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水环境 水污染 水生态，生态治理领航者
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什么是水体富营养化？
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作者:pmoab3645
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发布时间: 2018-12-11
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水体富营养化（eutrophication）指的是水体中N、P等营养盐含量过多而引起的水质污染现象。
1富营养化的概念
水体富营养化（eutrophication）指的是水体中N、P等营养盐含量过多而引起的水质污染现象。其实质是由于营养盐的输入输出失去平衡性，从而导致水生态系统物种分布失衡，单一物种疯长，破坏了系统的物质与能量的流动，使整个水生态系统退化，乃至消亡。
水体富营养化过程
水体出现富营养化状态时，在一定的自然条件下，可能会出现浮游藻类大量繁殖，形成水华（藻华）、赤潮或绿潮等恶性生态事件。
水华/藻华（Algal Blooms）指淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，蓝藻（又叫蓝细菌，包括颤藻、念珠藻、蓝球藻、发菜等）、绿藻、硅藻等大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象,又叫藻华。也有部分的水华现象是由浮游动物——腰鞭毛虫引起的。
赤潮（harmful algal bloom, HAB）是在特定的环境条件下，海水中某些浮游植物、原生动物或细菌爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象。赤潮又称红潮但并不一定都是红色，主要包括淡水系统中的水华、海洋中的一般赤潮、近几年新定义的褐潮（抑食金球藻类）以及绿潮(浒苔类)等。
绿潮（green tide）是在特定的环境条件下，海水中某些大型绿藻（如浒苔）爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象，也被视作和赤潮一样的海洋灾害。
2湖泊富营养化评价方法及分级标准
湖泊富营养化评价：
就是通过与湖泊营养状态有关的一系列指标及指标间的相互关系，对湖泊的营养状态作出准确的判断。目前我国湖泊富营养化评价的基本方法主要采用综合营养状态指数TLI（∑）。综合营养状态指数TLI（∑）即按照一定的计算方式，对叶绿素a（chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）、高锰酸盐指数（CODMn）进行综合评价的指数。
水质指标等级分为贫营养状态、中营养状态和富营养状态。
（1）贫营养化： 指陆地水域因缺乏营养物质以致浮游生物减少的过程。
（2）中营养化：指陆地水域中营养物质含量适度保持生态平衡的状态。
（3）富营养化：指陆地水域因营养物质含量过多以致藻类及其他生物大量繁殖的过程。根据富营养状态的程度又分为轻度富营养化、中度富营养化和重度富营养化。
为了说明湖泊富营养状态情况，采用0~100的一系列连续数字对湖泊营养状态进行分级如下：
TLI（∑）<30 贫营养（Oligotropher）
30≤TLI（∑）≤50 中营养（Mesotropher）
50
50
60
70
在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重。
3水体富营养化的成因
化肥流失
人类使用的合成氮肥是进入沿海水域的营养物质的*主要来源。根据全球的统计数据，在施用于土地的氮肥中，平均12%的合成氮肥直接流入了沿海水域。而在某些高流失量地区，比如在降水量较多的农耕地区，这个统计数字可能高达30% 。
生活污水输出过量营养物质
日益增长的人口数量增加了污水的排放，由此也增加了排放到自然环境中的营养物质。
畜禽养殖输出过量营养物质
圈养家禽、家畜尤其是猪会产生大量富含营养物和细菌的排泄物，中国 90%的养殖场未设置垃圾和污水处理设施，使得大量营养物质随地表径流、亚表面流流入江河、湖泊而污染水体。
含磷物质的排放
在当今的工业产磷量里，80%-85%者用于制造化肥， 另一个用磷相对少得多的工业行业是洗涤剂行业。从某一地区来看虽然工业的磷排放所占比重较大，但总体上看，流入水体的磷主要还是来自于城市污水和农业。农业磷排放中，又主要来自养殖业和使用化肥。
工业污染排放
很多工业制造和加工工厂使用氮和磷化合物作为基础产 品，如：化肥厂、农药厂、食品加工厂、含磷清洁剂、使用尿素作为基础产品的行业。
矿物燃料的燃烧
矿物燃料燃烧过程（既包括交通工具燃烧汽油，也包括电厂的发电过程）产生的氮化合物（NOx）通过大气沉降，随雨雪降落在土壤或水体表面，污染地表水源，间接地被冲刷入水体里。
城镇地表径流
城镇路面大部分是不透水地面，氮磷营养物主要随地表径流进入地表水中。城镇中的氮磷营养物主要来自人类的生活垃圾、生活污水及和某些工商业废水（如屠宰、食品、造纸、停车场等）。美国环保局把城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。
营养元素的地域传递
农村生产粮食以及牲畜,运送到城镇被城市人口食用,经过人体的消化吸收*终以粪便或者其他形式排出,根据能量守恒定律,营养元素的量未减少并随之排入城市生活中，*终经过地面雨水冲刷、污水处理厂排放进入河流湖泊,污染水体。
水体人工养殖
许多水体既是水源地，又是人工养殖的场所。随着养殖业的发展，人工投放的饵料以及鱼类的排泄物给水体带来了大量的氮磷。目前，国内湖库区人工养殖的饵料系数达3.0～4.0，成为水体富营养化的又一来源。
4水体中氮磷的来源与去向
（1）水体中磷的来源
①来自水生生物的尸体残骸及代谢废物
养殖动物、浮游动植物以及微生物的代谢活动对表水层内有效磷的再生补给作用极大。被浮游动物吞食的细菌、浮游植物的总磷中，约50%被浮游动物以可溶性磷形式排泄释回水中，供细菌、植物重新利用。鱼类及其他水生生物的代谢废物内也含有磷，同时各种水生生物残骸及其他形式的有机碎屑也会迅速分解再生出有效磷。
②来自沉积物及底层水
水底沉积物是地表水中有效磷的一个巨大潜在贮源。沉积物中的磷经过物理、化学、微生物的作用转化为溶解磷，通过扩散作用进入底水层，由水体流转进入表水层。
③来自投饵、补给水源以及人工施肥
人工施肥是补充养殖水体中有效磷较为快速的方法，通常是无机或者有机磷，是水中磷的重要来源。一些外在补给水也能给水体带入有效磷。此外降雨、生活污水、工业污水、地下水都能给水体补充磷。
（2）水体中磷的去向
①水生生物的吸收利用
养殖水体中的磷主要是被水中的藻类光合作用吸收的。藻类进行光合作用是利用水中的二氧化碳、氮磷化合物等物质合成自身所需的物质和产生氧气。水体中的微生物对磷也有一定的吸收。
②随水体的流失
养殖水体中的磷主要是被水中的藻类光合作用吸收的。藻类进行光合作用是利用水中的二氧化碳、氮磷化合物等物质合成自身所需的物质和产生氧气。水体中的微生物对磷也有一定的吸收。
定期更换养殖池中水、下雨池中的水过多溢出也是水体中磷消耗的一个去向。
③化学及吸附引起的沉淀
水体中的沉淀作用主要是与Fe3+、Al3+、Ca3+等生成相应的FePO4AlPO4、CaPO4、等磷酸盐。磷酸根离子的吸附固定，主要是粘土及胶体粒子造成的，特别是粘土粒子，通过粒子表面的铝离子，铁离子，把水中的PO4紧紧吸附在粘土上，有“清道夫”之称。
（3）水体中氮的来源
①外源
在淡水水体中，大部分DON来自陆地径流、植物碎屑和土壤淋溶液。不同流域属性的DON特征因土壤、植被、人类扰动强度等可能具有较大的差异性。沉积物释放和大气沉降输入是水生态系统中DON的又一重要来源。
②内源
DON内源产生的过程包括：藻类胞外分泌物（extracellular exudate production），浮游动物捕食(Zooplankton sloppy feeding)，排泄物分解（faecal pellet decay），滤过性毒菌细胞溶解（viralcell lysis），颗粒物溶解，以及细菌转换和释放作用等。
绝大多数水体富营养化主要是外界输入的营养物质在水体中富集造成的。为此，首先应该着重减少或者截断外部营养物质的输入，控制外源性营养物质，控制人为污染源。
（4）水体中氮的去向
①水生生物的吸收利用
DON可作为氮源而被藻类和细菌利用，是水生态系统中重要的活性组成成分，可直接参与固氮、同化、氨基化等氮循环过程。
②随水体的流失
河湖水的流动、对养殖池中水的定期更换、下雨时池中的水过多溢出均是水体中氮消耗的一个去向。
③转化为气体释放到大气中
水中的氨态氮及生物氮,在好氧状态下,由硝化菌的作用,转变为硝态氮,硝态氮随污泥回流至缺氧池进行反硝化,在反硝化菌的作用下,硝态氮转变为氮气或氨气,释放到大气中,从而降低水中的氮含量。
5富营养化的危害
（1）水味变腥发臭
富营养水体中藻类多,有些能散发腥臭味,这种腥臭向水体四周的空气扩散,降低周围人们的生活质量。
（2）水体透明度降低
富营养水体中生长着以蓝藻和绿藻为优势种的大量水藻。这些水藻浮于水表,形成“绿色浮渣”,水质变浑,透明度降低,富营养严重的水体透明度仅有0.12m。
（3）深水层的溶解氧（DO）降低
活藻常处于水表面,光照和二氧化碳充分,即光合作用充分而大量产O2,因此浅水层的DO充足。但深水层的DO严重不足,因为:(1)水表的密集藻层使阳光难以到达深层,且藻类吸收阳光,所以深水层的光合作用明显变弱,DO的来源减少。(2)死藻沉于湖底被分解,大量消耗深水层的DO。
（4）有毒物质的释放
某些藻类(如蓝藻中的丝状藻类-微囊藻属,鱼腥藻属和束丝藻属;海生腰鞭毛目生物)能 分泌、释放有毒物质,有毒物质进入水体后,若被人或牲畜饮用,可引起人畜致病。
（5）影响供水水质并增加净水成本
湖泊常作为饮用水和工业用水的水源,其富营养化后,净水厂会出现一系列问题。(1)在藻类增殖旺期,过量藻类会堵塞水泵和管道。 (2)富营养水体因缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒有害气体,水藻产生有毒物质。这降低了净水厂的产水率,增加了净水技术难度和成本。
（6）水生生态的变化
正常情况下湖泊中各种生物处于相对平衡状态,存在大量的独立种,种间关系密切,种的数量不多,但较稳定。水体富营养状态时,水体的正常生态平衡被扰乱,生物种明显减少,而存活生物的个体数剧增,这种物种演替降低了水生生物的稳定性和多样性,导致湖泊生态平衡的破坏。
（7）氮化合物摄入致毒
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，导致中毒致病甚至死亡。
6水体富营养化的防治对策
（1）控制外源性营养物质输入
绝大多数水体富营养化主要是外界输入的营养物质在水体中富集造成的。为此，首先应该着重 减少或者截断外部营养物质的输入，控制外源性营养物质，控制人为污染源。
（2）减少内源性营养物质负荷
输入到湖泊等水体的营养物质在时空分布上是非常复杂的。氮、磷元素在水体中可能被水生生物吸收利用，或者以溶解性盐类形式溶于水中，或者经过复杂的物理化学反应和生物作用而沉降，并在底泥中不断积累，或者从底泥中释放进入水中。减少内源性营养物负荷，有效地控制湖泊内部磷富集，应视不同情况，采用不同的方法。
（3）主要治理方法：
①物理方法：包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀以及在底泥表面敷设塑料等。挖掘底泥，可减少以至消除潜在性内部污染源；深层曝气，可定期或不定期采取人为湖底深层曝气而补充氧，使水与底泥界面之间不出现厌氧层，经常保持有氧状态，有利于抑制底泥磷释放
②化学方法：包括凝聚沉降和用化学药剂杀藻的方法。
水体富营养化（eutrophication）指的是水体中N、P等营养盐含量过多而引起的水质污染现象。其实质是由于营养盐的输入输出失去平衡性，从而导致水生态系统物种分布失衡，单一物种疯长，破坏了系统的物质与能量的流动，使整个水生态系统退化，乃至消亡。
水体富营养化过程
水体出现富营养化状态时，在一定的自然条件下，可能会出现浮游藻类大量繁殖，形成水华（藻华）、赤潮或绿潮等恶性生态事件。
水华/藻华（Algal Blooms）指淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，蓝藻（又叫蓝细菌，包括颤藻、念珠藻、蓝球藻、发菜等）、绿藻、硅藻等大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象,又叫藻华。也有部分的水华现象是由浮游动物——腰鞭毛虫引起的。
赤潮（harmful algal bloom, HAB）是在特定的环境条件下，海水中某些浮游植物、原生动物或细菌爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象。赤潮又称红潮但并不一定都是红色，主要包括淡水系统中的水华、海洋中的一般赤潮、近几年新定义的褐潮（抑食金球藻类）以及绿潮(浒苔类)等。
绿潮（green tide）是在特定的环境条件下，海水中某些大型绿藻（如浒苔）爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象，也被视作和赤潮一样的海洋灾害。
2湖泊富营养化评价方法及分级标准
湖泊富营养化评价：
就是通过与湖泊营养状态有关的一系列指标及指标间的相互关系，对湖泊的营养状态作出准确的判断。目前我国湖泊富营养化评价的基本方法主要采用综合营养状态指数TLI（∑）。综合营养状态指数TLI（∑）即按照一定的计算方式，对叶绿素a（chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）、高锰酸盐指数（CODMn）进行综合评价的指数。
水质指标等级分为贫营养状态、中营养状态和富营养状态。
（1）贫营养化： 指陆地水域因缺乏营养物质以致浮游生物减少的过程。
（2）中营养化：指陆地水域中营养物质含量适度保持生态平衡的状态。
（3）富营养化：指陆地水域因营养物质含量过多以致藻类及其他生物大量繁殖的过程。根据富营养状态的程度又分为轻度富营养化、中度富营养化和重度富营养化。
为了说明湖泊富营养状态情况，采用0~100的一系列连续数字对湖泊营养状态进行分级如下：
TLI（∑）<30 贫营养（Oligotropher）
30≤TLI（∑）≤50 中营养（Mesotropher）
50
50
60
70
在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重。
3水体富营养化的成因
化肥流失
人类使用的合成氮肥是进入沿海水域的营养物质的*主要来源。根据全球的统计数据，在施用于土地的氮肥中，平均12%的合成氮肥直接流入了沿海水域。而在某些高流失量地区，比如在降水量较多的农耕地区，这个统计数字可能高达30% 。
生活污水输出过量营养物质
日益增长的人口数量增加了污水的排放，由此也增加了排放到自然环境中的营养物质。
畜禽养殖输出过量营养物质
圈养家禽、家畜尤其是猪会产生大量富含营养物和细菌的排泄物，中国 90%的养殖场未设置垃圾和污水处理设施，使得大量营养物质随地表径流、亚表面流流入江河、湖泊而污染水体。
含磷物质的排放
在当今的工业产磷量里，80%-85%者用于制造化肥， 另一个用磷相对少得多的工业行业是洗涤剂行业。从某一地区来看虽然工业的磷排放所占比重较大，但总体上看，流入水体的磷主要还是来自于城市污水和农业。农业磷排放中，又主要来自养殖业和使用化肥。
工业污染排放
很多工业制造和加工工厂使用氮和磷化合物作为基础产 品，如：化肥厂、农药厂、食品加工厂、含磷清洁剂、使用尿素作为基础产品的行业。
矿物燃料的燃烧
矿物燃料燃烧过程（既包括交通工具燃烧汽油，也包括电厂的发电过程）产生的氮化合物（NOx）通过大气沉降，随雨雪降落在土壤或水体表面，污染地表水源，间接地被冲刷入水体里。
城镇地表径流
城镇路面大部分是不透水地面，氮磷营养物主要随地表径流进入地表水中。城镇中的氮磷营养物主要来自人类的生活垃圾、生活污水及和某些工商业废水（如屠宰、食品、造纸、停车场等）。美国环保局把城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。
营养元素的地域传递
农村生产粮食以及牲畜,运送到城镇被城市人口食用,经过人体的消化吸收*终以粪便或者其他形式排出,根据能量守恒定律,营养元素的量未减少并随之排入城市生活中，*终经过地面雨水冲刷、污水处理厂排放进入河流湖泊,污染水体。
水体人工养殖
许多水体既是水源地，又是人工养殖的场所。随着养殖业的发展，人工投放的饵料以及鱼类的排泄物给水体带来了大量的氮磷。目前，国内湖库区人工养殖的饵料系数达3.0～4.0，成为水体富营养化的又一来源。
4水体中氮磷的来源与去向
（1）水体中磷的来源
①来自水生生物的尸体残骸及代谢废物
养殖动物、浮游动植物以及微生物的代谢活动对表水层内有效磷的再生补给作用极大。被浮游动物吞食的细菌、浮游植物的总磷中，约50%被浮游动物以可溶性磷形式排泄释回水中，供细菌、植物重新利用。鱼类及其他水生生物的代谢废物内也含有磷，同时各种水生生物残骸及其他形式的有机碎屑也会迅速分解再生出有效磷。
②来自沉积物及底层水
水底沉积物是地表水中有效磷的一个巨大潜在贮源。沉积物中的磷经过物理、化学、微生物的作用转化为溶解磷，通过扩散作用进入底水层，由水体流转进入表水层。
③来自投饵、补给水源以及人工施肥
人工施肥是补充养殖水体中有效磷较为快速的方法，通常是无机或者有机磷，是水中磷的重要来源。一些外在补给水也能给水体带入有效磷。此外降雨、生活污水、工业污水、地下水都能给水体补充磷。
（2）水体中磷的去向
①水生生物的吸收利用
养殖水体中的磷主要是被水中的藻类光合作用吸收的。藻类进行光合作用是利用水中的二氧化碳、氮磷化合物等物质合成自身所需的物质和产生氧气。水体中的微生物对磷也有一定的吸收。
②随水体的流失
养殖水体中的磷主要是被水中的藻类光合作用吸收的。藻类进行光合作用是利用水中的二氧化碳、氮磷化合物等物质合成自身所需的物质和产生氧气。水体中的微生物对磷也有一定的吸收。
定期更换养殖池中水、下雨池中的水过多溢出也是水体中磷消耗的一个去向。
③化学及吸附引起的沉淀
水体中的沉淀作用主要是与Fe3+、Al3+、Ca3+等生成相应的FePO4AlPO4、CaPO4、等磷酸盐。磷酸根离子的吸附固定，主要是粘土及胶体粒子造成的，特别是粘土粒子，通过粒子表面的铝离子，铁离子，把水中的PO4紧紧吸附在粘土上，有“清道夫”之称。
（3）水体中氮的来源
①外源
在淡水水体中，大部分DON来自陆地径流、植物碎屑和土壤淋溶液。不同流域属性的DON特征因土壤、植被、人类扰动强度等可能具有较大的差异性。沉积物释放和大气沉降输入是水生态系统中DON的又一重要来源。
②内源
DON内源产生的过程包括：藻类胞外分泌物（extracellular exudate production），浮游动物捕食(Zooplankton sloppy feeding)，排泄物分解（faecal pellet decay），滤过性毒菌细胞溶解（viralcell lysis），颗粒物溶解，以及细菌转换和释放作用等。
绝大多数水体富营养化主要是外界输入的营养物质在水体中富集造成的。为此，首先应该着重减少或者截断外部营养物质的输入，控制外源性营养物质，控制人为污染源。
（4）水体中氮的去向
①水生生物的吸收利用
DON可作为氮源而被藻类和细菌利用，是水生态系统中重要的活性组成成分，可直接参与固氮、同化、氨基化等氮循环过程。
②随水体的流失
河湖水的流动、对养殖池中水的定期更换、下雨时池中的水过多溢出均是水体中氮消耗的一个去向。
③转化为气体释放到大气中
水中的氨态氮及生物氮,在好氧状态下,由硝化菌的作用,转变为硝态氮,硝态氮随污泥回流至缺氧池进行反硝化,在反硝化菌的作用下,硝态氮转变为氮气或氨气,释放到大气中,从而降低水中的氮含量。
5富营养化的危害
（1）水味变腥发臭
富营养水体中藻类多,有些能散发腥臭味,这种腥臭向水体四周的空气扩散,降低周围人们的生活质量。
（2）水体透明度降低
富营养水体中生长着以蓝藻和绿藻为优势种的大量水藻。这些水藻浮于水表,形成“绿色浮渣”,水质变浑,透明度降低,富营养严重的水体透明度仅有0.12m。
（3）深水层的溶解氧（DO）降低
活藻常处于水表面,光照和二氧化碳充分,即光合作用充分而大量产O2,因此浅水层的DO充足。但深水层的DO严重不足,因为:(1)水表的密集藻层使阳光难以到达深层,且藻类吸收阳光,所以深水层的光合作用明显变弱,DO的来源减少。(2)死藻沉于湖底被分解,大量消耗深水层的DO。
（4）有毒物质的释放
某些藻类(如蓝藻中的丝状藻类-微囊藻属,鱼腥藻属和束丝藻属;海生腰鞭毛目生物)能 分泌、释放有毒物质,有毒物质进入水体后,若被人或牲畜饮用,可引起人畜致病。
（5）影响供水水质并增加净水成本
湖泊常作为饮用水和工业用水的水源,其富营养化后,净水厂会出现一系列问题。(1)在藻类增殖旺期,过量藻类会堵塞水泵和管道。 (2)富营养水体因缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒有害气体,水藻产生有毒物质。这降低了净水厂的产水率,增加了净水技术难度和成本。
（6）水生生态的变化
正常情况下湖泊中各种生物处于相对平衡状态,存在大量的独立种,种间关系密切,种的数量不多,但较稳定。水体富营养状态时,水体的正常生态平衡被扰乱,生物种明显减少,而存活生物的个体数剧增,这种物种演替降低了水生生物的稳定性和多样性,导致湖泊生态平衡的破坏。
（7）氮化合物摄入致毒
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，导致中毒致病甚至死亡。
6水体富营养化的防治对策
（1）控制外源性营养物质输入
绝大多数水体富营养化主要是外界输入的营养物质在水体中富集造成的。为此，首先应该着重 减少或者截断外部营养物质的输入，控制外源性营养物质，控制人为污染源。
（2）减少内源性营养物质负荷
输入到湖泊等水体的营养物质在时空分布上是非常复杂的。氮、磷元素在水体中可能被水生生物吸收利用，或者以溶解性盐类形式溶于水中，或者经过复杂的物理化学反应和生物作用而沉降，并在底泥中不断积累，或者从底泥中释放进入水中。减少内源性营养物负荷，有效地控制湖泊内部磷富集，应视不同情况，采用不同的方法。
（3）主要治理方法：
①物理方法：包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀以及在底泥表面敷设塑料等。挖掘底泥，可减少以至消除潜在性内部污染源；深层曝气，可定期或不定期采取人为湖底深层曝气而补充氧，使水与底泥界面之间不出现厌氧层，经常保持有氧状态，有利于抑制底泥磷释放
②化学方法：包括凝聚沉降和用化学药剂杀藻的方法。