1、湖泊富營養(yǎng)化成因及其綜合治理技術進展范榮桂，朱東南，鄧嵐(遼寧工程技術大學，阜新 123000)摘要：簡述了湖泊富營養(yǎng)化的現(xiàn)狀、成因和危害，提出了湖泊富營養(yǎng)化的治理對策，指出采取污染 源控制和生態(tài)修復是最根本、有效的治理方法，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，也將是今后富營養(yǎng)化治理 的發(fā)展方向。關鍵詞：湖泊；富營養(yǎng)化；污染源控制；生態(tài)修復Lake eutrophication causes and comprehensive management technology progressAbstract: Describes the present situation, cause and harm of

2、lake eutrophication, put forward the countermeasures of lake eutrophication, points out that pollution source control and ecological restoration is the most fundamental and effective treatment methods, comply with the requirement of sustainable development, also the future development direction of e

3、utrophication control.Key words: lake；eutrophication；pollution source control；ecological restoration我國是一個多湖泊的國家，全國共有 1 平方公里以上的湖泊 2759 個，總面積達 91019 平方公里， 占國土面積的 0.95。其中約 1/3 為淡水湖泊，主要分布在東部與長江中下游地區(qū)1。據(jù)第十三屆 世界湖泊大會統(tǒng)計，從上世紀 70 年代到現(xiàn)在的 40 年間，全國湖泊富營養(yǎng)化面積增長了約 60 倍，目前已達約 8700 平方公里，另有 1.4 萬平方公里湖泊的富營養(yǎng)化程度在加重2。1 湖泊富營

4、養(yǎng)化成因、危害及治理形勢最近幾十年來湖泊的富營養(yǎng)化，一方面與流域持續(xù)強烈人類活動引起的湖泊營養(yǎng)鹽不斷富集有 關，另一方面與江湖關系阻斷有關。人類活動導致的入湖營養(yǎng)鹽增加是湖泊富營養(yǎng)化的主要原因， 大量含有氮磷等營養(yǎng)物質的工業(yè)廢水和生活污水未經(jīng)處理便直接排放到湖泊中，農業(yè)化肥和農藥的 不合理使用也使大量營養(yǎng)物質經(jīng)過雨水沖刷和滲透，最終進入湖泊水體，再加上江湖阻斷使湖泊水 流速度大幅減緩，水體滯留時間增長，更新變慢，從而影響污染物在水體中的稀釋、擴散、講解和 轉化等過程，水體自凈能力減弱，在水溫、光照等適宜的氣候條件下最終形成湖泊富營養(yǎng)化。 湖泊 富營養(yǎng)化會導致水體質量下降，功能減退，水生態(tài)系統(tǒng)失

5、衡，加速湖泊老化；影響水體景觀，大量 肉眼可見的藍綠色絮狀物漂浮水面，產(chǎn)生惡臭，擴散到大氣中，使空氣遭受污染；破壞天然水產(chǎn)資 源，使魚類資源小型化，生物多樣性下降；更重要的是給治水供水帶來困難，污染人們的飲水水源， 影響人們的身體健康3-4。湖泊富營養(yǎng)化的嚴峻形勢和對人類生活的嚴重危害使其成為一個迫在眉睫的問題，發(fā)達國家在治理富營養(yǎng)湖泊方面已經(jīng)歷了半個世紀的研究與探索，但至今尚無一個湖泊實現(xiàn)了水質和生態(tài)的完 全恢復。因為湖泊富營養(yǎng)化是一個不可逆過程，即使內外污染源得到了有效控制，湖泊內的自然生 態(tài)恢復仍要經(jīng)歷一個長期的階段，如芬蘭的 Vesijalvi 淺水湖泊，早在 20 世紀 70 年代就

6、取出了 95%以上的外源磷負荷，但在 20 年后湖內的藍藻水華仍未減輕，現(xiàn)正致力于用生物調控措施實現(xiàn)湖內生 態(tài)恢復5-8。因此，湖泊富營養(yǎng)化治理是一項長期且艱巨的任務，不是單一的一項技術或措施就能輕 松解決的，要在嚴格控制外源污染的前提下，采取適當?shù)姆椒ㄖ鸩饺コ齼仍次廴?，同時利用生物、 生態(tài)方法，依靠水生態(tài)系統(tǒng)的自然規(guī)律，以自然演化為主，通過人工強化進行生態(tài)修復。2 湖泊富營養(yǎng)化的治理對策2.1藻類生長抑制 單靠抑制藻類生長并不能解決湖泊富營養(yǎng)化的問題，但在緊急情況下一些物理、化學除藻技術可用作應急措施快速除藻，也可作為輔助治理措施，作為生態(tài)修復的前奏。而生物抑藻技術則應綜 合考慮各種水生動植

7、物與微生物之間的相互影響和生態(tài)安全，應用時優(yōu)先考慮各物種間的關系及對 湖泊整個有機體的影響，構建合理的生態(tài)系統(tǒng)，在抑制藻類生長的同時達到更為重要的消減水體中 營養(yǎng)鹽的目的。2.1.1 物理、化學抑藻技術物理抑藻技術包括過濾法、沉淀法、遮光法、超聲波法、紫外線法等9-10。物理方法大多投資大， 運行費用高，且不能根治富營養(yǎng)化問題，因此應用不多?；瘜W抑藻法是指直接向水體中投加殺藻劑 殺死藻類生物，是一種工藝簡單、操作方便的的有效方法。常用的殺藻劑有硫酸銅、高錳酸鹽、液氯、ClO2、O3、和 H2O2 等11。這類方法雖然能迅速殺死藻類，立竿見影，但加入的化學藥劑本身也造成了二次污染，對其他水生生物

8、同樣存在毒性，即使在短期內沒有影響，也可能在水生生物內富集、 殘留而形成遠期的潛在危害，而且被殺死的藻類仍存留于水中，并未從根本上解決污染源的問題12。 因此，化學殺藻劑在實際應用上也有許多局限性，應謹慎使用，在急需水源的情況下可以考慮用作 應急措施。2.1.2 生物抑藻技術生物學控藻技術是利用藻類的天敵及其產(chǎn)生的生長抑制物質對藻類的生長、繁殖進行抑制，從 而達到控制藻類數(shù)量、防治富營養(yǎng)化帶來的各種危害，目前正處在研究發(fā)展階段。主要包括微生物 抑藻技術、生物濾食技術、植物化感抑藻技術和基因工程抑藻技術。溶藻細菌作為水生生態(tài)系統(tǒng)生 物種群結構和功能的重要組成部分，是一類以直接或間接方式抑制藻類生

9、長，或殺死藻類、溶 解藻細胞的細菌的統(tǒng)稱。部分相關研究 顯示水華和赤潮的突然消亡可能就與溶藻細菌有關。 作為水體藻污染生物防治的可能途徑， 溶藻細菌的分離和利用已引起眾多關注 13-16。 植物化 感作用是指植物（含微生物）通過釋放化學物質到環(huán)境中而產(chǎn)生對其他植物直接或間接的有 害作用，這些物質稱為化感物質 ，例如從鳳眼蓮中即可分離出三種化感物質 ：N-苯基 -2-萘胺、 亞油酸、亞油酸甘油酯17-18。 植物生物濾食技術和植物化感技術為利用水生動植物的抑藻技 術，具體應用時需配合生態(tài)修復去除營養(yǎng)鹽，形成一個良好的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，達到既有利于 湖泊的生態(tài)恢復，同時具有抑藻作用以輔助富營養(yǎng)化治理的

10、要求。2.2 污染源的控制2.2.1 外源污染的控制對生活污水和工業(yè)廢水點源污染，國家應加大管理力度，制定嚴格的法律法規(guī)，嚴防工業(yè)廢水 不經(jīng)處理直接排放，同時加大科技和基礎設施投入，建設良好的城市污水處理系統(tǒng)，完善污水脫氮 除磷工藝，并加大環(huán)保教育普及力度，提高公民環(huán)保意識。對面污染源，降水暴雨徑流是個國際性難題，應在保護現(xiàn)有林木資源基礎上，針對區(qū)域特點選 取適宜的防護林樹種，繼續(xù)提高森林覆蓋率，防治水土流失。對于農業(yè)面源污染，首先，力求實行 合理的有控制的灌溉，提高土地對氮肥的利用率，從而降低因地表徑流所造成的氮磷素污染負荷量； 其次通過分次施用化肥、推廣氮肥深施和緩效肥的施用等措施來合理施

11、肥，既可提高經(jīng)濟效益又可 減少肥料流失避免造成營養(yǎng)鹽污染19；此外，應調整和優(yōu)化農村產(chǎn)業(yè)結構，積極引進高科技成果， 大力發(fā)展綠色、生態(tài)農業(yè)。2.2.2 內源污染的控制內污染源主要指底泥和腐爛的水生植物中所含的營養(yǎng)元素，控制方法有引水沖刷、底泥疏浚、 深層曝氣和化學固定等。引水沖刷是指用潔凈的水來稀釋營養(yǎng)元素的濃度，需要一定的清潔水源和 沖刷強度，一般適用于營養(yǎng)化較嚴重的小型湖泊，只能在短期起到緩解作用，并不能減少湖內營養(yǎng) 物，而且擴大了污染源。常年的自然沉積使湖底聚積的大量淤泥里富含營養(yǎng)鹽類，形成可觀的內污染源。將底泥從湖體 中移出，是減少內源的直接有效措施。但挖掘清除底泥工程量浩大，經(jīng)濟成本

12、也很高，對挖出污泥 的處置也是個問題。因此，在實施挖掘前，必須對所在水域進行縝密的評估，對污染沉積物的潛在 危害程度、清除面積和深度等確定合理的方案。目前，湖泊清淤成功的范例還鮮有報道，美國、日 本等發(fā)達國家對是否清淤及清淤厚度等正在進行細致而周密的論證20。另外，深層曝氣和底泥覆蓋 也可對阻止底泥營養(yǎng)釋放起到一定作用。定期為湖底補充氧，使水與底泥界面之間不出現(xiàn)厭氧層， 保持有氧狀態(tài)，有利于抑制底泥中氮、磷的釋放。底泥覆蓋是通過在底泥表面敷設侵透性小的塑料 膜或卵石，消減波浪擾動時的底泥翻滾，有效抑制底泥營養(yǎng)鹽的釋放。例如美國 Eola 湖用卵石覆蓋 湖底，大大改善了湖水的透明度，同時防止了硫

13、化氫氣體的產(chǎn)生，但大面積敷設不透水材料，可能 會影響湖體固有生態(tài)環(huán)境；蘇州河治理中在清淤后的河床上鋪設青石子，再以粗砂充填空隙，砂石 覆蓋層不阻絕泥水交換，河道的自然特性、河流與地下水的水力聯(lián)系仍然保持21-22。2.3生態(tài)修復對水體營養(yǎng)水平的控制在控制好污染源的前提下，人們越來越認識到只有水生態(tài)修復才是治理水污染、水體富營養(yǎng)化 的根本途徑。國外已經(jīng)有許多成功利用生態(tài)修復凈化富營養(yǎng)化水體的例子，近年來，國家及地方政 府也在對西湖23、滇池、玄武湖、五里湖等大小湖泊進行整治，大多采用生態(tài)修復為主的綜合治理 方法，并有不少合理構建了水生動植物的生態(tài)系統(tǒng)，在去除水體氮、磷營養(yǎng)鹽和抑制藻類異常增殖 上

14、取得了一定的成效，較好恢復了水體的生態(tài)功能。2.3.1 人工濕地技術人工濕地技術是一種人為地將石、砂、土壤、煤渣等一種或幾種介質按一定比例構成的基質， 并有選擇性地植入植物的污水處理生態(tài)系統(tǒng)，介質、植物和微生物是其基本構成24。人工基質為微 生物的生長提供穩(wěn)定的依附表面，為水生植物提供載體和營養(yǎng)物質，并通過一些物理和化學途徑凈 化污水；微生物的代謝作用是污水中有機污染物降解的主要機制；而發(fā)揮最重要作用的水生植物除直接吸收利用污水中的營養(yǎng)物質及吸附、富集一些有毒有害物質外，還能通過自身光合作用為根圍 的異養(yǎng)微生物供應氧氣，為根區(qū)外的厭氧微生物進行反硝化提供生存環(huán)境，另外植物及其根系的腐 爛不僅可

15、為微生物提供載體，也能為微生物的營養(yǎng)鹽的循環(huán)提供碳源。常用的植入植物有蘆葦、水 蔥、黃菖蒲、簏草和燈心草等。人工濕地應用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質循環(huán)再生原理，結構與功能協(xié)調原則，具有投資省、 運行費用低和效果良好等優(yōu)點，應用較為成功，如日本渡良瀨蓄水池人工濕地、西湖濕地和南京江 心洲等。但由于其占地面積較大，對我國這樣一個人多地少的國家，建立人工濕地系統(tǒng)來治理普遍 污染的地表水系統(tǒng)仍有很大局限性。2.3.2 水生植物修復植物修復是指利用綠色植物及其根際的微生物共同作用以清除環(huán)境污染物的一種新的原位治理 技術，其機理主要是利用植物及根際微生物的代謝活動來吸收、積累或降解轉化環(huán)境中的污染物。 這種

16、方法不會產(chǎn)生有害副產(chǎn)物，是一種非常環(huán)保的處理技術，且具有以下優(yōu)勢： 許多植物具有美 學價值，能改善景觀生態(tài)環(huán)境；植物被收割后可加以利用，創(chuàng)造新的價值；可作為介質所受污 染程度的指示物；能固定土壤或底泥中的水分，圈定污染區(qū)，防止污染源進一步擴散；為降解 微生物提供了良好的棲息場所，有利于微生物的生存25。其龐大的根系為細菌提供了多樣性的生存 環(huán)境，且植物可輸送氧氣至根區(qū)，有利于微生物的好氧呼吸。水生植物修復按植物種類可分為沉水植物、漂流植物、挺水植物和浮游植物等，其中大型沉水 植物能夠通過多種機制影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)，其重要性得到越來越多的認可。在富營養(yǎng)化湖泊中，栽 種水生植物特別是沉水植物后，同浮

17、游藻類競爭營養(yǎng)物質以及所需的光熱條件，同時分泌出抑藻物 質 ,破壞藻類正常的生理代謝功能，迫使藻類死亡，抑制藻類水華發(fā)生 26。在恢復初期可考慮引入 挺水植物以及漂浮植物，尤其將耐高營養(yǎng)鹽濃度、低透明度、抗風浪能力高的種類作為先鋒種，首 先進行恢復種植，其成功的恢復可以為其他種類生長創(chuàng)造條件，并逐步過渡到沉水植物的恢復27。2.3.3 水生動物控制要使湖泊的生態(tài)系統(tǒng)恢復平衡，在恢復水生植被的同時，還必須人工補充水體污染和江湖阻隔 等原因造成缺失的食物鏈網(wǎng)環(huán)節(jié)。鰱、鳙等濾食性水生生物可吞食大量藻類和浮游動物，使浮游生 物量特別是藻類數(shù)量明顯減少。M.Godlewska 等人28的研究表明，水中魚

18、的數(shù)量和種類分布與水體 富營養(yǎng)化程度有較大關系，說明魚群能有效控制水中藻類。放養(yǎng)鳙魚可防治浮游生物過度繁殖，而 放養(yǎng)鰱魚是為了消滅浮游植物，混養(yǎng)時，鰱魚大量攝取浮游植物，從而抑制了以浮游植物為食的動 物生長和繁殖；如果鳙魚數(shù)量過多，就得不到足夠的食物，生物量受抑制，放養(yǎng)太少，又不能充分 利用餌料而影響產(chǎn)量29。因此在應用時放養(yǎng)鰱鳙的多少及如何搭配亦值得研究。在運用生物修復技術時，水生動植物及微生物并不是相互孤立的，應考慮好物種間的相互影響 及生態(tài)安全，通過小型試驗研究確定最佳方案再投入實際應用。例如，三峽庫區(qū)庫灣富營養(yǎng)化水體 生態(tài)修復30中，單一大漂試驗對營養(yǎng)物去除效果較好，但出現(xiàn)了異常繁殖的

19、情況，破壞了水生生態(tài) 系統(tǒng)；苦草和鰱魚試驗通過鰱魚濾食及苦草分泌的克藻物質一定程度上抑制了藻類的生長，但對營 養(yǎng)鹽去除效果不明顯，在適宜的條件下容易反復爆發(fā)水華；而大漂、苦草和鰱魚組合不僅能夠較好 控制營養(yǎng)物質和抑制浮游植物生物量，而且保證了水體的富氧能力，為水生動物提供多樣的生態(tài)棲 息環(huán)境。3結論采用合適的生態(tài)修復技術能很好凈化水體，不會產(chǎn)生副作用和二次污染，符合人與自然和諧相 處和可持續(xù)發(fā)展的要求。然而在沒有控源截污的情況下，僅僅依靠一些水生動植物是不可能解決問 題的。在控制污染源的時候，應先控制外污染源，再控制內污染源，因為在外源沒有得到有效控制 的前提下，即使控制了內源污染，源源不斷進

20、入的外污染源仍會在湖底沉積，形成新的內污染源。 總之，改善湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)狀，需要污染源控制和水生態(tài)修復共同進行，缺一不可，在實施水生態(tài) 修復之前應有順序地做好外、內污染源的控制。在探索治理水體富營養(yǎng)化的同時，政府應加大監(jiān)管 和宣傳力度，嚴格控制未經(jīng)處理的工業(yè)和生活富營養(yǎng)水體排入江河湖泊，培養(yǎng)公民保護環(huán)境的意識 和責任感。值得注意的是，雖然水生態(tài)修復是治理湖泊富營養(yǎng)化的根本途徑和未來的發(fā)展趨勢，但目前國 內外還沒有一套成熟完整的治理方法，現(xiàn)有的生態(tài)修復方法還有很多缺陷，未來更成熟、更有效的 水生態(tài)修復技術還有待科學家、學者們去探索研究。且利用時應因地制宜，根據(jù)湖泊的具體情況采 取相應方法，選取合

21、適的物種搭配進行生態(tài)修復，否則利用不當不但解決不了富營養(yǎng)化問題，甚至 會起反作用。參考文獻：1石艷玲,鄭偉,張曉勇,等.湖泊水體生態(tài)工程原理與應用J.中國資源綜合利用. 2009,27(5):34-37.2劉永定.湖泊富營養(yǎng)化成因知多少R.國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973)項目總結報告, 2009.3金根東.我國湖泊富營養(yǎng)化研究現(xiàn)狀J.現(xiàn)代農業(yè)科技.2008(16):334-336.4Frazier K, Colvin E, Pouria S, et al. Microcystin toxicosis in cattle due to overgrowth of blue-green alga

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