我国湖泊富营养化问题及其控制措施研究进展

吴瑶洁等

摘要：指出了当前环境形势下，河流、湖泊面临的一个主要环境问题就是富营养化，其主要是由于河流、湖泊等水体流入了大量的营养物质所造成。在有效控制了外源污染物后，污染沉积下来的物质即污染沉积物便成为潜在的污染源。湖泊沉积物中的磷在一些特定条件下会转变成为湖泊营养物质磷的来源。主要分析了当前我国湖泊出现富营养化的原因及其产生的危害，并探究了控制湖泊富营养化的技术措施以及对湖泊沉积物中磷污染释放及其影响因素。

关键词：湖泊富营养；问题；措施

中图分类号： X524

文献标识码： A 文章编号： 16749944（2015）06018903

1 引言

相关资料研究表明：我国当前已有80%的湖泊出现了富营养化现象。社会经济的飞速发展，导致环境问题越发严峻，水体污染是经济发展的必然。然而由于大面积的湖泊出现富营养化的问题，并且当下水质越发恶化，很多湖泊面积逐渐趋于萎缩，湖泊的生态系统已然受到极大的影响，这对城市化的进程以及可持续发展的环境保护策略都会造成制约。近几年来，政府已经在治理湖泊环境问题上投入了大量的资金和精力，尤其是对太湖、巢湖以及滇池的治理，虽然采取的措施将外源污染物质进行了控制，但是湖泊的水质并未发生明显的变化，究其原因主要是湖泊内源有营养盐的释放，特别是内源磷的释放。文章就湖泊富营养化问题的现状、危害和控制措施以及沉积物磷污染释放控制展开探究，期望可以提供一定的指导。

2 湖泊富营养化

2.1 湖泊富营养化的定义

湖泊富营养化是指湖泊等水体接纳过量的氮、磷等营养物，使藻类以及其它水生生物异常繁殖，水体透明度和溶解氧变化，造成湖泊水质恶化，加速湖泊老化，从而使湖泊生态系统和水功能受到阻碍和破坏。

一般而言，富营养化主要有天然富营养化与人为富营养化两种，二者的共同点均在于其产生原因上。湖泊出现天然富营养化则是湖泊水体生命的一个周期，从水体的生长→发育→老化→消亡，这是一个必经的过程，这一过程的周期很漫长，所以对其的描述通常都是以世纪或者地质年代来进行描述的。湖泊的人为富营养化则是由于人类大量排放的生活、生产污水以及工业废水含有使水体富营养化的物质，这种情况下，其演变的速度是极快的，甚至能够使水体在短时期内由贫营养状态变成富营养化的状态[5]。

2.2 我国湖泊富营养现状

数据表明，通过对全国84个具有代表性的湖泊进行富营养化评价，发现：一半以上的湖泊出现富营养化的状态。由此可见，我国的湖泊富营养化情况变得相当严峻。在我国除一些人烟稀少的淡水湖区域以及还保持着原始状态的湖泊之外，其他湖泊营养盐水平的浓度已经超过了湖泊富营养化的标准浓度。尤其是我国的几大淡水湖中营养盐的浓度都已经超过了磷、氮富营养化的发生浓度，总氮浓度甚至超过10倍之上。当下，我国的太湖以及巢湖都已经完全变为富营养化状态[3]。

3 湖泊富营养化对生态环境造成的影响

3.1 对水域生态系统环境造成的危害

首先，湖泊富营养化对湖泊水体栖息物种的生存状态造成极大的影响。因为藻类出现爆发性的繁殖，水藻类出现大量的死亡，其中微生物在分解时将消耗大量的溶解氧，造成水中溶解氧含量大幅度降低，当低于一定程度时，水里的鱼虾类生物就会因缺氧而窒息死亡。此外，水中大量的浮游藻类密集度太高将投射的光线阻挡在外，水底的植物的光合速率就会因此而降低，光合作用下产量自然会因此减少，便会影响底栖植物的生长发育。

3.2 水生生态系统的平衡被打破

高度密集的水华浮游藻类会产生藻毒素，水中的水生物种则会因此大量死亡，水体的初级生产量也会因之降低，浮游藻类的排泄物以及大量死亡的水生生物就会沉积在水底，沼泽湖泊开始陆地化；打破了其原本的群落结构，水生生态系统中能流以及物质循环就会出现障碍，整个水体的生态系统就会遭到破坏。

3.3 对水域生态景观造成破坏

水面密集着大量的浮游藻类，其会形成一些泡沫或者是一层薄皮，另外加上一些死亡的藻类以及鱼类漂浮在里面，将原本透明清澈的水体变得越发浑浊，加剧了湖泊水库的沼泽化程度，对于湖泊原本的生态景观造成极大的不利影响。与此同时，湖泊水体中腐烂的鱼虾等水生生物在腐烂过程中会产生恶臭，极大地影响到了水体的景观价值。

3.4 对饮用水安全造成的影响

大多数的湖泊同时还兼具饮用水源地的功能，当湖泊水体受到影响，对自来水厂生产的水的质量将造成极大的破坏。如大型水库等的水体中出现有害的浮游水华类植物，其释放的毒素对生物和水源都会造成一定的污染，最终致使水库水质下降。自来水厂如果以此种水源进行饮用水的生产，最终会给居民用水造成不安全的影响。另外，湖泊里的鱼虾如果吃了水华暴发的水生生物水藻，毒素聚集在其体内，通过食物链这个系统，传递到人体内，人们食用含有毒素的水生生物，势必会对人类的身体健康产生不利的影响。据相关学者的研究资料表明，我国南方之所以出现肝癌高发的状况，就是由于蓝藻毒素引起的[10]。

4 湖泊富营养化控制措施

对产生富营养化的湖泊进行控制，主要的方式方法有二种：即对外源和内源的控制。下面就两种不同控制措施进行简要概述。

4.1 控制外源污染

因为外界大量营养物质流进湖泊内导致其出现富营养化的情况，所以在控制湖泊富营养化的过程中，加强对外源的控制尤为必要。通过运用技术手段、采取科学合理的管理方式，可以将流入湖泊水体中的磷氮等物质进行有效的限制。此类方式对于防止湖泊出现新的富营养化以及已经发生富营养化的湖泊是有效的控制手段。外源控制湖泊富营养化的方式方法还有对外源营养物质的转移、对点源污染的有效控制、对含磷洗涤剂等的有效控制以及对农业生产方面污染的控制等[4]。

4.2 控制内源污染

湖泊内各种营养物质沉积、污染物的大量蓄积产生的污染底泥属于主要的内源污染物。其同时也是湖泊的主要污染源。当湖泊环境发生变化，聚集在沉积物中的营养盐就会通过释放继而影响到水体环境。当控制好湖泊外源的污染物后，变为主要污染源的沉积物可能会因为季节因素的影响维持湖泊富营养化十余年之久。

国内外在控制内源污染问题上，多采用清淤挖泥、钝化营养盐、底层曝气、冲刷稀释、将湖水的氮磷比进行有效调节、覆盖底部沉积物及絮凝沉降等措施。依据其使用技术的不同作用机理，对于湖泊沉积物的污染控制主要有以下三种技术。

4.2.1 氧化技术

湖泊底部水体溶解氧缺乏、氧化还原电位出现下降的状况均与湖泊底部沉积物中的营养盐释放有关。采用化学及物理方法对底部水体的溶解氧进行有效增加，对于污染物的释放可以有效减少。其方式主要有化学增氧、人工曝气以及破坏分层等等[2]。

4.2.2 疏浚技术

将表层的污染沉积物挖出的方式又称为沉积物疏浚，这样可以有效减少其释放的污染物。湖泊内的污染源通过沉积物的疏浚可以得到有效的控制，湖泊容量也会因之而增加，对于湖泊内部的水生植物也会有很好的控制[7]。然而需要注意的是，在湖泊沉积物疏浚的过程中，容易导致沉积物出现再悬浮状况，导致湖泊水体透明度因而下降。而且湖泊沉积物中的高浓度有机物、CH4、H2S、 NH3等也会因此扩散到水体中去，藻类因此也会大面积增长，其生长的同时也会消耗大量的溶解氧。除此之外，疏浚过程中对于水生植物的生长环境也是一种破坏，其竞争优势也会随之削弱，导致水体中藻类植物大量加剧增多，底栖生物群落也会因为疏浚而遭致破坏，恢复期至少需要两三年之久。再加上疏浚过程中会产生大量的噪声以及大气污染，周边居民的生活环境也会因此受到严重影响，在自然降雨冲刷的外力作用下，污泥流进附近水体中，周围水环境也会因此遭受二次污染。所以在运用疏浚技术处理湖泊富营养化的问题上，需要对其后续的沉积物以及配套水处理设施加以科学合理的管理，尽可能避免出现二次污染的状况。

4.2.3 封闭技术

将化学试剂投加进沉积物中，沉积物的表面会产生一层覆盖层，固定水体和沉积物中的营养物质，将会有效阻止沉积物内营养物质释放到水体中。一般而言，采用封闭技术所用的试剂通常有：石灰、铁盐以及铝盐等。对于水体中的磷浓度通过运用封闭技术可以有效去除，同时也会降低湖泊中蓝藻的含量，水体透明度也会大大提高。此外，向湖泊中投放试剂，一般公众的接受度不高，但是投放试剂虽投资大却不需要维护费用。

5 湖泊沉积物磷污染控制研究进展

5.1 沉积物磷的释放

可以说沉积物是污染物最为关键的蓄积库，它所积累的污染物种类很多，具体包括重金属、氮、磷等营养盐以及其他降解难度比较大的有机物，其含有量占到了水体中污染物的百倍以上，与此同时还能够和水相保持相对的动态平衡。如果环境条件存在变化，那么沉积物所包含的污染物就有机会释放，从而对水体造成二次污染。在水体浮游藻类具有一定限制性的营养元素里，磷元素是一个典型，水体中含量和湖泊的富营养化程度都会受到磷元素的影响。在相对的条件下，譬如，沉积物上覆水缺氧、风浪扰动、夏季升温或pH值偏离中性的情况下，沉积物所包含的磷元素就会释放出来，水体就会维持持续较高的磷浓度，最终出现藻类异常增殖现象。由此可见，控制沉积物的磷污染已然成为控制湖泊富营养化工作的重要组成部分。

另外，沉积物与水的关系就是吸收与释放的动态平衡关系，通常情况下，沉积物含有较强的磷浓度，就会出现不断向上的浓度梯度，从而导致磷元素的释放。曾有观点表示，内源磷的释放过程是通过pH值以及氧化还原电位所控制的一种物理化学过程。随着科技的发展、研究的深入，人们开始意识到微生物对于磷元素转移变化活动也会有直接或者是间接的影响，由此可见，释放内源磷的过程是将物理、化学以及生物作用相结合的一种比较复杂的过程。

5.2 影响沉积物释放磷的因素分析

溶解氧、扰动、温度以及pH值等都会影响沉积物中的磷释放。磷在缺氧条件下会加剧释放，要限制磷释放则会耗费大量氧，此外除厌氧条件释放磷外，耗氧条件下也会加剧磷的释放；磷和底泥对离子的交换以及吸附作用会受到pH值的影响，中性pH值情况下，磷释放量较小，高碱环境下磷就会大量释放；磷释放受到温度的影响属于间接的，高温环境下会加剧微藻类的活性，沉积物中磷也会加速释放；内源释放磷的另一个影响因素就是扰动，扰动过程对于水质的速度会加剧，产生磷释放[9]。

6 结语

在运用可持续发展战略的过程中，如何使用安全无污染的清洁水是一个值得深思的话题。若不加以重视，造成的生态影响将更为巨大。对外源污染物加强控制，湖泊内部的营养物质加以清除或钝化，同时运用物理、化学或者生物学等方法手段处理水体污染中的各种问题，继而建立完善的水生生态系统，此外治理湖泊富营养化是相关环境研究工作者面临的一个长期问题。

参考文献：

[1]高 丽，杨 浩，周健民.环境条件变化对滇池沉积物磷释放的影响[J].土壤，2011，27（12）：215～217.

[2]黎 明，刘德启，沈颂东，等.国内富营养化湖泊生态修复技术研究进展[J].水土保持研究，2007，14（5）：374～376.

[3]张 劲，李兆华.涨渡湖富营养化测定水平分析[J].环境污染与防治，2007（3）：1～5.

[4]金相灿.湖泊富营养化控制和管理技术[M].北京：化学工业出版社，2001.

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[10]张锡辉.水环境修复工程学原理与应用[M].北京：化学工业出版社，2002.