我国水体富营养化

学号：2008211449哈尔滨师范大学学士学位论文题目我国水体富营养化现状及控制对策研究学生董文通指导教师何琳琳副教授年级2008级A3班专业化学系别化学系学院化学化工学院哈尔滨师范大学学士学位论文开题报告论文题目我国水体富营养化现状及控制对策研究学生姓名董文通指导教师何琳琳副教授年级2008级A3班专业化学2012年3月课题来源：论文题目由指导教师指定课题研究的目的和意义：目的：通过研究课题，探究水体富营养化的形成原因，，提出科学合理的防治方法。所以，如何解决水体富营养化，就成为了我们的首要目的。意义：1、有利于大家了得水体富营养化的成因及判断标准；2、通过合理的方法，减少水体污染，从而减少水体富营养化；3、让大家知道水体富营养化的严重性，而且具有“缓慢、难以逆转”的特点；4、使人们提高对环境的认识和对环境的保护意识，提倡人们保护水环境关爱我们的生存家园。没有水，就没有生命的存在。保护水，就是保护人类，保护生命！国内外同类课题研究现状及发展趋势：国内：近年来,我国在富营养化机理研究上也取得了较大的突破。中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室成绩卓著,他们主要在水-沉积物系统方向上取得进展,研究分别从营养元素循环、生物大分子降解过程和铁-锰-硫体系的氧化还原变化等角度对云贵高原不同部位湖泊的沉积物-水系统进行了研究。结果表明:湖泊沉积物-水界面存在!活性有机质分解-溶解营养盐释放-浮游生物吸收-活性有机质沉降的快速循环,以促成富营养湖泊的高生产力水平;沉积物中生物残骸细胞破裂后,蛋白质、DNA、RNA降解导致的氮-磷差异性释放与微生物作用存在耦合关系;由于铁-锰-硫的微生物作用差异,沉积物早期成岩氧化还原序列变化对营养元素生物地球化学行为起着控制作用。国外：经过近30年来世界各国学者的潜心研究,特别是加拿大的沃伦维德(1968年),日本的合田建(1970年)及奥地利的列夫勒(1968年)等人的杰出贡献,目前公认的富营养化形成原因,主要是适宜的温度,缓慢的水流流态,总磷、总氮等营养盐相对充足,能给水生生物(主要是藻类)大量繁殖提供丰富的物质基础,导致浮游藻类(或大型水生植物)爆发性增殖。尽管对于不同的水域,由于区域地理特性、自然气候条件、水生生态系统和污染特性等诸多差异,会出现不同的富营养化表现症状,但是,影响水体富营养化发生的主要因素基本是一致的,即温度、水流流态和营养盐课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法：主要内容：一、水体富营养化的定义、机理和指标二、国内外水体富营养化“研究历史与进展”的对比三、我国水体富营养化的现状四、水体富营养化产生的原因五、水体富营养化的危害六、防治对策与技术主要方法：一、查阅书籍二、咨询相关教师三、网上查阅资料四、进行数据调查主要问题：在准备阶段：相关资料很少，查询困难。在成文阶段：一、相关数据查找困难。二、参考文献很难查找。在结束阶段：文字处理及语言叙述存在很大问题。解决办法：关于资料的查找：一、图书馆查找相关书籍、文献；二、网上查询相关资料；三、咨询相关教师。关于相关数据的查找：一、图书馆查找相关书籍、文献；二、网上查询相关资料；三、咨询相关单位。关于参考文献的查询：图书馆和网上查询相关资料及文献。关于文字处理：请同学及老师帮助修改。课题研究起止时间和进度安排：2012．3．10—2012．3．17深刻理解课题2012．3．18—2012．3．27找相关资料2012．3．28—2012．3．31书写开题报告2012．4．01—2012．4．20书写论文2012．4．21—2012．5．15修改论文2012．5．16—2012．5．20准备论文答辩2012．5．20—2012．5．24论文答辩课题研究所需主要设备、仪器及药品：本文属于综述类文章，故不用设备、仪器及药品。外出调研主要单位，访问学者姓名：指导教师审查意见：该同学能够按照指导教师的要求，通过网络、书刊等相关方式,收集了与论文相关的资料。所查资料比较详实、全面，可以开题。指导教师（签字）年月教研室（研究室）评审意见：____分析____教研室（研究室）主任（签字）年月院（系）审查意见：____________院（系）主任（签字）年月学士学位论文题目我国水体富营养化现状及控制对策研究学生董文通指导教师何琳琳副教授年级2008级A3班专业化学系别化学系学院化学化工学院哈尔滨师范大学2012年5月我国水体富营养化现状及控制对策研究董文通摘要：随着经济的快速发展和人口的不断增长，环境污染和水质恶化日趋严重。其中，水体富营养化导致藻类异常增殖，形成水华或赤潮，使水体腥臭难闻，透明度降低，溶解氧减少，大量鱼类死亡。本文介绍了水体富营养化的现状、成因、以及常用的治理方法，并对化学修复技术和水生植物修复技术微生物修复技术进行了详细介绍。本文对这些技术的激励、特点进行了阐述关键词：水体富营养化成因危害治理和控制方法化学技术水资源是人类赖以生存的基本物质，随着人口增长和社会经济飞速发展，水的需要量急剧增加，而水资源污染也日益严重[1]。我国自20世纪80年代以来，由于经济的急速发展和环境保护的相对滞后，许多湖泊、水库已进入富营养化，甚至严重富营养化状态，如滇池、太湖、西湖、东湖、南湖、玄武湖、渤海湾、州湾、九龙江、黄浦江等[2]。2000年对我国l8个，主要湖泊的调查表明，其中l4个已进入富营养化状态[3]。1水体富营养化的定义、机理和指标1.1水体富营养化定义水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象[4]。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢[5]。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，形成水华。因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在海洋中则叫做赤潮或红潮[6]。1.2水体富营养化机理在地表淡水系统中，磷酸盐通常是植物生长的限制因素，而在海水系统中往往是氨氮和硝酸盐限制植物的生长以及总的生产量[7]。导致富营养化的物质，往往是这些水系统中含量有限的营养物质，例如，在正常的淡水系统中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸盐会导致植物的过度生长，而在海水系统中磷是不缺的，而氮含量却是有限的，因而含氮污染物加入就会消除这一限制因素，从而出现植物的过度生长[8]。生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。天然水体接纳这些废水后，水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加，而其他藻类的种类则逐渐减少[9]。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变为以蓝藻为主。藻类繁殖迅速，生长周期短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把大量的氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用[10]。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态[11]。1.3水体富营养化指标多数学者认为氮、磷等营养物质浓度升高，是藻类大量繁殖的原因，其中又以磷为关键因素。影响藻类生长的物理、化学和生物因素(如阳光、营养盐类、季节变化、水温、pH值，以及生物本身的相互关系)是极为复杂的[12]。因此，很难预测藻类生长的趋势，也难以定出表示富营养化的指标[13]。目前一般采用的指标是：水体中氮含量超过0.2-0.3ppm，生化需氧量大于10ppm，磷含量大于0.01-0.02ppm，pH值7-9的淡水中细菌总数每毫升超过10万个，表征藻类数量的叶绿素-a含量大于10μmg/L[14]。2国内外水体富营养化“研究历史与进展”的对比在20世纪初期,水体富营养化问题引起了国外部分生态学家、湖沼学家的注意,并开始了对其成因的初步探索[15]。在上世纪60年代末,随着全球出现的海洋和淡水水体富营养化问题的不断加剧,联合国环境规划署(UNEP)、世界卫生组织(WHO)、国际经济合作与开发组织(OECD)等众多国际组织以及世界各国都相继开始了富营养化形成机理及其防治对策的研究,进行了大量的试验、实践与探索[16]。由于富营养化的发生发展包含着一系列生物、化学和物理变化的过程,并与水体化学物理性状、湖泊形态和底质等众多因素有关,其演变过程十分复杂,研究所涉及的学科多种多样,所以至今对富营养化形成机理仍然无法作出科学的解释,研究还停留在初级阶段,有待进一步的深入[17]。经过近30年来世界各国学者的潜心研究,特别是加拿大的沃伦维德(1968年),日本的合田建(1970年)及奥地利的列夫勒(1968年)等人的杰出贡献,目前公认的富营养化形成原因,主要是适宜的温度,缓慢的水流流态,总磷、总氮等营养盐相对充足,能给水生生物(主要是藻类)大量繁殖提供丰富的物质基础,导致浮游藻类(或大型水生植物)爆发性增殖[18]。尽管对于不同的水域,由于区域地理特性、自然气候条件、水生生态系统和污染特性等诸多差异,会出现不同的富营养化表现症状,但是,影响水体富营养化发生的主要因素基本是一致的,即温度、水流流态和营养盐[19]。早期的富营养化机理研究主要是探讨水体中营养盐负荷与浮游藻类生产力的相互作用和关系,这也是揭示湖泊富营养化形成机理的主要途径[20]。通过对营养盐的动力学吸收的研究,许多学者(Levasseuretal,1987;Harrisonetal,1977;Goldmanetal,1979)提出了大致相同的浮游藻类生长所需环境溶解营养盐的原子比,了解了氮、磷以及氮磷比值分别与藻类生长的相关关系。在这些研究的基础上,提出了控制外源性营养盐输入的富营养化水体治理措施[21]。纵观国际上近年来开展的富营养化水体治理工程不难发现,以外源污染治理为主的措施对于深水湖泊取得了较好的效果,但对于浅水湖泊却收效甚微,这说明不同类型的湖泊其富营养化机理不尽相同[22]。为此,各国学者对富营养化形成机理开始了更深层次的思考,特别是对浅水湖泊沉积物中营养盐的赋存、降解和释放等循环过程的研究。主要研究有:1996年,法国学者RubanV和DemareD在Bart-les-Orgnes水电水库研究了底泥水界面上磷的释放,用序列抽提法研究得知并非所有形式的磷酸盐都容易释放。1999年,荷兰的Brouwer等在研究Banen湖时发现硫酸盐和碳酸氢盐是影响底泥降解和恢复湖泊的关键因素。美国的Bateus等以俄克拉何马州卡布莱克韦湖底质进行厌氧好氧、带菌无菌,搅拌三种条件组合的模拟实验表明,在好氧搅拌带菌情况下沉积物的释放量最大[23]。近年来,我国在富营养化机理研究上也取得了较大的突破。中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室成绩卓著,他们主要在水-沉积物系统方向上取得进展,研究分别从营养元素循环、生物大分子降解过程和铁-锰-硫体系的氧化还原变化等角度对云贵高原不同部位湖泊的沉积物-水系统进行了研究[24]。结果表明:湖泊沉积物-水界面存在!活性有机质分解-溶解营养盐释放-浮游生物吸收-活性有机质沉降∀的快速循环,以促成富营养湖泊的高生产力水平;沉积物中生物残骸细胞破裂后,蛋白质、DNA、RNA降解导致的氮-磷差异性释放与微生物作用存在耦合关系;由于铁-锰-硫的微生物作用差异,沉积物早期成岩氧化还原序列变化对营养元素生物地球化学行为起着控制作用。陈德辉等以Tilman提出的!资源竞争机制学说∀为依据,研究了微囊藻栅藻资源竞争的动力学过程结果表明:在光强为10-0~17-1EE和磷浓度为3-10~20-0g/mo1的范围内,微囊藻的生长率大于栅藻的