土壤磷、氮與水體富營養化

姜婧，劉琳

（河北省保定生態環境監測中心，河北 保定 071000）

“富營養化”問題成為當前的重大環境問題之一，它是一種由于磷、氮等植物營養物質含量過多所引起的水質污染現象。主要表現為水中的營養物質氮、磷超過湖體的自凈能力，進而引起藻類過量生長、繁殖。

1 水體富營養化

水體富營養化分為兩種類型:一是天然富營養化,二是人為富營養化。天然富營養化是湖泊水體生長、發育、消亡整個生命史中必經的天然過程，這個過程極其漫長。人為富營養化演變的速度非?？欤梢栽诙唐趦仁顾w由貧營養化狀態變為高營養狀態。

隨著工農業生產大規模的迅速發展，人為富營養化越來越嚴重。人口密集的城市排放出大量含磷、氮營養物質的生活污水排人湖泊、河流、水庫，增加了這些水體的營養物質的負荷量，同時，在農村，為了提高農作物產量，施用的化學肥料和牲畜類便逐年增加，經過雨水沖刷和滲透，以面源的形式使一定數量的植物營養物質最終輸送到水體中。

氮和磷是富營養化水體中的特征污染物，是植物和微生物的主要營養元素。國際上一致認為湖水中總磷濃度0.02mg(P)/L、總氮濃度0.2mg(N)/L是水體富營養化的發生濃度。由于水體中所含氮磷的影響，特別是封閉水體中的氮磷，導致水體中的藻類大量繁，藻類的繁殖又會吸收水體中部分的氮和磷，藻類的死亡和解體又將所吸收的氮和磷釋放到水體中去，造成水體中藻類的惡性繁殖。一方面影響水體的水質，會造成水的透明度降低，使得陽光難以穿透水層，從而影響水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的過飽和狀態。溶解氧的過飽和以及水中溶解氧少，都對水生動物有害，造成魚蝦大量死亡。同時，藻類本身有藻腥味會引起水質惡化產生腥臭難聞的氣味。另一方面富營養化水體中所含的硝酸鹽和亞硝酸數以及藻類所含的蛋白質毒素會富集在水產物體內，人畜長期飲用這些物質含量超過一定標準的水，也會中毒致病。

2 土壤磷素與水體中的含磷化合物

水體中的磷是以多種形態存在的，所有的無機磷幾乎完全以磷酸鹽形態存在，也就是磷的完全氧化態。天然水中的磷是由礦石風化、侵蝕，淋溶、細菌作用、農業肥料、污水和洗滌劑排入等構成，其中可溶性磷化合物包括正磷酸鹽、聚合磷酸物、有機磷酸物，此外還有呈膠體和顆粒態的有機磷化合物存在。水體中可溶性磷含量少，因它們很容易與Ca2、Fe、Al等生成難溶性沉淀物沉積于水體底泥。

土壤中的磷以有機、無機態兩種形態存在。有機態磷在土壤全磷量中占20%～80%，主要包括相對不穩定的磷脂、核酸，肌醇及腐殖酸，土壤中無機磷種類較多，成分也比較復雜，主要包括：（1）由物理吸附作用結合比較松散的活性磷；（2）由鐵、鋁水合氧化物結合的磷；（3）磷灰石中與鈣結合的含磷化合物；（4）與碳酸鹽結合的磷；（5）較穩定的礦物磷，如磷釔礦、獨居石。

現代農業施肥時大量施用磷肥，導致磷在土壤中的積累量大大增加，而磷在土壤中的積累是導致磷流失增加的根本因素。

磷的流失主要是通過地表徑流流失，從土壤中的流失包括溶解態和顆粒態兩個部分，溶解態磷包括無機正磷酸鹽，有機磷化合物和絡合物；顆粒態磷包括全部初級和次級礦物磷、有機磷以及吸附在礦物和有機顆粒上的磷。隨著農業生產中磷肥的施用，磷的流失量也明顯增加。

3 土壤氮素與水體中的含氮化合物

水體中的含氮化合物可分為有機氮和無機氮兩大類，有機氮大多是農業廢棄物和生活污水中的含氮有機物，它包括蛋白質、氨基酸和尿素等：無機氮指的是氨氮、亞硝酸態氮和硝態氮等，它們一部分是有機經微生物分解轉化作用而產生的，一部分直接來自使用化肥的農田退水和工業排水。

土壤中氮分為兩種形態，一種是有機態的氮，另一種是無機態的氮。有機態的氮是土壤中氮的主要部分，一般占土壤全氮量的92%-98%。土壤含氮有機物主要來自動植物殘體、根分泌物及微生物的軀體。土壤中的無機氮主要包括氨態氮、硝態氮、亞硝態氮和氮氣，其中氮氣不能直接利用，但它是土壤中氮素損失的途徑之一。

土壤中氮的去向，可分為三個方面，即作物吸收、損失和土壤中殘留?！巴寥乐械膿p失途徑有氨揮發、反硝化、淋洗、徑流、側滲，以及通過地上部的直接損失等。這些損失的氮通過各種途徑進入水體，增加水體中氮的營養含量，造成水體的富營養化。

4 富營養化的危害

水體出現富營養化現象時主要表現為浮游生物大量繁殖，如藻類，藻類本身使水道堵塞，魚類生存空間減少，使水體生色，透明度降低，其分泌物又能引起水臭、水味，在給水處理中造成各種困難，更重要的是富營養化還可能破壞水體中生態系統中原有的平衡。藻類過量的繁殖將使有機物生產速度遠遠超過消耗速度，從而使水體中的有機物積蓄，其引起的后果就是：

（1）促進細菌類微生物的繁殖，一系列異養生物的生物鏈都會有所發展，使水體耗氧量大大增加，生長在光照所不能達到的水層深處的藻類因呼吸作用也大量消耗氧使水體處于嚴重缺氧狀態，嚴重影響魚類生存。

（2）藻類種類逐漸減少，沉于水底的死亡藻類在厭氧分解過程中促進大量厭氧菌繁殖，產生有害氣體及生物毒素，傷害水生生物。

（3）氨氮豐富的水體開始硝化細菌繁殖，在缺氧狀態下轉向反硝化過程。

綜上所述，富營養化發生后，首先引起水底有機物消耗速度超過其生長速度，處于腐化污染狀態，并逐漸向上層擴展，在嚴重時可使一部分水體區域變為腐化區，這樣由富營養化而引起有機體大量生長的結果，倒過來又走向其反面，藻類、植物及水生物、魚類趨于衰亡以致絕跡。這種現象可能周期性的交替出現，破壞水域的生態平衡，并且加速湖泊水體的衰亡過程。水體富營養化的危害極大，不僅在經濟上造成極大的損失，而且富營養化水體中過量的藻類會堵塞水處理構筑物，同時由于藻類的新陳代謝以及水藻本身產生的毒害物質增加了水處理技術難度及水處理成本，而且危害人類健康。富營養化的水體在很多用途方面都被認為是劣質水體。

5 水體富營養化的防治

水體富營養化主要來源于外源污染，因此，對富營養化水體的防治應首先從控制和消除外源污染著手。

（1）控制排入水體的污染物（氮、磷）濃度，絕大多數水體富營養化主要是外界輸入的氮、磷等營養物質在水體富集造成的，如能減少或者截斷外部輸入的營養物質，就使水體失去了營養物質富集的可能性，因此減少排入水體的污水中氨、磷濃度，控制外源性營養物質的輸入，是防治水體富營養化的重要手段。

我國現執行的《污水綜合排放標準》（GB8978-2002）明確了適合所有排放單位非常嚴格的磷酸鹽排放標準和較嚴格的氨氮排放標準：磷酸鹽≤0.5mg/L（一級）及1.0mg/L（二級）,氨氮≤15mg/L（一級）及25mg/L（二級）。

對排入水體的廢水進行脫氮除磷處理，使其含量符合國家的排放標準，是防止水體富營養化，解決點源污染的重要措施。近年來，我國環?？蒲袉挝缓痛髮Ｔ盒ｉ_展了對污廢水脫氮除磷處理工藝的深入研究，已經取得了較成熟的工藝流程和較滿意的使用效果。目前，有效地降低污水中的氮、磷含量更經濟、更高效的脫氮除磷工藝不斷研發，新處理技術得到了進一步應用。

污水脫氮除磷的方法主要包括物理化學法、生物處理法和生物-化學聯合法。其中，生物法除磷脫氮由于其處理效率高、運行成本較低、污泥處理相對容易，而受到廣泛重視。

（2）治理水土流失，目前我國水土流失面積已達367萬km，占國土總面積的32.8%，已構成全國性威脅。1988年流失表土面積至少50億噸，嚴重的水土流失，不僅惡化了當地生產生活條件和生態環境，而且對下游地區造成極大危害，同時，水土流失作為載體，將大量面源污染物帶入下游，加劇了水體水質的惡化，對人們的飲水安全構成嚴重威脅。

（3）農業施肥提倡化肥和有機肥混合施用，化肥可以被有機肥料吸收保蓄，減少流失?？梢栽黾幼魑餇I養，有機肥所含養分較全，肥效穩定長久，含有機質多，能提高土壤有機質含量，改善土壤理化性質。不但可以供給作物，而且可以供給土壤微生物以氮、磷、鉀等養分，以及維生素和生長激素等。這樣，就可以避免或減少土壤營養物質的流失，減少因此產生的水體污染。

（4）對畜禽糞便處理的最好途徑就是用作“農家肥”，否則，應進行無害化處理后方可排入水體。水體富含營養物質的底泥會成為水體的內源污染，采取清淤挖泥的方法，通過對底泥的清掏，減少水體沉積物的營養鹽含量，從而減輕可能發生的內源污染。另外，也可以投加化學復合劑改良緩流水體底層水質，化學復臺劑主要成份是過氧化鈣，投入水中能迅道增氧，促進硝化作用，降低池水的氨氮、亞硝酸鹽的含量，還能補充生物生長所需的鈣，并使底質疏松透氣，利于有機質的完全分解?？傊?，消除水體的內源污染關鍵在于消減水體及底泥中的氮、磷負荷，以消除藻類瘋長的基礎，達到降低水體中藻類生物量、提高水體透明度的目的。

6 富營養化治理的意義

富營養化的治理，意義重大，主要由以下幾個方面：

（1）對富營養化湖庫水體進行治理修復，是社會經濟發展、城市景觀、生態環境建設的迫切需要，具有經濟和環境雙重效益。（2）明顯提高富營養化湖庫水體的處理效果、大大縮短治理周期、有效降低處理成本。（3）恢復水體使用功能，有效緩解我國水資源嚴重匱乏的問題。（4）改善居民居住環境，提高人民生活質量。