2.4　水体过度富营养化

随着经济的快速发展和城市人口密度的增大，大量未经处理的工业、农业、生活污水直接排入水体，致使城镇水污染日趋加重，水污染是我国面临的最主要的水生态与水环境问题。多年来，尽管在水资源保护、管理、科研和技术服务等方面做了一定工作，但珠江流域局部地区水污染仍在不断加剧，下游珠江三角地区由于治理不到位，不少河道出现发黑甚至发臭现象。一些人工湖泊，水体流动性较差，水体更新周期较长，富营养化严重，影响水面功能的发挥，不但不能美化环境，反而影响了城市环境和人体健康。

2.4.1　水体富营养化的定义

水体富营养化（eutrophication）是指氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧下降，水生生物大量死亡、水质恶化、水体发腥发臭，最终使整个水生生态系统平衡被破坏的一种水污染现象。严重的会发生水华和赤潮，给水资源的利用如饮水、工农业用水、水产养殖、旅游等带来巨大的压力。

2.4.2　水体富营养化产生过程及主要机理

在自然条件下，雨、雪对大气的淋洗及径流对地表物质的淋溶和冲刷，汇入水体一定数量的营养物质，水体从贫营养状态缓慢过渡到富营养状态。而人为的排放，即城市生活污水、某些工业废水及农用施肥、农业废弃物等造成的地表径流带中的氮磷等养分，则可以在很短的时间内就加速富营养化过程。

自养型生物比如藻类能够利用无机盐制造有机物，供自身的营养需求。自然水体中的N和P在一定程度上是浮游生物数量的控制因子。生活污水、工业废水以及一些农田排水中都含有大量的N和P以及其他无机盐。当这些物质进入水体后，水中的营养物质增多，促进了大量的绿色植物和微型藻类的旺盛生长。藻类的生长周期短，在适宜的条件下很容易大量繁殖。活藻主要分布于水表，红色颤藻的出现是富营养化的征兆。随着水体富营养化的发展，藻类个体数量速增，然而种类速减，水体由以硅藻和绿藻为主发展到以蓝藻为主。蓝藻中又以微囊藻属、腔球藻属和鱼腥藻属为主。死亡的水生生物被好氧微生物耗氧分解，或者被厌氧微生物分解，同时湖泊渐浅，直至成为沼泽。富营养化状态一旦形成，水体中营养物被水生生物吸收成为有机体的组成部分；在水生生物死亡后的腐烂过程中，营养物又释放入水中，再次被生物利用；如此形成循环。因此，已经富营养化的水体，即使完全切断外界营养物来源，在短时间内也是很难得到自净和恢复的。

德国农业化学家Liebing指出：“植物的生长取决于在最小量植物状态的食物的量，”这一概念被称为“Liebing最小因子定律”（Liebingƴs law of theminimum）。作为这一定律的实际应用，富营养化的速度可以由限制藻类所需的任何一种养分而受到控制。鉴于控制微量元素的来源是十分困难的，故通常是采用减少磷或氮来达到控制目的。根据对藻类化学成分进行分析研究，Stumn．W（1996）等提出藻类“经验分子式”为C106H263O110N16P，碳、氮、磷是藻类繁殖的重要营养元素。根据每种元素的原子量，则可计算氮磷重量比的理论临界值为7.2∶1。假定氮磷重量比远大于7.2，则此时磷是限制藻类生长的养分。

为了制止人为的富营养化，过去的注意力都集中在限制氮的来源上，但是靠限制氮的办法往往达不到控制目的，尤其是在藻类的繁殖已成为一个严重问题的情况下，富营养湖中占优势地位的藻类往往是蓝藻，这种藻类植物能够直接从空气中固定它所需要的氮，当它死亡之后，其分解过程中又释放出能为其他种藻类所吸收的氮。所以对发生富营养化作用来说，磷的作用远大于氮的作用，磷的含量不很高时就可以引起富营养化作用。

2.4.3　水体富营养化的危害

富营养化过程严重地降低了水质，使其很难达到娱乐用水、城市用水及工农业用水的标准，使水体的可用率（养殖，饮用，景观等）大大下降。其主要危害有以下四个方面：

（1）水体变色、变浊、变臭，影响水景观

池塘的水体交换能力比较差，污水从进入到流出停留的时间比较长，随着时间的增长，大量污染物质逐步积聚在池塘水体之内，从而使得水体污染程度增加，水质发生根本性变化，水体悬浮物增加，水色变黑或变绿，悬浮物增加，还有可能散发刺激性气体。水质的根本性变差对水域景观是个很大的威胁，影响周边居民的身心健康，部分居民出现“谈水色变”的情况。

（2）藻类大量繁殖，溶解氧急剧变化，导致鱼类等其他水生生物的大量死亡

富营养化严重到一定程度时，水体会爆发“水华”，浮游植物尤其是蓝绿等藻类的迅速、过度繁殖，由于水体表层密集藻类，使得水体的透明度降低。好氧细菌分解有机物与浮游植物的尸体需要消耗大量溶解氧，造成水体中溶解氧严重不足，但是水面浮游植物的光合作用造成局部溶解氧的过饱和。水体溶解氧不足或者过饱和，对水生动物是有害的，例如对鱼类来说会产生缺氧死亡或者气泡病。而深层由于表层藻类密集阳光难以穿透到，影响深层水体的光合作用和氧气的释放，限制沉水植物的生长；同时，藻类死亡沉积水底，其腐烂分解过程也消耗大量溶解氧。富营养化水体深层往往处于缺氧状态，造成水生动物大量死亡。同时，厌氧菌的代谢产物对水草根系有毒害作用。富营养水体底层在厌氧条件下散发一些有害气体，常见有硫醇、吲哚、胺类等，也会严重威胁水体食物链，导致水生动物的死亡甚至灭绝。

（3）影响人体健康

富营养化水体中蓝藻水华的暴发，蓝藻中微囊藻以及其他产毒的淡水藻会产生藻毒素，直接威胁到水生动物甚至人类的健康。有些水生动物，特别是贝类，摄取有毒的浮游植物，在体内积聚一些藻毒素，人类食用之后会引发中毒，例如双鞭毛藻分泌的毒素属于神经毒素，进入人体会导致神经错乱甚至死亡。富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，将诱发头晕、恶心、神志不清甚至中毒致病，长时间饮用会导致肝癌和肺癌发病率升高。

（4）破坏水体生态系统

水体在正常情况下是一个平衡的生态系统，水体富营养化常导致水生生态系统紊乱，水生生物种类减少，多样性受到破坏。例如藻类大量繁殖，挤压其他水生动植物的生存空间，导致其死亡；随着优势藻的出现，也会抑制其他藻种的繁殖，破坏水生态系统。富营养化过程包含一系列生物、化学和物理变化过程，其实质是由于营养物质输入输出的失衡，造成水生态系统中物种分布的平衡被打破，导致优势物种疯长，从而进一步破坏系统的能量流动和物质流动，致使整个生态系统逐步走向消亡。

2.4.4　水体富营养化评价

水体的富营养化状况主要取决于氮、磷等营养物质含量的多少。能够直接、间接指示或影响湖泊营养状态类型的指标有Chl-a、TN、TP、BOD、COD、SD、SS等，其中，Chl-a是直接反映藻类现存量的指标，被称为“基准因子”，TN、TP作为藻类增殖的主要限制因子，被称为“重要因子”。在进行湖泊富营养化综合评价时，Chl-a、TN、TP是必须强制进入评价模式的指标。

根据我国湖泊的实际情况，按照相关性、可操作性和科学性相结合的原则，一般选择与湖泊富营养状况直接有关的Chl-a、TN、TP、COD、SD等5个基本参数作为主要湖泊富营养化评价的指标。SD与营养状态有关，但主要是与湖泊的悬浮物和藻类生长繁殖的数量有关，因此，可以不考虑。由于不同的评分标准参照不同，因此表2-5以GB 3838—2002《地表水环境质量标准》为基础，构筑了富营养化分级评价标准（SWEE）。