（环境工程专业论文）菹草对长江中游湖泊沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响.pdf

华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 奄 如需保密，解密时间年月日 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 研究蚴：1 峨卟帆洲汐年占月歹日 撇椭始1 吩叶钟始等锄 签名日期：沙d 年6 月了日签名日期：知年易月了日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 菹草对长江中游湖泊沉积物及上覆水钙、磷循环的影响 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 1 前言1 1 1 水体富营养化1 1 1 1 水体富营养化问题1 1 1 2 我国水体富营养化现状2 1 1 - 3 水体富营养化的危害。3 1 1 4 水体富营养化的防治与修复5 1 2 沉积物中磷、钙对水体富营养化的影响6 1 2 1 沉积物中磷的存在形态。6 1 2 2 磷在沉积物水晃面间的迁移转化7 1 2 3 钙对水体富营养化的影响8 1 2 4 碳酸钙和磷的共沉淀8 1 3 沉水植物在沉积物水界面的作用1 0 1 3 1 沉水植物的生态效应1 0 1 3 2 沉水植物一菹草1 1 1 4 研究目的和意义1 2 2 试验材料与方法1 3 2 1 沉积物加钙条件下菹草对南湖沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响一1 3 2 1 1 试验材料13 2 1 2 试验设计1 3 2 1 3 取样l4 2 2 菹草对不同来源沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响1 4 2 2 1 试验材料1 4 2 2 2 试验设计1 4 2 2 3 取样l5 2 3 测定项目及方法1 6 2 3 1 基本理化性质1 6 2 3 2 沉积物总磷1 6 2 3 3 沉积物中磷分级1 6 2 3 4 沉积物钙分级1 7 2 3 5 沉积物有机质的测定1 8 华中农业大学2 0 1 0 届硕士研究生学位论文 2 3 6 植物样品总磷及钙镁铁锰的测定1 9 2 3 7 上覆水和间隙水磷形态的测定1 9 2 3 8 上覆水和间隙水c a 2 + 的测定1 9 2 3 9 上覆水叶绿素a 的测定2 0 2 3 1 0 数据统计分析方法2 0 3 结果与分析2 0 3 1 沉积物加钙条件下菹草对南湖沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响一2 0 3 1 1 供试南湖沉积物与上覆水基本特征2 0 3 1 2 沉积物加钙条件下菹草对沉积物总磷含量的影响2 1 3 1 3 沉积物加钙条件下菹草对沉积物磷、钙分级的影响2 2 3 1 4 沉积物加钙条件下菹草对水体磷、钙含量的影响2 7 3 1 5 沉积物加钙条件下菹草对c a c 0 3 p 共沉淀的影响3 0 3 1 6 沉积物加钙条件下菹草对上覆水叶绿素a 含量的影响3 1 3 2 菹草对不同来源沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响3 2 3 2 1 供试沉积物与上覆水基本特征3 2 3 2 2 菹草对不同来源沉积物钙分级的影响3 3 3 2 3 菹草对不同来源沉积物其上覆水p h 值的影响3 6 3 2 4 菹草对不同来源沉积物其水体磷、钙含量的影响3 6 4 讨论3 9 4 1 沉积物加钙和种植菹草对沉积物钙、磷含量的影响3 9 4 2 沉积物加钙和种植菹草对上覆水钙、磷含量的影响4 1 4 3 沉积物加钙和种植菹草对c a c 0 3 p 共沉淀的影响4 2 4 4 沉积物加钙和种植菹草对上覆水叶绿素a 含量的影响4 3 5 小结4 4 参考文献4 5 在读期间发表的论文5 3 墅5 【谢5 4 附勇之5 5 附录一：“沉积物加钙条件下菹草对南湖沉积物及上覆水间钙、磷循环的影 响”试验数据5 5 附录二：“菹草对不同来源沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响”试验数据 1 5 7 菹草对长江中游湖泊沉积物及上覆水钙、磷循环的影响 摘要 “沉积物上覆水 界面是沉积物与上覆水之间的转换区，是水环境的一个特殊 而重要的区域。沉水植物作为这一区域生态系统的重要组成部分，对“沉积物上覆 水”界面磷的迁移、转化起到调控作用。同时，水体中c a c 0 3 p 共沉淀是一种重要 的净水机制，对“沉积物上覆水界面磷的循环同样有着重要的影响。 本课题为了研究菹草对湖泊沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响，设计了两个 部分的内容：试验“沉积物加钙条件下菹草对南湖沉积物及上覆水间钙、磷循环的 影响”是以“上覆水沉水植物沉积物 体系为研究对象，采集武汉市武昌南湖沉 积物、上覆水及其邻近水域的沉水植物菹草( p o t a m o g e t o nc r i s p u sl ) ，在模拟湖泊 生态条件下进行盆栽试验。试验设置沉积物加钙、上覆水加磷和种植菹草等不同处 理，在菹草生长5 0d ( 苗期) 和1 6 6d ( 生殖生长期) 时分别测定沉积物、上覆水、 间隙水和菹草中钙、磷变化情况，同时对上覆水p h 、沉积物e h 、上覆水叶绿素a 含量等指标进行监测；试验“菹草对不同来源沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响 是在此基础上以长江中游几个钙活性不同的浅水湖泊沉积物为研究对象，进一步对 试验结果进行论证，以研究恢复菹草对沉积物及上覆水间钙、磷循环的影响。主要 结论如下： ( 1 ) 在菹草生长5 0d 时，种植菹草和沉积物加钙都能提高沉积物t p 含量，且 菹草在上覆水高磷水平下使沉积物t p 含量增加更为明显；在菹草生长1 6 6d 时，除 空白处理外，其它处理沉积物1 1 p 含量都有所下降。这可能是由于菹草在不同的生 长期通过影响根际泌氧作用使得沉积物的氧化还原电位上升从而改变沉积物中的金 属离子状况，以至影响到沉积物对磷的吸附和释放，这是菹草维持水体较低营养水 平的重要机制。菹草的地下部分全磷含量在菹草生长1 6 6d 时比生长5 0d 时有大幅 度增加，这也是沉积物t p 含量降低的原因之一。 ( 2 ) 种植菹草能降低沉积物中c a 2 p 和a 1 p 的含量，说明菹草的生长能有效吸 收沉积物中的c a 2 p 和a 1 p ，其中在菹草生长苗期，沉积物加钙能有效促进菹草植 株对c a 2 p 的吸收。随着时间的延长，沉积物中f e p 和a 1 p 含量降低，f e o p 和 a 1 o p 含量增加。 ( 3 ) 沉积物中交换性c a 含量与c a 2 p 星极显著负相关，c a c 0 3 c a 、 c a 5 ( p 0 4 ) 3 0 h - c a 和c a s 0 4 - c a 都与o r g p 、f e p 、a 1 o p 、f e o p 等难溶性磷呈极显 著正相关，四种形态的钙都与c a l o p 无相关性，这说明随着沉积物中交换性c a 含 量增加，活性磷含量减少，且难溶性钙增加时难溶性磷呈现增加的趋势，但在短时 间内难溶性的c a l o p 不易受沉积物中钙形态变化的影响。 华中农业大学2 0 1 0 届硕士研究生学位论文 ( 4 ) 种植菹草能有效去除上覆水t p ，说明菹草不仅通过根系吸收沉积物中的 磷，其茎叶对磷的吸收能力也很强。上覆水中菹草的生物去磷作用总体上讲与上覆 水中磷的相对平衡有关，上覆水可溶性磷的浓度在菹草存在的条件下相对稳定，其 除去的磷一般来源于颗粒态磷的转化，最终表现为对上覆水中t p 的去除，并且在 植株生长苗期作用最强，但随着植株的逐渐衰败，其除磷的生态效益也随之下降。 沉积物加钙对上覆水中t p 的去除有显著效果，种植菹草与沉积物加钙共同作用的 除磷效果最明显。由于平衡关系，间隙水t p 直接影响的是上覆水溶解性磷。 ( 5 ) 在沉积物加钙条件下菹草的生长能提高上覆水c a 2 + 浓度，但在沉积物未加 钙条件下，菹草的生长却降低上覆水c a 2 + 浓度，这可能是由于菹草本身会吸收上覆 水中的c a 2 + ，只有在沉积物中钙浓度达到了一定范围时，菹草才能将转运至茎叶的 c a ：+ 释放至上覆水中。上覆水c a 2 + 浓度还受间隙水c a 2 + 浓度影响，间隙水c a 2 + 浓度 越高，上覆水c a ：+ 浓度降低越少。同时，上覆水c a 2 + 浓度与上覆水t p 、t s p 和间隙 水t p 呈现显著正相关关系。 ( 6 ) 种植菹草能提高沉积物中总钙的含量，并随着菹草生长时间的延长其增量 更加明显。试验证明，在菹草存在的条件下，上覆水体中有c a c 0 3 一p 共沉淀的发生， 这是由于种植菹草能提高上覆水的p h 值从而促进该共沉淀现象的发生。沉积物加 钙使上覆水c a ：+ 浓度相应升高，加大了起始c a p ，从而加速了结晶的过程。种植菹 草和沉积物加钙的共同作用增加了c a c 0 3 p 共沉淀的速率，进而降低上覆水中磷的 浓度。 ( 7 ) 种植菹草或沉积物加钙都能降低上覆水中叶绿素a 的含量，但随着种植时 间推移，这种抑藻作用有所减弱，而在沉积物加钙条件下，菹草的抑藻作用却随着 时间推移依然显著。菹草对叶绿素a 的去除主要是通过菹草去除水中磷来实现的， 而沉积物加钙的作用则与上覆水中发生c a c 0 3 p 共沉淀，从而降低上覆水中磷浓度， 并抑制沉积物中的磷向上覆水中释放有关。 关键词：沉积物；菹草；上覆水；磷分级；钙分级；c a c 0 3 p 共沉淀 菹草对长江中游湖泊沉积物及上覆水钙、磷循环的影响 a bs t r a c t t h e “s e d i m c u t - w a t e r i n t e r f a c ei st h et r a n s f o r m a t i o nb e t w e e nt h es e d i m e n ta n d o v e r l y i n gw a t e r , a n di sas p e c i a la n di m p o r t a n ta r e ao fw a t e re n v i r o n m e n t s u b m e r g e d m a c r o p h y t e sa sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n t so ft h i sr e g i o n a le c o s y s t e m ，p l a yar e g u l a t o r y r o l ei nt r a n s f o r m a t i o no fp h o s p h o r u si nt h e “s e d i m e n t - w a t e r i n t e r f a c e m e a n w h i l e ，t h e c o p r e c i p i t a t i o n o fc a c 0 3 一pi nw a t e rb o d yi sa l l i m p o r t a n tm e c h a n i s mo fw a t e r p u r i f i c a t i o n , i ta l s oh a sas i g n i f i c a n ti m p a c to np h o s p h o r u sc y c l e i no r d e rt os t u d yt h ee f f e c to fpc r i s p u so nc a l c i u ma n dp h o s p h o r u sc y c l ei nl a k e s e d i m e n ta n do v e r l y i n gw a t e r , t w oe x p e r i m e n t sw e r ed e s i g n e d “t h ee f f e c to fp c r i s p u s o nc a l c i u ma n dp h o s p h o r u sc y c l ei ns e d i m e n ta n do v e r l y i n gw a t e ro fl a k en a n h uu n d e r s e d i m e n ta d d i n gc a l c i u m t a k et h es y s t e mo f w a t e r - s u b m e r g e dm a c r o p h y t e s - s e d i m e n t 舔t h er e s e a r c ho b j e c t ，u n d e rs i m u l a t e dc o n d i t i o n so fl a k ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，w e c o l l e c t e ds e d i m e n ta n do v e r l y i n gw a t e ro fl a k en a n h ua n ds u b m e r g e dm a c r o p h y t e s p o t a m o g e t o nc r i s p u sl t od e s i g na s e to fp o te x p e r i m e n t s ，i n c l u d i n gs e d i m e n ta d d e dw i t h c a l c i u m , o v e r l y i n gw a t e ra d d e dp h o s p h o r u sa n dp l a n t i n gpc r i s p u s t or e s e a r c ht h ee f f e c t o fp l a n t i n g 只c r i s p u sa n ds e d i m e n ta d d i n gc a l c i u mo np h o s p h o r u sc y c l eb e t w e e n s e d i m e n ta n do v e r l y i n gw a t e r , w ed e t e r m i n e dt h ec h a n g e so fp h o s p h o r u sa n dc a l c i u mo f s e d i m e n t ，o v e r l y i n gw a t e r ，p o r ew a t e ra n d 户c r i s p u sa tt w od i f f e r e n tg r o w t hs e a s o no fp c r i s p u s ( 5 0d a n d16 6d ) ，a tt h es a m et i m e ，p ho fo v e r l y i n gw a t e r , e ho fs e d i m e n ta n d c o n t e n to fc h l o r o p h y l law e r em o n i t o r e d o nt h i sb a s i s ， u n d e rd i f f e r e n ts o u r c e so f s e d i m e n t st h ee f f e c to fp c r i s p u so nc a l c i u ma n dp h o s p h o r u sc y c l ei nl a k es e d i m e n ta n d o v e r l y i n gw a t e r w a sc a r r i e do u t ，w ec o l l e c t e ds e d i m e n t sf r o ms e v e r a ll a k e sa tt h em i d d l e r e a c h e so ft h ey a n g t z er i v e r , w i t hd i f f e r e n tc a l c i u ma c t i v i t y , w h i c hf u r t h e rd e m o n s t r a t e d t h ee x p e r i m e n tr e s u l t s t h ec o n c l u s i o n sa r eo b t a i n e da sf o l l o w s ： ( 1 ) a t5 0d g r o w t hs e a s o n ，t po fs e d i m e n tw a si n c r e a s e db yb o t hp l a n t i n g 尸c r i s p u s a n ds e d i m e n ta d d i n gc a l c i u m ，w h i c hw a sm o r er e m a r k a b l ei nh i g h e rp h o s p h o r u sl e v e l w a t e r ；a t16 6d g r o w t hs e a s o n ，s e d i m e n tt po fa l lt r e a t m e n t sh a dr e d u c e de x c e p tt h a to f c o n t r o lt r e a t m e n t t h i sc o u l db ea c c o u n t e df o rt h ef a c tt h a ti nd i f f e r e n tg r o w t hp e r i o dp c r i s p u sa f f e c t e do x i d a t i o n - r e d u c t i o np o t e n t i a lo fr h i z o s p h e r es e d i m e n t ，t h e nc h a n g e dt h e s t a t u so fm e t a li o n s ，a n df u r t h e r l yi n f l u e n c e dt h ea b s o r p t i o na n dr e l e a s ec a p a c i t yo f p h o s p h o r u so ns e d i m e n t t h i si sa ni m p o r t a n tm e c h a n i s mo fk e e p i n gw a t e ra tal o w e r n u t r i e n tc o n d i t i o nb y 只c r i s p u s c o m p a r e dw i t h5 0d ，t h e r eh a sb e e nat r e m e n d o u s i n c r e a s ei nr o o tt po fp c r i s p u sf o r16 6d ，t h a tm a yb eo n eo ft h ec a u s e sf o rs e d i m e n tt p i i i 华中农业大学2 0 1 0 届硕士研究生学位论文 d e c r e a s i n g ( 2 ) p l a n t i n gpe r i s p u sc o u l dd e c r e a s et h ec a 2 pa n da 1 一pc o n t e n t so fs e d i m e n t w h i c hs h o w e d 尸c r i s p u sc o u l de f f e c t i v e l ya b s o r bc a 2 。pa n da 1 p i n 尸c r i s p u ss e e d i n g g r o w t hp e r i o d , a d d i n gs e d i m e n tw i t hc a l c i u mc o u l ds t i m u l a t ep c r i s p u st oa b s o r bc a 2 p w i t hp r o l o n g e dc u l t u r ep e r i o dt h ef e pa n da 1 pc o n t e n to fs e d i m e n td e c r e a s e da n d f e o pa n da 1 o pi n c r e a s e d ( 3 ) i ns e d i m e n t , t h e r ew a sah i g h l ys i g n i f i c a n tn e g a t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e n e x c h a n g e dc aa n dc a 2 一只c a c 0 3 一c a 、c a s ( p 0 4 ) 3 0 h c aa n dc a s 0 4 c as h o w e dh i g h l y s i g n i f i c a n tp o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t ho r g - p 、f e p 、a 1 o p 、f e o p t h e r ew a sn o c o r r e l a t i o nb e t w e e nf o u rf o r m sc a l c i u ma n dc a l 0 - et h i ss h o w e di ns e d i m e n ta c t i v e p h o s p h o r u sd e c r e a s e da se x c h a n g e dc ai n c r e a s e d ，a n di n s o l u b l ep h o s p h o r u ss h o w e da r i s i n gt r e n dw h e ni n s o l u b a l ec a l c i u mw a sp r e s e n t ，b u ti nas h o r tt i m ec a l o pw a sf r e e d o m f r o ma f f e c t a t i o no fc a l c i u mf o r m s ( 4 ) p l a n t i n gpc r i s p u sc o u l dr e m o v eo v e r l y i n gw a t e rt pe f f e c t u a l l y p h o s p h o r u sw a s a b s o r b e dn o to n l yb yr o o tb u ta l s ob ys t e m sa n dl e a v e s w i t hp e r i s p u se x i s t e n c e ，t h e c o n c e n t r a t i o no fs o l u b l ep h o s p h o r u si no v e r l y i n gw a t e rw a sr e l a t i v e l y s t a b l e ，a n dt h e r e m o v a lp h o s p h o r u sw a sg e n e r a lf r o mp a r t i c l es t a t e ，i ni t ss e e d i n gs t a g ep c r i s p u sh a dt h e s t r o n g e rr e m o v a le f f e c to fp h o s p h o r u s ，w i t hs e n e s c i n go fpc r i s p u s ，t h ee c o l o g i c a lb e n e f i t d e c r e a s e da c c o r d i n g l y t h e r ew a sr e m a r k a b l er e m o v a le f f e c to f o v e r l y i n gt pb ya d d i n g c a l c i u mt os e d i m e n t , t h ej o i n ta c t i o no fp l a n t i n gp c r i s p u sa n ds e d i m e n ta d d e dw i t h c a l c i u mh a dt h em o s tr e m o v a le f f i c i e n c y t h es o l u b l ep h o s p h o r u so f o v e r l y i n gw a t e rw a s d i r e c t l yi m p a c t e db yt po fp o r ew a t e l ( 5 ) u n d e rt h ec o n d i t i o no fs e d i m e n ta d d i n gc a l c i u m , p l a n t i n gp c r i s p u sc o u l d i n c r e a s et h ec o n c e n t r a t i o no fc a 2 + i no v e r l y i n gw a t e r , w h i l eu n d e rt h ec o n d i t i o no f s e d i m e n tw i t h o u ta d d i n gc a l c i u m ，w h a th a p p e n e dw a s o p p o s i t e ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc a 2 + i no v e r l y i n gw a t e rd e c r e a s e d i tw a sd u et ot h ea d s o r p t i o no fc a 2 + b yp c r i s p u s ，o n l y w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fc a l c i u mc a m et oac e r t a i nl e v e l ，pe r i s p u sc o u l dt r a n s p o r tc a 2 + t oo v e r l y i n gw a t e r t h ec o n c e n t r a t i o no fc a 2 + i no v e r l y i n gw a t e rw a sa f f e c t e db yt h e c o n c e n t r a t i o no fc a 2 + i np o r ew a t e r , h i g h e rt h ec o n c e n t r a t i o no fc a 2 + i np o r ew a t e r w a s ， m o r es l o w l yt h ec o n c e n t r a t i o no fc a 2 + i no v e r l y i n gw a t e rd e c r e a s e d t h e r ew a sa s i g n i f i c a n tp o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o no fo v e r l y i n gw a t e rc a 2 + a n d o v e r l y i n gw a t e rt p 、t s pa n dp o r ew a t e rt p ( 6 ) p l a n t i n g 只c r i s p u sc o u l di n c r e a s et h ec o n t e n to ft o t a lc a l c i u mi ns e d i m e n t , w i t h c u l t u r ep e r i o dg o i n g ，t h ei n c r e m e n tw a sm o r es i g n i f i c a n t e x p e r i m e n ti n d i c a t e da tt h e i v 菹草对长江中游湖泊沉积物及上覆水钙、磷循环的影响 p r e s e n c eo fp c r i s p u sc o - p r e c i p i t a t i o no fc a c 0 3 - pw a so b s e r v e d ，t h i sb e c a u s ep l a n t i n gp c r i s p u sc o u l di n c r e a s ep ho fo v e r l y i n gw a t e ra n ds t i m u l a t et h ec o p r e c i p i t a t i o n s e d i m e n t a d d e dw i t hc a l c i u mc o u l di n c r e a s et h ec o n c e n t r a t i o no fc a 2 + a n di n i t i a lc a p , t h u s s p e e d i n gu pt h ec r y s t a l l i z a t i o np r o c e s s t h ec o p r e c i p i t a t i o n r a t eo fc a c 0 3 - pw a s i n c r e a s e db yt h ej o i n ta c t i o no fp l a n t i n g 户c r i s p u sa n ds e d i m e n ta d d e dw i t hc a l c i u m ， f u r t h e r l yt h ec o n c e n t r a t i o no fo v e r l y i n gw a t e rp h o s p h o r u sw a s d e c r e a s e d ( 7 ) b o t hp l a n t i n gpc r i s p u sa n ds e d i m e n ta d d e dw i t hc a l c i u mc o u l dd e c r e a s et h e c o n t e n to fc h l o r o p h y l la ，a st i m ew e n to n , t h ei n h i b i t i o no fa l g a eb e g a nt or e d u c e ，w h i l e u n d e rt h ec o n d i t i o no fs e d i m e n ta d d i n gc a l c i u mt h ea l g a ei n h i b i t i o no fp l a n t i n gpc r i s p u s w a ss t i l ls i g n i f i c a n t pc r i s p u si n h i b i t e dc h l o r o p h y l lab yr e d u c i n gp h o s p h o r u so f o v e r l y i n gw a t e r , a n ds e d i m e n ta d d i n gc a l c i u mi n h i b i t e dc h l o r o p h y l lab yc o - p r e c i p i t a t i o n o fc a c 0 3 pa n di n h i b i t i n gp h o s p h o r u so fs e d i m e n tt or e l e a s et oo v e r l y i n gw a t e r k e yw o r d s ：s e d i m e n t ；p o t a m o g e t o n c r i s p u s ；o v e r l y i n gw a t e r ；p h o s p h o r u s f r a c t i o n a t i o n ；c a l c i u mf r a c t i o n a t i o n ；c o - p r e c i p i t a t i o no fc a c 0 3 一p v 菹草对长江中游湖泊沉积物及上覆水钙、磷循环的影响 - j 上- _ l 刖吾 1 1 水体富营养化 1 1 1 水体富营养化问题 湖泊富营养化是一个全球性的环境问题，富营养化的机制和治理是当今水生态 学研究的热点( h e i n ，2 0 0 5 ) ，水体富营养化是指由于过量的氮、磷等营养性物质进 入水体，使藻类和其他水生生物异常繁殖，从而使水体透明度和溶解氧浓度产生变 化，造成水质恶化，水体不断加速老化，使水体功能和水生态系统受到阻碍和破坏 的现象。水体的富营养化可以分为天然富营养化和人为富营养化( 刘春光等，2 0 0 4 ) 。 工业和生活污水、农田和地面径流中的营养物质是水体富营养化的主要成因，其中 磷主要源于工业废水和生活污水，氮则主要是由于农业面源污染造成的( s m i t he ta 1 ， 2 0 0 1 ) 。 国际经合组织( o e c d ) 定义富营养化为当湖泊水中的磷和氮等营养元素( 如 磷酸盐、氨氮、硝酸盐氮、酰胺态氮) 的浓度超过一定范围而引起的湖泊生态系统 的一种恶性循环，从而依据湖泊富营养化程度的不同将湖泊分为几类( 表1 1 ) ( o e c d ，1 9 8 2 ) 。国际上认为水体发生富营养化的浓度为总磷( t p ) 浓度0 0 2m g l 、 总氮( t n ) 浓度0 2m g l ( 金相灿等，1 9 9 0 ) 。随着研究的深入进行，氮磷在水体 富营养化中所起到的重要作用被人们逐渐认识。也有人观察到，氮浓度大于o 2 0 3 m g l ，磷浓度大于0 0 1 0 0 2m g l ，叶绿素a 含量大于1 0m g m 3 ，b o d 超过1 0m g l ， p h 为7 - 9 的水体中细菌总数超过1 0 万个m l d 的水体为富营养水体( 司友斌等， 2 0 0 0 ) 。一般认为，氮能够通过生物固氮作用进入水体循环，而磷则是水体富营养化 的限制因子，水体磷的过量可以满足藻类生长所需，使藻类大量繁殖( r a v e ne ta 1 ， 1 9 9 2 ) 。 华中农业大学2 0 1 0 届硕士研究生学位论文 表1 - 1 湖泊富营养化分类体系( 年平均值) t a b l e1 - 1m e a na n n u a lv a l u e sf o r t h et r o p h i cc l a s s i f i c a t i o ns y s t e m + 引自o e c d ( 1 9 8 2 ) 1 1 2 我国水体富营养化现状 我国是一个湖泊众多的国家，湖泊总面积约为7 1 7 8 7k m 2 ，总储水量约为7 0 8 8 亿m 3 ，其中淡水湖泊面积占湖泊总面积的4 5 ，淡水储量为2 2 6 1 亿m 3 ，占湖泊总 储水量的3 1 9 ，有2 8 4 8 个湖泊面积在1k m 2 以上。因此，湖泊是我国极其重要的 水资源( 金相灿，1 9 9 5 ) 。 随着人们生活水平的提高和对资源的需求增大，对环境资源的开发利用活动日 渐增多，从而伴随大量含有氮、磷等营养元素的污水排入河流、湖泊和水库。同时， 人们为了使农作物产量提高，大量施用化肥，加上随之增加的牲畜粪便，这些物质 经过雨水的渗透和冲刷，使水体的营养物质不断累积。湖泊水体的污染及富营养化 问题在这些人为因素的影响下日益加重。2 0 0 7 年无锡太湖蓝藻的暴发是我国湖泊生 态系统环境进一步恶化的一个重要标志。目前我国湖泊富营养化程度不容乐观。对 湖泊的营养状况进行了调查，4 9 个湖泊中，中度富营养化的有1 7 个，富营养化的 有3 2 个；根据近来对我国的5 0 个主要湖泊水体水质和富营养化状况的调查评价结 果表明，水体部分受到污染的有1 3 个，严重污染的有1 9 个，符合和优于我国i i i 类水标准的湖泊仅有1 8 个( 刘建康，2 0 0 3 ) 。 我国湖泊资源绝大部分都分布在长江中下游和东部沿海地区，约有扔的淡水湖 泊集中于长江中下游地区，其中大多数都是浅水湖泊( 秦伯强，2 0 0 2 ) 。调查结果显 示，国家重点治理的“三湖”情况是：滇池的水质大部分为v 类，占总面积的6 9 ，占 总面积的3 1 为劣于v 类水质标准，全湖为富营养化状态。太湖大部分为类水， 占总面积的7 5 3 ，1 6 5 为m 类水，8 2 为劣v 类水，中营养化程度面积为2 3 ， 富营养化面积为7 7 。巢湖的东半湖部分水质为类水，西半湖水质为劣v 类水， 中庙湖区水质为v 类水，整个巢湖水体为富营养化状态( 中国水资源公报，2 0 0 4 ) 。 2 菹草对长江中游湖泊沉积物及上覆水钙、磷循环的影响 由于近二十年来，湖泊资源的不合理开发利用和经济的迅猛发展，许多湖泊都 已经处于富营养化状态或正在富营养化中( 见表1 2 ) 。水华的频繁暴发和因水质污 染而产生的缺水日益严重，湖泊生态系统功能和结构退化，由此产生了严重的经济 损失，严重制约着社会和经济的可持续发展。为此，近十几年来，从中央到地方各 级政府都高度重视湖泊富营养化的治理，各级政府投入了大量的人力与物力，但迄 今为止收效并不理想，水体现状并未改观，富营养化湖泊的治理工作已经迫在眉睫。 表1 2 长江中下游主要湖泊营养状况 t a b l e ! - 2e u t r o p h i c a t i o no fl a k e si nt h em i d d l ea n dl o w e rr e a c h e so fy a n g t z er i v e r 引自秦伯强( 2 0 0 7 ) 1 i 3 水体富营养化的危害 水体富营养化可以引起藻类及其它水生生物异常繁殖，鱼类及其它水生生物大 量死亡，它使水体透明度下降，加速湖泊老化，使水体生态系统功能受到破坏和阻 碍( 王淑芳，2 0 0 5 ) 。湖泊富营养化已成为我国许多湖泊面临的重大环境问题，它对 水体产生了严重危害，对环境和经济造成巨大损失，影响深远，主要表现在以下几 个方面： 华中农业大学2 0 1 0