文獻綜述淡水水體富養(yǎng)分化的討論進展生物科學系…??…級生物技術(shù)專業(yè)本科班..…指導(dǎo)老師…….講師0?I刖百從國內(nèi)外水體富養(yǎng)分化的現(xiàn)狀及相關(guān)討論分析了水體富養(yǎng)分化的產(chǎn)生氣理與評價方法，且從對于水體富養(yǎng)分化的猜測、掌握治理，緩解水體富養(yǎng)分化現(xiàn)狀，促進水資源和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性進展具有肯定的理論意義和有用價值。1水體富養(yǎng)分化概述水體富養(yǎng)分化是指生物所需的氮、磷等無機養(yǎng)分物質(zhì)大量進入湖泊、河口、海灣等相對封閉、水流緩慢的水體，在相宜的外界環(huán)境因素綜合作用下，引起水生生物尤其是藻類及其它浮游生物的快速繁殖，從而引起水體溶解氧量急劇下降，水質(zhì)惡化，魚類及其它水生生物大量死亡的現(xiàn)象口］。水體富養(yǎng)分化后，由于浮游生物大量繁殖，往往呈現(xiàn)藍色、紅色、棕色、乳白色等。這種現(xiàn)象在江河湖泊中稱為水華,在海中則叫做赤潮。富養(yǎng)分化一般分為自然富養(yǎng)分化和人為富養(yǎng)分化兩種0。在自然條件下，水體富養(yǎng)分化形成過程非常緩慢，近年來，由于人類活動加劇，特殊是在現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中，人類對環(huán)境資源的開發(fā)采用日益頻繁，工農(nóng)業(yè)進展快速，大量的養(yǎng)分物質(zhì)進入水體并在其中積累,瑞典的Erken湖較好估測了葉綠素濃度［2］郭培章，宋群.中外水體富養(yǎng)分化治理案例討論.西安:中國方案出版社,2003BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)Recknagel［4RecknagelF.ANNAArtificialNeuralNetworkModelforPredictingSpeciesAbundanceandSuccessionofBlue-greenAlgae［J］.Hydrobiologia,1997,349(1):47-57.］采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)造了層疊結(jié)構(gòu)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型猜測日本Kasumigaura湖五種藻類的生物量，基于該湖1986~1993年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，有效猜測了藻類水華的發(fā)生時間和強度。French等［5FrenchM,RecknagelEModelingofAlgalBloomsinFreshwatersUsingArtificialNeuralNetworks[J].ComputationalMechanics,1994:87-94.］應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從藻類生物量和環(huán)境掌握因素的歷史數(shù)據(jù)中學習水生態(tài)系統(tǒng)的行為模式,猜測了藻類種群生物量的變化。［1］王淑芳.水體富養(yǎng)分化及其防治［幾環(huán)境科學與管理,2005,30(6):63-65.袁志宇，趙斐然.水體富養(yǎng)分化及生物學掌握［幾中國農(nóng)村水利電,2022,(3):57-59［2］尹真真.國內(nèi)外水體富養(yǎng)分化機理討論歷史與進展［幾微量元素與健康研.2006,23(3):46-47.［1］蔣火華，吳貞麗世界典型湖泊水質(zhì)探究［幾世界環(huán)境,2000,(4):35-37［3］稅永紅，楊景富，蔣月.景觀水體富養(yǎng)分狀況及水華防治技術(shù)討論［幾水土保持應(yīng)用技術(shù),2022,(6):40-43.［4］曹正梅，郎印海，劉榮.嶗山水庫水體富養(yǎng)分化水平討論［幾海洋湖沼通報,2022,(2):105-106.［5］楊永濤.國內(nèi)淡水水體富養(yǎng)分化危害及其防治［北濟寧學院學報.2022,30(3):27-28.0黃萌.富養(yǎng)分化對水生生態(tài)系統(tǒng)的污染生態(tài)效應(yīng)[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2006,20(16):137-138.⑶王淑芳.水體富養(yǎng)分化及其防治[幾環(huán)境科學與管理,2005,306:63-65.[1]YUS-Z.Prmiarypreventionofhepatocellularcarcinom[J]JGastroenterolHepatol,1995,(10):674?682.導(dǎo)致富養(yǎng)分化在短期內(nèi)消失，水體富養(yǎng)分化問題面臨越來越嚴峻的考驗。2水體富養(yǎng)分化討論現(xiàn)狀針對水體富養(yǎng)分化的問題，早于上世紀60年月聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)、世界衛(wèi)生組織(WH。)、國際經(jīng)濟合作與開發(fā)組織(OECD)等眾多國際組織以及世界各國就相繼開頭了其形成機理及其防治對策的討論，進行了大量的試驗、實踐與探究，并已經(jīng)取得了顯著成效⑶。歐洲在統(tǒng)計的96個湖泊中有80%的湖泊不同程度地受到富養(yǎng)分化問題，如由于建筑阿斯旺大壩使尼羅河水文發(fā)生變化而使開羅市的供水水源受到水體富養(yǎng)分化的影響；法國里昂下游地區(qū)的河流中葉綠素值極高，氮、磷的污染，呈現(xiàn)出富養(yǎng)分化狀態(tài)【久大量的數(shù)據(jù)表明，我們我國國內(nèi)的水體富養(yǎng)分化狀況也漸漸嚴峻。1978-1980年的調(diào)查顯示，富養(yǎng)分化狀態(tài)湖泊只占總調(diào)查面積的5.0%倒2005年，這一比例達到了60%【5],從目前來看我們我國自南向北不同程度地都存在著水體富養(yǎng)分化的現(xiàn)象⑹。1992年，滇池首次發(fā)生大規(guī)模有毒藍藻水華，第三自來水廠為此而關(guān)閉。1997年官廳水庫由于富養(yǎng)分化嚴峻被迫退出北京市生活水源。千島湖在1998和1999年連續(xù)兩年消失大面積藍藻水華。2022年7月，南京玄武湖首次發(fā)生大面積以微囊藻為主要優(yōu)勢種群的藍藻水華。2007年5月太湖水華相對往年提前暴發(fā)，引發(fā)公共飲用水危機。2005年和2006年，三峽水庫香溪河庫灣于春季連續(xù)暴發(fā)藻類水華。2005年2月中下旬，高嵐河庫灣發(fā)生擬多甲藻水華。2022年3月初，長江葛洲壩下游南岸的支流松滋河暴發(fā)水華，湖北省枝江市百里洲鎮(zhèn)兩千名村民消失飲用水困難口。3水體富養(yǎng)分化的危害富養(yǎng)分化帶來的問題是惡性的，它對水體危害主要表現(xiàn)在二個方面:1、富養(yǎng)分化是湖泊等自然水風光臨的最為嚴峻的環(huán)境問題，它最終會導(dǎo)致水質(zhì)惡化、水生生物大量死亡、水生生物群落結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)破壞和功能受損等一系列連鎖效應(yīng)，從而影響水資源的采用，給飲用、工農(nóng)業(yè)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游以及水上運輸?shù)葞砭薮髶p失⑻叫2、富養(yǎng)分化水體底層積累的有機物質(zhì)在厭氧條件下分解產(chǎn)生的有害氣體，以及一些浮游生物產(chǎn)生的生物毒素也會損害水生動物。某些產(chǎn)毒藻類還能間接或直接危害人類的健康和生命平安。流行病學調(diào)查表明，我們我國江蘇省海門市、啟東市和廣西省扶綏縣的原發(fā)肝癌發(fā)病率高與當?shù)鼐用耖L期飲用含微量微囊藻毒素的淺塘水或河流水有關(guān)［io］。4水體富養(yǎng)分化的形成機制面對富養(yǎng)分化問題所帶來的巨大危害，討論其形成機理成為了重中之重，國際經(jīng)濟合作與開發(fā)組織對其開展了一系列的討論工作，最終確定氮、磷等養(yǎng)分物質(zhì)的輸入和富集是水體發(fā)生富養(yǎng)分化的最主要緣由，大約80%的湖泊富養(yǎng)分化是受磷元素的制約，大約10%的湖泊與氮元素有關(guān)，余下10%的湖泊與其他因素有關(guān)。以下是國際上較為成熟的三個理論：1、食物鏈理論該理論認為啟然水域中存在水生食物鏈,假如浮游生物的數(shù)量削減或捕食力量降低，將使水藻生長量超過消耗量，平衡被打破，發(fā)生富養(yǎng)分化。2、生命周期理論這種理論認為，含氮和含磷的化合物過多排入水體，破壞了原有的生態(tài)平衡，引起藻類大量繁殖，過多地消耗水中的氧,使魚類、浮游生物缺氧死亡，它們的尸體腐爛又造成水質(zhì)污染。在合適的光照、溫度、pH值、硅以及其它養(yǎng)分物質(zhì)充分的條件下，藻類光合作用的總反應(yīng)式:106CO2+16N03-+HPO24-+122H20+18H++能量+微量元素CIO6H263O110N16P(藻類原生質(zhì))+13802依據(jù)Leibig最小因子定律，植物的生長取決于外界供應(yīng)它們養(yǎng)分最少的一種或兩種,從藻類原生質(zhì)CIO6H263O110N16P可以看出，生產(chǎn)1kg藻類，需要消耗碳358g,氫74g,氧496g,氮63g,磷9g,明顯氮磷是限制因子。3、湖泊熱分層對富養(yǎng)分化的影響溫帶氣候地區(qū)的湖泊，水溫由于受季節(jié)變化的影響而引起湖水分層和對流。由于熱分層效應(yīng),使湖泊水體表層水在夏季光照充分，溫度較高,若供應(yīng)水體的養(yǎng)分物質(zhì)充分，藻類光合作用便隨之加強，生長旺盛，發(fā)生水華現(xiàn)象。水體的底層往往處于缺氧狀態(tài),加速底泥磷的釋放,導(dǎo)致湖水磷濃度增高。秋季湖水對流，底層的內(nèi)源性磷對流到了湖表層才是高了表層水的磷濃度，為其次年藻類大量繁殖供應(yīng)了充分的養(yǎng)分物質(zhì)，使湖泊連續(xù)保持富養(yǎng)分狀態(tài)［［4］擾群，芮孝芳.富養(yǎng)分化機理及數(shù)學模擬討論進展［幾水文，2001,21(2):15-24.］o5水體富養(yǎng)分化的評價用于描述水體富養(yǎng)分化狀態(tài)的常用指標變量有總磷(TP)、總氮(TN)、葉綠素(chia)、透亮度(m)、生化耗氧量(BOD,mg/L)、化學耗氧量(CODcr,mg/L)。常用的富養(yǎng)分狀態(tài)指數(shù)法有修正的卡森指數(shù)法(TSIM)、加權(quán)平均指數(shù)法(TLI)、養(yǎng)分度指數(shù)法(AHPPCA)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法［5齊孟文，劉鳳娟.城市水體富養(yǎng)分化的生態(tài)危害及其防治措施［幾環(huán)境科學動態(tài),2004/1):44-46.］o常用的富養(yǎng)分化判別標準有沃倫威德負荷量標準、捷爾吉森判別標準等，而目前國際上通行的富養(yǎng)分狀態(tài)湖泊的磷負荷標準為0.02mg/Lo修正的卡森指數(shù)法［1］修正的卡森指數(shù)法是以葉綠素a(Ch⑶為基準來確定TSIM指數(shù)，然后可以得到評價養(yǎng)分狀態(tài)指數(shù)的數(shù)值(0-100),在實際應(yīng)用中只需對比已確定的養(yǎng)分分級標準，即可判定水體富養(yǎng)分化程度。【楊揚，劉明清，吳振斌，等.亞熱帶水體養(yǎng)分狀態(tài)定量評價及猜測討論［幾水生生物學報,2001,25(3):232.1一般需要測定如下兒個評價因子:Chia,SD,TP,TN,COD的值。而養(yǎng)分程度劃分為,極度貧養(yǎng)分Q-10),貧養(yǎng)分(10-30)，貧中養(yǎng)分(30-40)，中養(yǎng)分(40-50)，中富養(yǎng)分(50-60),富養(yǎng)分化(60-70),重富養(yǎng)分化(70-80),異富養(yǎng)分化(80-100)這幾個等級。通過測定的評價因子和相關(guān)的養(yǎng)分等級來綜合評價水體的富養(yǎng)分化程度。該方法已用于滇池等地表水體的富養(yǎng)分化程度的評價，取得了較好的效果。【張英慧，張玉紅，邙愛玲，等.水體富養(yǎng)分化防治述評［幾工業(yè)平安與環(huán)保,2007,33(8):23-24.物元分析法物元分析法是近年來提出的一種新方法，將此方法用于水體的富養(yǎng)分化評價，可為設(shè)計高水平的智能水體規(guī)劃模型制造條件。數(shù)學模式推斷法當化學耗氧量（ug/L）*無機（10-6）*無機氮（ug/L）大于等于1時，則可認為水體已達到富養(yǎng)分化程度。Chau[27ChauKW.CalibrationofFlowandWaterQualityModelingUsingGeneticAlgorithm[J].LectureNodesinArtificialIntelligence,2002,2557:720-720.]采納遺傳算法確定水流水質(zhì)模型的合理參數(shù)，并基于珠江野外調(diào)查數(shù)據(jù)校準和驗證參數(shù)，效果較好多樣性指數(shù)推斷法n〃=-ilogPii=I式中：Pi=Ni/No,Ni為第i屬的藻類細胞數(shù)；N。為全部藻類的細胞數(shù)；n為藻類屬細胞數(shù)。磷負荷的推斷法Cp=L(1-R)/(Z*P)式中:Cp為湖泊穩(wěn)態(tài)時的磷濃度,g/m3;L為磷的面積負荷,g/(m3a);Z為湖泊的平均水深，m;R為磷的輸出量與輸入量之比；P為溢流率，年排放量湖泊容量，單位為1ao6水體富養(yǎng)分化的防治對策消減外源是治理富養(yǎng)分化的根本措施湖泊水質(zhì)惡化主要是外界輸入的大量養(yǎng)分物質(zhì)在水體中富集造成的，切實掌握外源性養(yǎng)分物質(zhì)的輸入，是湖泊水體生態(tài)修復(fù)的重要前提。流域內(nèi)污水的集中處理實現(xiàn)流域內(nèi)污水的達標排放，從根本上截斷外部輸入源，使水體失去養(yǎng)分物質(zhì)富集的可能性。消退內(nèi)源水生高等植物通過促進湖水含磷物質(zhì)的沉降和抑制表層沉積物的再懸浮而起到促進磷沉積，從而降低了水體磷含量，水生植物將湖水中的氮傳輸究竟泥中，促其進入地球化學循環(huán)的功能，這對于降低湖水中的氮含量，防止湖泊富養(yǎng)分化有樂觀意義。由于常年自然沉積，湖泊底部聚積了人量淤泥，富含可觀的養(yǎng)分鹽類，其釋放也可能形成湖泊富養(yǎng)分化和水華暴發(fā)，將底泥從湖體中移出，是削減內(nèi)源的直接有效措施。生態(tài)恢復(fù)掌握外源和內(nèi)源技術(shù)會使養(yǎng)分物質(zhì)濃度長期削減，但對于恢復(fù)水體的生態(tài)功能往往還不夠。各國經(jīng)過長期的和人規(guī)模的討論，討論出很多有利于水體生態(tài)恢復(fù)的技術(shù)。生物掌握實行特殊的有機體以掌握藻類或其他食物鏈中的有機組成部分的生長。如采用浮游動物掌握浮游植物，角類掌握人型植物，生物掌握在經(jīng)濟上是可行的，一般不會導(dǎo)致環(huán)境惡化。但是用于防治物種逃逸或入侵的風險必需充分考慮美國西雅圖的華盛頓湖是個勝利的范例，但佛羅里達州供應(yīng)的卻是教訓(xùn)I。藻類去除方法超聲波藍綠藻去除技術(shù)超聲波除藻系統(tǒng)采用超聲波輻射破壞藻類的液胞，從而使它們沉入湖底而被細菌分解。該系統(tǒng)適用十發(fā)生水華或富養(yǎng)分化的中小型湖泊。我們我國已采用了該項技術(shù)。4.322采用有益微生物去除絲狀藍綠藻技術(shù)絲狀藍綠藻不但會增加湖水的COD值及濁度，還能產(chǎn)生一種降低絮凝效果的物質(zhì)，從而會阻礙固液分別的實現(xiàn)。日本研發(fā)了一種生物過濾器，其內(nèi)部填充了人量的有益微生物,當污水流經(jīng)該過濾器時有益微生物能捕食和分解絲狀藍綠藻，從而可達到凈化水質(zhì)的目的。由于這一系統(tǒng)的成本及能耗都較低，故較適用于進展中我國。4.4水體富養(yǎng)分化治理的進展趨勢運用人文治理理念以人為本，每個人都應(yīng)當樂觀參加環(huán)境愛護工作。在治理富養(yǎng)分化的過程中，建立完整的教育體制，培育環(huán)境方而的人才，加強宣揚教育工作，提高公眾環(huán)保意識，促進公眾參與，樹立一個愛護環(huán)境