。

5.2 影響沉積物釋放磷的因素分析

溶解氧、擾動(dòng)、溫度以及pH值等都會影響沉積物中的磷釋放。磷在缺氧條件下會加劇釋放，要限制磷釋放則會耗費(fèi)大量氧，此外除厭氧條件釋放磷外，耗氧條件下也會加劇磷的釋放；磷和底泥對離子的交換以及吸附作用會受到pH值的影響，中性pH值情況下，磷釋放量較小，高堿環(huán)境下磷就會大量釋放；磷釋放受到溫度的影響屬于間接的，高溫環(huán)境下會加劇微藻類的活性，沉積物中磷也會加速釋放；內(nèi)源釋放磷的另一個(gè)影響因素就是擾動(dòng)，擾動(dòng)過程對于水質(zhì)的速度會加劇，產(chǎn)生磷釋放[9]。

6 結(jié)語

在運(yùn)用可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的過程中，如何使用安全無污染的清潔水是一個(gè)值得深思的話題。若不加以重視，造成的生態(tài)影響將更為巨大。對外源污染物加強(qiáng)控制，湖泊內(nèi)部的營養(yǎng)物質(zhì)加以清除或鈍化，同時(shí)運(yùn)用物理、化學(xué)或者生物學(xué)等方法手段處理水體污染中的各種問題，繼而建立完善的水生生態(tài)系統(tǒng)，此外治理湖泊富營養(yǎng)化是相關(guān)環(huán)境研究工作者面臨的一個(gè)長期問題。

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