土壤磷、氮与水体富营养化

2020-12-16姜婧刘琳

农村实用技术 2020年1期

关键词：富营养化营养物质藻类

姜婧，刘琳

（河北省保定生态环境监测中心，河北保定 071000）

“富营养化”问题成为当前的重大环境问题之一，它是一种由于磷、氮等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。主要表现为水中的营养物质氮、磷超过湖体的自净能力，进而引起藻类过量生长、繁殖。

1 水体富营养化

水体富营养化分为两种类型:一是天然富营养化,二是人为富营养化。天然富营养化是湖泊水体生长、发育、消亡整个生命史中必经的天然过程，这个过程极其漫长。人为富营养化演变的速度非常快，可以在短期内使水体由贫营养化状态变为高营养状态。

随着工农业生产大规模的迅速发展，人为富营养化越来越严重。人口密集的城市排放出大量含磷、氮营养物质的生活污水排人湖泊、河流、水库，增加了这些水体的营养物质的负荷量，同时，在农村，为了提高农作物产量，施用的化学肥料和牲畜类便逐年增加，经过雨水冲刷和渗透，以面源的形式使一定数量的植物营养物质最终输送到水体中。

氮和磷是富营养化水体中的特征污染物，是植物和微生物的主要营养元素。国际上一致认为湖水中总磷浓度0.02mg(P)/L、总氮浓度0.2mg(N)/L是水体富营养化的发生浓度。由于水体中所含氮磷的影响，特别是封闭水体中的氮磷，导致水体中的藻类大量繁，藻类的繁殖又会吸收水体中部分的氮和磷，藻类的死亡和解体又将所吸收的氮和磷释放到水体中去，造成水体中藻类的恶性繁殖。一方面影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼虾大量死亡。同时，藻类本身有藻腥味会引起水质恶化产生腥臭难闻的气味。另一方面富营养化水体中所含的硝酸盐和亚硝酸数以及藻类所含的蛋白质毒素会富集在水产物体内，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。

2 土壤磷素与水体中的含磷化合物

水体中的磷是以多种形态存在的，所有的无机磷几乎完全以磷酸盐形态存在，也就是磷的完全氧化态。天然水中的磷是由矿石风化、侵蚀，淋溶、细菌作用、农业肥料、污水和洗涤剂排入等构成，其中可溶性磷化合物包括正磷酸盐、聚合磷酸物、有机磷酸物，此外还有呈胶体和颗粒态的有机磷化合物存在。水体中可溶性磷含量少，因它们很容易与Ca2、Fe、Al等生成难溶性沉淀物沉积于水体底泥。

土壤中的磷以有机、无机态两种形态存在。有机态磷在土壤全磷量中占20%～80%，主要包括相对不稳定的磷脂、核酸，肌醇及腐殖酸，土壤中无机磷种类较多，成分也比较复杂，主要包括：（1）由物理吸附作用结合比较松散的活性磷；（2）由铁、铝水合氧化物结合的磷；（3）磷灰石中与钙结合的含磷化合物；（4）与碳酸盐结合的磷；（5）较稳定的矿物磷，如磷钇矿、独居石。

现代农业施肥时大量施用磷肥，导致磷在土壤中的积累量大大增加，而磷在土壤中的积累是导致磷流失增加的根本因素。

磷的流失主要是通过地表径流流失，从土壤中的流失包括溶解态和颗粒态两个部分，溶解态磷包括无机正磷酸盐，有机磷化合物和络合物；颗粒态磷包括全部初级和次级矿物磷、有机磷以及吸附在矿物和有机颗粒上的磷。随着农业生产中磷肥的施用，磷的流失量也明显增加。

3 土壤氮素与水体中的含氮化合物

水体中的含氮化合物可分为有机氮和无机氮两大类，有机氮大多是农业废弃物和生活污水中的含氮有机物，它包括蛋白质、氨基酸和尿素等：无机氮指的是氨氮、亚硝酸态氮和硝态氮等，它们一部分是有机经微生物分解转化作用而产生的，一部分直接来自使用化肥的农田退水和工业排水。

土壤中氮分为两种形态，一种是有机态的氮，另一种是无机态的氮。有机态的氮是土壤中氮的主要部分，一般占土壤全氮量的92%-98%。土壤含氮有机物主要来自动植物残体、根分泌物及微生物的躯体。土壤中的无机氮主要包括氨态氮、硝态氮、亚硝态氮和氮气，其中氮气不能直接利用，但它是土壤中氮素损失的途径之一。

土壤中氮的去向，可分为三个方面，即作物吸收、损失和土壤中残留。“土壤中的损失途径有氨挥发、反硝化、淋洗、径流、侧渗，以及通过地上部的直接损失等。这些损失的氮通过各种途径进入水体，增加水体中氮的营养含量，造成水体的富营养化。

4 富营养化的危害

水体出现富营养化现象时主要表现为浮游生物大量繁殖，如藻类，藻类本身使水道堵塞，鱼类生存空间减少，使水体生色，透明度降低，其分泌物又能引起水臭、水味，在给水处理中造成各种困难，更重要的是富营养化还可能破坏水体中生态系统中原有的平衡。藻类过量的繁殖将使有机物生产速度远远超过消耗速度，从而使水体中的有机物积蓄，其引起的后果就是：

（1）促进细菌类微生物的繁殖，一系列异养生物的生物链都会有所发展，使水体耗氧量大大增加，生长在光照所不能达到的水层深处的藻类因呼吸作用也大量消耗氧使水体处于严重缺氧状态，严重影响鱼类生存。

（2）藻类种类逐渐减少，沉于水底的死亡藻类在厌氧分解过程中促进大量厌氧菌繁殖，产生有害气体及生物毒素，伤害水生生物。

（3）氨氮丰富的水体开始硝化细菌繁殖，在缺氧状态下转向反硝化过程。

综上所述，富营养化发生后，首先引起水底有机物消耗速度超过其生长速度，处于腐化污染状态，并逐渐向上层扩展，在严重时可使一部分水体区域变为腐化区，这样由富营养化而引起有机体大量生长的结果，倒过来又走向其反面，藻类、植物及水生物、鱼类趋于衰亡以致绝迹。这种现象可能周期性的交替出现，破坏水域的生态平衡，并且加速湖泊水体的衰亡过程。水体富营养化的危害极大，不仅在经济上造成极大的损失，而且富营养化水体中过量的藻类会堵塞水处理构筑物，同时由于藻类的新陈代谢以及水藻本身产生的毒害物质增加了水处理技术难度及水处理成本，而且危害人类健康。富营养化的水体在很多用途方面都被认为是劣质水体。

5 水体富营养化的防治

水体富营养化主要来源于外源污染，因此，对富营养化水体的防治应首先从控制和消除外源污染着手。

（1）控制排入水体的污染物（氮、磷）浓度，绝大多数水体富营养化主要是外界输入的氮、磷等营养物质在水体富集造成的，如能减少或者截断外部输入的营养物质，就使水体失去了营养物质富集的可能性，因此减少排入水体的污水中氨、磷浓度，控制外源性营养物质的输入，是防治水体富营养化的重要手段。

我国现执行的《污水综合排放标准》（GB8978-2002）明确了适合所有排放单位非常严格的磷酸盐排放标准和较严格的氨氮排放标准：磷酸盐≤0.5mg/L（一级）及1.0mg/L（二级）,氨氮≤15mg/L（一级）及25mg/L（二级）。

对排入水体的废水进行脱氮除磷处理，使其含量符合国家的排放标准，是防止水体富营养化，解决点源污染的重要措施。近年来，我国环保科研单位和大专院校开展了对污废水脱氮除磷处理工艺的深入研究，已经取得了较成熟的工艺流程和较满意的使用效果。目前，有效地降低污水中的氮、磷含量更经济、更高效的脱氮除磷工艺不断研发，新处理技术得到了进一步应用。

污水脱氮除磷的方法主要包括物理化学法、生物处理法和生物-化学联合法。其中，生物法除磷脱氮由于其处理效率高、运行成本较低、污泥处理相对容易，而受到广泛重视。

（2）治理水土流失，目前我国水土流失面积已达367万km，占国土总面积的32.8%，已构成全国性威胁。1988年流失表土面积至少50亿吨，严重的水土流失，不仅恶化了当地生产生活条件和生态环境，而且对下游地区造成极大危害，同时，水土流失作为载体，将大量面源污染物带入下游，加剧了水体水质的恶化，对人们的饮水安全构成严重威胁。

（3）农业施肥提倡化肥和有机肥混合施用，化肥可以被有机肥料吸收保蓄，减少流失。可以增加作物营养，有机肥所含养分较全，肥效稳定长久，含有机质多，能提高土壤有机质含量，改善土壤理化性质。不但可以供给作物，而且可以供给土壤微生物以氮、磷、钾等养分，以及维生素和生长激素等。这样，就可以避免或减少土壤营养物质的流失，减少因此产生的水体污染。

（4）对畜禽粪便处理的最好途径就是用作“农家肥”，否则，应进行无害化处理后方可排入水体。水体富含营养物质的底泥会成为水体的内源污染，采取清淤挖泥的方法，通过对底泥的清掏，减少水体沉积物的营养盐含量，从而减轻可能发生的内源污染。另外，也可以投加化学复合剂改良缓流水体底层水质，化学复台剂主要成份是过氧化钙，投入水中能迅道增氧，促进硝化作用，降低池水的氨氮、亚硝酸盐的含量，还能补充生物生长所需的钙，并使底质疏松透气，利于有机质的完全分解。总之，消除水体的内源污染关键在于消减水体及底泥中的氮、磷负荷，以消除藻类疯长的基础，达到降低水体中藻类生物量、提高水体透明度的目的。