我國湖泊富營養化問題及其控制措施研究進展

吳瑤潔等

摘要：指出了當前環境形勢下，河流、湖泊面臨的一個主要環境問題就是富營養化，其主要是由于河流、湖泊等水體流入了大量的營養物質所造成。在有效控制了外源污染物后，污染沉積下來的物質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變成為湖泊營養物質磷的來源。主要分析了當前我國湖泊出現富營養化的原因及其產生的危害，并探究了控制湖泊富營養化的技術措施以及對湖泊沉積物中磷污染釋放及其影響因素。

關鍵詞：湖泊富營養；問題；措施

中圖分類號： X524

文獻標識碼： A 文章編號： 16749944（2015）06018903

1 引言

相關資料研究表明：我國當前已有80%的湖泊出現了富營養化現象。社會經濟的飛速發展，導致環境問題越發嚴峻，水體污染是經濟發展的必然。然而由于大面積的湖泊出現富營養化的問題，并且當下水質越發惡化，很多湖泊面積逐漸趨于萎縮，湖泊的生態系統已然受到極大的影響，這對城市化的進程以及可持續發展的環境保護策略都會造成制約。近幾年來，政府已經在治理湖泊環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進行了控制，但是湖泊的水質并未發生明顯的變化，究其原因主要是湖泊內源有營養鹽的釋放，特別是內源磷的釋放。文章就湖泊富營養化問題的現狀、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。

2 湖泊富營養化

2.1 湖泊富營養化的定義

湖泊富營養化是指湖泊等水體接納過量的氮、磷等營養物，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，造成湖泊水質惡化，加速湖泊老化，從而使湖泊生態系統和水功能受到阻礙和破壞。

一般而言，富營養化主要有天然富營養化與人為富營養化兩種，二者的共同點均在于其產生原因上。湖泊出現天然富營養化則是湖泊水體生命的一個周期，從水體的生長→發育→老化→消亡，這是一個必經的過程，這一過程的周期很漫長，所以對其的描述通常都是以世紀或者地質年代來進行描述的。湖泊的人為富營養化則是由于人類大量排放的生活、生產污水以及工業廢水含有使水體富營養化的物質，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期內由貧營養狀態變成富營養化的狀態[5]。

2.2 我國湖泊富營養現狀

數據表明，通過對全國84個具有代表性的湖泊進行富營養化評價，發現：一半以上的湖泊出現富營養化的狀態。由此可見，我國的湖泊富營養化情況變得相當嚴峻。在我國除一些人煙稀少的淡水湖區域以及還保持著原始狀態的湖泊之外，其他湖泊營養鹽水平的濃度已經超過了湖泊富營養化的標準濃度。尤其是我國的幾大淡水湖中營養鹽的濃度都已經超過了磷、氮富營養化的發生濃度，總氮濃度甚至超過10倍之上。當下，我國的太湖以及巢湖都已經完全變為富營養化狀態[3]。

3 湖泊富營養化對生態環境造成的影響

3.1 對水域生態系統環境造成的危害

首先，湖泊富營養化對湖泊水體棲息物種的生存狀態造成極大的影響。因為藻類出現爆發性的繁殖，水藻類出現大量的死亡，其中微生物在分解時將消耗大量的溶解氧，造成水中溶解氧含量大幅度降低，當低于一定程度時，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，光合作用下產量自然會因此減少，便會影響底棲植物的生長發育。

3.2 水生生態系統的平衡被打破

高度密集的水華浮游藻類會產生藻毒素，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構，水生生態系統中能流以及物質循環就會出現障礙，整個水體的生態系統就會遭到破壞。

3.3 對水域生態景觀造成破壞

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渾濁，加劇了湖泊水庫的沼澤化程度，對于湖泊原本的生態景觀造成極大的不利影響。與此同時，湖泊水體中腐爛的魚蝦等水生生物在腐爛過程中會產生惡臭，極大地影響到了水體的景觀價值。

3.4 對飲用水安全造成的影響

大多數的湖泊同時還兼具飲用水源地的功能，當湖泊水體受到影響，對自來水廠生產的水的質量將造成極大的破壞。如大型水庫等的水體中出現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，最終致使水庫水質下降。自來水廠如果以此種水源進行飲用水的生產，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的水生生物水藻，毒素聚集在其體內，通過食物鏈這個系統，傳遞到人體內，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生不利的影響。據相關學者的研究資料表明，我國南方之所以出現肝癌高發的狀況，就是由于藍藻毒素引起的[10]。

4 湖泊富營養化控制措施

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

4.1 控制外源污染

因為外界大量營養物質流進湖泊內導致其出現富營養化的情況，所以在控制湖泊富營養化的過程中，加強對外源的控制尤為必要。通過運用技術手段、采取科學合理的管理方式，可以將流入湖泊水體中的磷氮等物質進行有效的限制。此類方式對于防止湖泊出現新的富營養化以及已經發生富營養化的湖泊是有效的控制手段。外源控制湖泊富營養化的方式方法還有對外源營養物質的轉移、對點源污染的有效控制、對含磷洗滌劑等的有效控制以及對農業生產方面污染的控制等[4]。

4.2 控制內源污染

湖泊內各種營養物質沉積、污染物的大量蓄積產生的污染底泥屬于主要的內源污染物。其同時也是湖泊的主要污染源。當湖泊環境發生變化，聚集在沉積物中的營養鹽就會通過釋放繼而影響到水體環境。當控制好湖泊外源的污染物后，變為主要污染源的沉積物可能會因為季節因素的影響維持湖泊富營養化十余年之久。

國內外在控制內源污染問題上，多采用清淤挖泥、鈍化營養鹽、底層曝氣、沖刷稀釋、將湖水的氮磷比進行有效調節、覆蓋底部沉積物及絮凝沉降等措施。依據其使用技術的不同作用機理，對于湖泊沉積物的污染控制主要有以下三種技術。

4.2.1 氧化技術

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

4.2.2 疏浚技術

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。湖泊內的污染源通過沉積物的疏浚可以得到有效的控制，湖泊容量也會因之而增加，對于湖泊內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，容易導致沉積物出現再懸浮狀況，導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物、CH4、H2S、 NH3等也會因此擴散到水體中去，藻類因此也會大面積增長，其生長的同時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境也是一種破壞，其競爭優勢也會隨之削弱，導致水體中藻類植物大量加劇增多，底棲生物群落也會因為疏浚而遭致破壞，恢復期至少需要兩三年之久。再加上疏浚過程中會產生大量的噪聲以及大氣污染，周邊居民的生活環境也會因此受到嚴重影響，在自然降雨沖刷的外力作用下，污泥流進附近水體中，周圍水環境也會因此遭受二次污染。所以在運用疏浚技術處理湖泊富營養化的問題上，需要對其后續的沉積物以及配套水處理設施加以科學合理的管理，盡可能避免出現二次污染的狀況。

4.2.3 封閉技術

將化學試劑投加進沉積物中，沉積物的表面會產生一層覆蓋層，固定水體和沉積物中的營養物質，將會有效阻止沉積物內營養物質釋放到水體中。一般而言，采用封閉技術所用的試劑通常有：石灰、鐵鹽以及鋁鹽等。對于水體中的磷濃度通過運用封閉技術可以有效去除，同時也會降低湖泊中藍藻的含量，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費用。

5 湖泊沉積物磷污染控制研究進展

5.1 沉積物磷的釋放

可以說沉積物是污染物最為關鍵的蓄積庫，它所積累的污染物種類很多，具體包括重金屬、氮、磷等營養鹽以及其他降解難度比較大的有機物，其含有量占到了水體中污染物的百倍以上，與此同時還能夠和水相保持相對的動態平衡。如果環境條件存在變化，那么沉積物所包含的污染物就有機會釋放，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元素里，磷元素是一個典型，水體中含量和湖泊的富營養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、風浪擾動、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，水體就會維持持續較高的磷濃度，最終出現藻類異常增殖現象。由此可見，控制沉積物的磷污染已然成為控制湖泊富營養化工作的重要組成部分。

另外，沉積物與水的關系就是吸收與釋放的動態平衡關系，通常情況下，沉積物含有較強的磷濃度，就會出現不斷向上的濃度梯度，從而導致磷元素的釋放。曾有觀點表示，內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過程。隨著科技的發展、研究的深入，人們開始意識到微生物對于磷元素轉移變化活動也會有直接或者是間接的影響，由此可見，釋放內源磷的過程是將物理、化學以及生物作用相結合的一種比較復雜的過程。

5.2 影響沉積物釋放磷的因素分析

溶解氧、擾動、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，高溫環境下會加劇微藻類的活性，沉積物中磷也會加速釋放；內源釋放磷的另一個影響因素就是擾動，擾動過程對于水質的速度會加劇，產生磷釋放[9]。

6 結語

在運用可持續發展戰略的過程中，如何使用安全無污染的清潔水是一個值得深思的話題。若不加以重視，造成的生態影響將更為巨大。對外源污染物加強控制，湖泊內部的營養物質加以清除或鈍化，同時運用物理、化學或者生物學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系統，此外治理湖泊富營養化是相關環境研究工作者面臨的一個長期問題。

參考文獻：

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[10]張錫輝.水環境修復工程學原理與應用[M].北京：化學工業出版社，2002.