水體富營養(yǎng)化程度分析評價(jià)

1、水體富營養(yǎng)化程度分析評價(jià)水體富營養(yǎng)化（eutrophication）是指在人類活動(dòng)的影響下，氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。提到富營養(yǎng)化，普遍想到的就是營養(yǎng)鹽總磷、總氮超標(biāo)。誠然，總磷總氮等營養(yǎng)鹽是發(fā)生富營養(yǎng)化的必要條件。如果水體中總磷總氮濃度很低，不可能發(fā)生富營養(yǎng)化；但是，反之則不然，水體中總磷總氮濃度的升高，并不一定能發(fā)生富營養(yǎng)化問題。富營養(yǎng)化發(fā)生發(fā)展是由于水體整個(gè)環(huán)境系統(tǒng)出現(xiàn)失衡，導(dǎo)致某種優(yōu)勢藻類大量繁殖生長的過程。因此，了解富營養(yǎng)化的發(fā)生機(jī)理和發(fā)生條件，實(shí)質(zhì)上需要了解的是藻類生

2、長繁衍的過程。盡管對于不同的水域，由于區(qū)域地理特性、自然氣候條件、水生生態(tài)系統(tǒng)和污染特性等諸多差異，會(huì)出現(xiàn)不同的富營養(yǎng)化表現(xiàn)癥狀，也即出現(xiàn)不同的優(yōu)勢藻類種群，并連帶出現(xiàn)各種不同類型的水生生物種類的失衡。但是，富營養(yǎng)氧化發(fā)生所需的必要條件基本上是一樣的，最主要影響因素可以歸納為以下三個(gè)方面：（1）總磷、總氮等營養(yǎng)鹽相對比較充足；（2）緩慢的水流流態(tài)；（3）適宜的溫度條件；只有在三方面條件都比較適宜的情況下，才會(huì)出現(xiàn)某種優(yōu)勢藻類"瘋"長現(xiàn)象，爆發(fā)富營養(yǎng)化。其中的水流流態(tài)主要指以流速、水深為要素的水流結(jié)構(gòu)。一、水體富營養(yǎng)化的主要原因：水體富營養(yǎng)化的根本原因是營養(yǎng)物質(zhì)的增加。一般認(rèn)

3、為主要是磷，其次是氮，可能還有碳、微量元素或維生素等。受控生態(tài)系統(tǒng)裝置和試驗(yàn)湖區(qū)的研究結(jié)果表明磷是主要“限制因子"。Vollenweider等關(guān)于磷負(fù)荷和初級生產(chǎn)關(guān)系的研究也表明磷的重要性.在氮磷比低于10：1時(shí)，或在某個(gè)季節(jié)，氮也可能成為限制因子。導(dǎo)致富營養(yǎng)化的營養(yǎng)物按其來源可分為點(diǎn)源和非點(diǎn)源（或面源）。前者是排放集中、位置固定的污染源，也較容易測定：非點(diǎn)源污染是通過地表徑流、降水、地下水等進(jìn)入水體，較難以測定和控制。二、水體富營養(yǎng)化的監(jiān)測和評價(jià)指標(biāo)：常用指標(biāo)：水體富營養(yǎng)化的監(jiān)測和評價(jià)指標(biāo)包括地理、理化、生物等指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)也有差異。一般有：Ac/V指標(biāo):Ac總集水區(qū)V胡泊容積形態(tài)土壤

4、指標(biāo)：MEI=TDS/ZTDS（mg/L）總?cè)芙夤腆w（TotalDissolvedSolid,過濾后把水烤干后的干重）Z（m）平均水深透明度（SD）（SecchiDepth）較常用的指標(biāo)（4）溶解氧（DO）（DissolvedOxygen）常用指標(biāo)營養(yǎng)物質(zhì)最重要的指標(biāo)主要是氮、磷（包括各種狀態(tài)）的濃度（mg/L）,有時(shí)用“年單位面積負(fù)荷”表示。（6）物理學(xué)指標(biāo)包括指示種類（藍(lán)藻中幾個(gè)種類）、種類組成、生物現(xiàn)存量（數(shù)量、生物量、口t綠素含量等）、初級生產(chǎn)量、細(xì)菌等。三、水體營養(yǎng)化評價(jià)的主要方法：1、單因子指數(shù)評價(jià)單因子評價(jià)模型：根據(jù)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以及近岸海域環(huán)境功能區(qū)劃分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，選擇pH直、溶解氧

5、(DO)、化學(xué)需氧量(cOD)、無機(jī)氮(DIN)、無機(jī)磷(DIP)、葉綠素a(chla)為評價(jià)因子m。具體模式為：(1)污染程度隨濃度增加的因子指數(shù)按下式計(jì)算：Pi=0/Coi式中：Pi為第i項(xiàng)污染物的污染指數(shù)；Ci為第i項(xiàng)污染物的實(shí)測濃度；Coi為第i項(xiàng)污染物的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。(2)溶解氧評價(jià)指數(shù)式：Pi=(0imax-0i)/(Cimax-Coi)式中：Pi為第i項(xiàng)溶解氧的污染指數(shù)；Ci為i項(xiàng)溶解氧的實(shí)測濃度；Coi為第i項(xiàng)溶解氧的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；Coimax為本次監(jiān)測中溶解氧的最大值。(3)pH評價(jià)指數(shù)式：Pi=(CiCoi)/(Coimax-Coi)式中：Coimax為pH評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)最高值或最低值；

6、Coi為pHW價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的最高和最低值的平均值。當(dāng)Pi>l時(shí)說明污染物在該點(diǎn)位超標(biāo)。2、營養(yǎng)指數(shù)法評價(jià)營養(yǎng)指數(shù)法模型：綜合CODDIN和DIP的指標(biāo)而提出的營養(yǎng)指數(shù)式，具體參見海洋調(diào)查規(guī)范口，營養(yǎng)指數(shù)式表示為：Ni=(CCOD<CdinXCdip)/4500。式中：Ni為營養(yǎng)指數(shù)；CCO兩化學(xué)耗氧量(rag/L);Cdin為溶解無機(jī)氮(g/L);Cdip為溶解無機(jī)磷(tzg/L);4500為CODDIN和DIP的三類海水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值的乘積。Ni值>1,即認(rèn)為水體富營養(yǎng)化，Ni值越高，富營養(yǎng)化程度越嚴(yán)重。3、集對分析方法評價(jià)水質(zhì)狀況和水體營養(yǎng)化水平是對水體中多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析的綜合結(jié)果，

7、從評價(jià)過程和結(jié)果來看單項(xiàng)指標(biāo)和營養(yǎng)指數(shù)評價(jià)測定結(jié)果對反映水體的實(shí)際狀況都存在一定的不足之處，因?yàn)楹Ｋ粻I養(yǎng)化評價(jià)問題是一個(gè)多因素、多水平耦合作用的復(fù)雜系統(tǒng)，是一個(gè)不確定系統(tǒng)，所以本文又嘗試采用集對分析理論來綜合評價(jià)海水的富營養(yǎng)化狀況。集對分析法模型：集對分析是我國學(xué)者趙克勤于1989年提出的解決不確定性問題的系統(tǒng)分析方法，并用一個(gè)能充分體現(xiàn)其思想的確定不確定式子u=a+bi+cj來統(tǒng)一地描述各種不確定性。u=a+bi+cj,u這里稱為聯(lián)系度，a為同一度，b為差異不確定度，c為對立度，根據(jù)集對分析理論，同一度、對力度是相對確定的，而差異度則相對不確定。i為差異度系數(shù)，在-1,1中取值，j為對立系

8、數(shù)，運(yùn)算時(shí)恒取一1。當(dāng)污染因子處于級別范圍內(nèi)時(shí)，則認(rèn)為是同一，聯(lián)系度為1;若污染因子處于相隔的級別中，則認(rèn)為是對立，聯(lián)系度為一1;若污染因子處于相鄰的評價(jià)級別中，(1)Si(0)=0時(shí)，污染因子處于一級(I)時(shí)L1工w8十8】（2）污染因子處于二級（II）時(shí)(1,工£8(13S(2)1+W點(diǎn)一*鋁&W&_85t(3內(nèi)a.1,1£&(3).+81,工e匚oED(3)污染因子出于三級(出)時(shí)1,工wE5K23S：1+弩賽聶洛"內(nèi)a=t,1千言1一船；WSe().&(2)St(2；-Si(1)I-l»xC0»Si(2&

9、gt;U,+句(4)污染因子出于四級(IV)時(shí)“，工er&(3)TSj(4)+安親二噂黑，&e&（4），注（5萬Si（4）-5,（3）1+；三斐維,工后1S（2）,S-1,生E0rSi(3)(JLSf(4)t+oo（5）污染因子處于五級（V）時(shí)I卜，工£LSi(O,S(5)J外+砥二黑?工O&-hxe0,5?uS(5),+8(6)污染因子處于六級(V!)時(shí)，工ES：(5)fI=，"翁蕓翳工04,&(5”-1,工E位(切式中Si(O)是各污染因子一級(I)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)白下限；Si(1)、Si(2)、Si(3)、Si(4)、Si(5)分別為各

10、污染因子評價(jià)級別的限值；x為污染因子的實(shí)測指標(biāo)；Ui1、Ui2、Ui3、Ui4、Ui5、Ui6分別為各測點(diǎn)污染因子對各評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度。由上述方法求得各個(gè)指標(biāo)的聯(lián)系度后，由求得平均聯(lián)系度，式中uj表示五種污染因子對于第j個(gè)級別的平均聯(lián)系度。若1一母工LVVeWL*2，則水體富營養(yǎng)化評價(jià)結(jié)果為吸。四、富營養(yǎng)化治理的主要方法：早期的治理主要局限于對各種污染源的控制，如污染企業(yè)從湖濱撤出，對生活污水和工業(yè)廢水進(jìn)行處理后排放等。這些方法被證明是不足以使富營養(yǎng)化湖泊得到有效治理的，因此目前對湖泊富營養(yǎng)化的治理方法還包括對藻類水華的直接控制和對內(nèi)源污染的控制，以及對湖泊進(jìn)行的各種生態(tài)修復(fù)。主要的措施包括：

11、1、物理學(xué)方法這類方法主要采用物理或機(jī)械方法來降低水體中的營養(yǎng)物濃度，從而達(dá)到降低水體富營養(yǎng)化程度的目的。包括：1)底泥疏浚底泥常被認(rèn)為是內(nèi)源污染的主要來源之一。長期的富營養(yǎng)化，導(dǎo)致大量營養(yǎng)物質(zhì)沉積于湖泊底部，因此疏浚底泥，是控制內(nèi)源營養(yǎng)物釋放的重要手段。國內(nèi)在進(jìn)行、西湖、太湖、滇池等湖泊的治理中都采用了該方法。2)引水稀釋或換水直接引入潔凈的江水來稀釋甚至更換部分湖水，達(dá)到稀釋營養(yǎng)物濃度的目的，使湖泊富營養(yǎng)化得到控制。如杭州西湖引錢塘江入湖，使水質(zhì)在短時(shí)期內(nèi)即得到了較好的改善。該方法目前在國內(nèi)也被普遍采用(如上海的蘇州河治理、江蘇的太湖等)，主要優(yōu)點(diǎn)是收效快，但該方法治標(biāo)不治本。在沒有大的理

12、想水源的地方無法采用(如滇池)。3)泥沙覆蓋法該方法主要用于對藻類水華的控制，而不是對富營養(yǎng)化的治理。即在暴發(fā)水華的水體大量噴灑泥漿水，用泥沙吸附營養(yǎng)物，使藻類沉降并覆蓋藻類，達(dá)到澄清水質(zhì)的目的。4)遮光法國內(nèi)也有研究單位提出采用覆蓋水體的方法，來降低水體的光照，從而達(dá)到控制藻類水華發(fā)生的目的。該方法，對湖泊的可應(yīng)用性較低。2、化學(xué)方法這類方法主要用于控制富營養(yǎng)化湖泊中的藻類水華，而非富營養(yǎng)化本身。這些方法主要是利用各種化學(xué)藥物殺滅藻類，常用的化學(xué)試劑是硫酸銅。該方法不適合大規(guī)模使用，而且容易產(chǎn)生新的生態(tài)問題，不宜推廣。3、生物學(xué)或生態(tài)學(xué)方法主要包括：1)利用浮游動(dòng)物(枝角類)來控制藻類。即國

13、外被稱作生物操縱法。國內(nèi)也有采用的。利用的枝角類主要是大型潼，也有利用其他枝角類如秀體潼、象鼻潼等。2)利用鯉鰥控制藻類。國內(nèi)被稱為非經(jīng)典生物操縱。鯉鰥是我國特產(chǎn)魚類，因此該方法為我國的主要方法。實(shí)踐證明，對控制藻類水華具有明顯效果，甚至在一定程度上降低湖泊的富營養(yǎng)化程。3)水生植被修復(fù)?；謴?fù)淺水型湖泊的水生植被。這也是目前國內(nèi)較常用的一種方法。主要在湖泊沿岸帶種植多種挺水植物、浮葉植物和沉水植物。利用植物對營養(yǎng)鹽的吸收來降低湖泊的富營養(yǎng)化程度。該方法的主要局限主要包括：富營養(yǎng)化湖泊底質(zhì)較差，對植物生長極其不利；冬天低水溫季節(jié)，植物生長緩慢，甚至停止生長，從而對污水處理能力喪失。4)微生物法包

14、括兩種方法：利用各種微生態(tài)制劑，加速對各種有機(jī)物的分解，達(dá)到改善湖泊底質(zhì)的目的，該方法在養(yǎng)殖水體中得到了廣泛應(yīng)用，在湖泊治理中的應(yīng)用還不多；采用藻類病毒，來殺滅水華藻類，目前該方法尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。因?yàn)樵孱惒《镜尼尫糯嬖谛碌纳鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其生態(tài)安全問題值得關(guān)注。此外，國內(nèi)也有將幾種方法綜合應(yīng)用的，如有單位利用明磯先對藻類進(jìn)行物理沉降，再放養(yǎng)鯉鰥對藻類進(jìn)行控制，收到了良好的效果。還有如南京地理所在對無錫馬山自來水原水的處理時(shí)，利用物理過濾作用和生物作用，先利用篩網(wǎng)和其他材料在太湖形成一個(gè)雙層圍隔，在圍隔中間還投放魚類、螺類、蚌類和水葫蘆等，利用篩網(wǎng)的物理過濾和生物的吸收作用等綜合作用，達(dá)到對藻類

15、的過濾和改善原水質(zhì)量的目的。水體富營養(yǎng)化程度評價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握總磷、葉綠素-a的測定原理和方法。2、運(yùn)用環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境微生物及環(huán)境評價(jià)等課程知識(shí)，綜合分析和評價(jià)水體的富營養(yǎng)化狀況，并初步提出治理水體富營養(yǎng)化的方案。二、實(shí)驗(yàn)器材1.儀器或器皿(1)真空泵及葉綠素a過濾裝置。(2)分光光度計(jì)。(3)高壓滅菌鍋。(4)離心機(jī)。(5)比色管、移液管等。(6)具塞小試管、玻璃纖維濾膜等。2.試劑(1)磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液(10g/mL)o(2)過硫酸鉀5%(總磷消解)。(3)鋁酸鹽溶液。(4)10%抗壞血酸溶液。(5)丙酮:水=(9:1)溶液。(6)1%碳酸鎂懸液。三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、原理及步驟1.總

16、磷的測定(1)原理在酸性水樣中加入強(qiáng)氧化性物質(zhì)過硫酸鉀，將各種形態(tài)的磷轉(zhuǎn)化成磷酸根離子。然后用鋁酸俊和酒石酸睇鉀與之反應(yīng)，生成磷鋁睇雜多酸，再用還原劑抗壞血酸把它還原，則變成藍(lán)色絡(luò)合物，通常稱磷鋁藍(lán)。(2)步驟1)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：吸取磷標(biāo)準(zhǔn)系列溶液(0.00、0.50、1.00、3.00、5.00、10.00、15.00mL)。定容：加蒸儲(chǔ)水定容至50mL 顯色：加入1mL10%抗壞血酸溶液，混勻。30s后加2mL鋁酸鹽溶液充分混勻，放置15min。 測量：以試劑空白作參比，用1cm比色皿，于波長700nm處測定吸光度。2)水樣處理步驟：水樣的消解：取適量水樣于50mL具塞管，加5mL過硫酸鉀

17、，蓋塞包紗布于高壓滅菌鍋中消解30min。冷至室溫后加蒸儲(chǔ)水稀釋至50mL。顯色及測量等步驟與標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制相同。3)結(jié)果處理：磷含量的計(jì)算：P=mp/V式中，P為水中磷的含量，mg/L;mp為標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得的磷含量，g;V為測定時(shí)吸取水樣的體積，mL。2.葉綠素-a的測定(1)原理葉綠素是植物光合作用中的重要光合色素。通過測定水中的葉綠素-a的含量，可估計(jì)該水體綠色植物存在量。將色素用丙酮萃取，便可以測得葉綠素-a的含量。(2)實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程包括裝置連接、抽濾、提取、離心、測吸光度等環(huán)節(jié)。裝置連接：按要求連接好真空泵、真空罐及過濾漏斗等抽濾裝置。抽濾：將0.45pm纖維濾膜平整地夾在漏斗裝置內(nèi)。取500ml水樣抽濾，當(dāng)水樣還剩約10mL時(shí)，加入58滴碳酸鎂懸液。水樣抽完后，繼續(xù)抽12分鐘，減少濾膜上的水分。提?。簩V紙放入小研缽內(nèi)，加23mL丙酮液研磨后移入離心管并用丙酮液沖洗2次，每次23mL,均移入離心管中，最后，加丙酮液至10mL,塞緊瓶塞，并在4c下暗處放置1824h。離心：如有渾濁，在3500r/min轉(zhuǎn)速下離心10分鐘。測吸光度：將萃取液倒入1cm比色皿并加蓋，以90%丙酮液為參比，分別在測定663nm、64