湖泊富营养化生态修复【参考材料】

1、1,优质材料,主要内容 1.湖泊富营养化概述 2.湖泊富营养化成因 3.湖泊富营养化的生态修复的方法,2,优质材料,1.1 定义 1.2 现状 1.3 影响,1 湖泊富营养化的概述,3,优质材料,1.1 富营养化定义 广义：由于人类的活动，使得水体中营养物质富集，引起藻类以及其它水生生物过量繁殖，水呈绿色或混浊呈褐色，水体透明度下降，溶解氧降低，造成水质恶化，严重时发生“水华”或“赤潮”，使整个水体生态平衡发生改变而造成危害的一种污染现象。池塘、水库、湖泊、海洋等多发,4,优质材料,狭义： 水体富营养化是大量的氮和磷等营养物质进入水体，引起蓝藻（蓝细菌）、微小细菌以及其他藻类和浮游生物的恶性增

2、殖，最终导致水质急剧下降的一种现象,5,优质材料,藻类（植物）-蓝藻（蓝细菌）-光合细菌 叶绿体-不含叶绿体（藻胆蛋白）-不含叶绿体 叶绿素a-叶绿素a-不含叶绿素a 需氧条件-需氧条件-厌氧条件,6,优质材料,如何判断富营养化： 一般认为水体含氮量大于0.2mg/L、水体含磷量大于0.02mgL、水体细菌总数大于105/mL 、叶绿素a大于10mg/m3 、BOD大于10mg/L属于富营养化水体,7,优质材料,1.2 现状 我国是陆地大国，淡水资源少，而且主要淡水湖除处于人烟稀少的地区与原始状态的湖泊外, 其营养盐水平基本上都达到了富营养化发生的标准浓度,水体的富营养化在多数湖泊中已处于相当

3、水平,8,优质材料,太湖梅梁湾,滇池蓝藻大爆发,1997年富营养化湖泊分布情况,9,优质材料,滇池,我国是一个多湖泊的国家，湖泊总面积17787km2 约占全国总面积的0.8%。具统计，2000年我国37个主要湖泊的富营养状况，其中59.1%为中、富营养性，14.7%为重营养性,10,优质材料,富营养化的趋势,11,优质材料,富营养湖泊与贫营养湖泊比较,12,优质材料,1.3 富营养化的影响 一、自然景观的危害 1.水体发臭难闻 富营养化的水体的某些藻类能够发出难闻的气味，死亡的水生生物在水底被厌养微生物分解产生硫化氢气体，使水体不断恶化,13,优质材料,2.水体透明度降低 富营养化的湖泊中生

4、长着大量的蓝藻、绿藻，这些水藻浮在水面上形成大量的浮渣，遮挡阳光，导致水体的透明度降低,14,优质材料,二、水体生态及生物的影响 1.影响水体溶解氧 富营养水体表层，藻类可获得充足的阳光进行光合作用而放出氧气，所以水体表面有充足的氧气。但是表面的密集的藻类使得阳光不能穿透到湖泊深处,直接导致深层水体的光合作用受到抑制，溶解氧越来越少,15,优质材料,2.对浮游生物和底栖生物的影响 富营养化水体加上合适的温度和光照，浮游生物大量增加，那么以这些藻类为食物的浮游动物也随之大量增加，随着时间推移，水体中的有机物会大量堆积，那么水体中的一些以有机物为食物的底栖生物也会大量增加，底栖生物的大量繁殖要消耗

5、大量的氧气，并且厌氧细菌通过新陈代谢产生一些硫化氢的气体也会使水体恶化,16,优质材料,3.对整个生态系统结构和生物分布的影响 水体富营养化以前通常是硅藻占有支配地位；富营养化以后水体开始以鞭毛藻类为主，食植动物增加，食肉动物减少，高级物种开始消失，这直接改变了生态系统，破坏了生态平衡,17,优质材料,4.危害人体健康 一些藻类再代谢过程中可以产生藻毒素，人食用一些藻类为食的鱼类之后可以致癌,18,优质材料,2.湖泊富营养化成因,2.1 水体富营养化的主要成因 2.2 富营养化形成的其他因素,19,优质材料,2.1 富营养化的主要成因 水体富营养化的根本成因是营养物质的增加，使得藻类和有机物增

6、加所致。营养物质主要是磷，其次是氮，还有碳、微量元素或维生素等。 藻类生成和分解是水体中进行光合作用（P）和呼吸作用（R）的一典型过程，可用简单化学计量关系来表征： 106CO2+ 16NO3- + HPO42-+122H2O +18H+ + 痕量元素和能量-C106H263O110N16P（藻类原生质） + 138O2,20,优质材料,营养物质来源有： 1.土壤大量施肥，农田流失的氮、磷进人水体,21,优质材料,2.禽畜、 水产养殖 ，畜、 禽排泄物中含有大量的营养物质，雨水冲刷，进入水体。 3.生活污水和工业废水排入水体。 4.大气中的硝酸类物质随着雨水进入水体,22,优质材料,2.2 富

7、营养化形成的其他因素 1.季节和温度 藻类为中温型微生物，当气温较高的夏季，由于上层水的温度高密度小，下层水的温度低密度大，上层和下层之间水不相互搅动。因此导致富营养化的水体上下层的藻类活动、营养状况及氧气供应不同,23,优质材料,2.光线 水的上层有充足的阳光进行光合作用而放出氧气，所以水体表面有充足的氧气甚至达到过饱和程度。但是表面密集的藻类使得阳光不能穿透到湖泊深处,直接导致深层水体的光合作用受到抑制，溶解氧越来越少。 3.PH 藻类生长的范围在PH 7 9,24,优质材料,3 湖泊富营养化生态修复技术,3.1 人工湿地 3.2 生态浮床 3.3 生物操纵,25,优质材料,3.1 人工湿

8、地,1 定义 2 组成 3 原理 4 应用,26,优质材料,1 定义 人工湿地是人工建造和管理控制的、工程化的湿地, 通过模拟自然湿地, 人为设计与建造的由饱和基质、 挺水与沉水植被、动物和水体组成的复合体。它改变了湿地的传统形态,通过科学的设计和改造,用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对水体的净化,27,优质材料,南京市环科所生态恢复实验,28,优质材料,29,优质材料,2 湿地组成 填料、植物、微生物和动物是人工湿地生态系统的主要组成部分。 填料一般由土壤、沙粒、碎石等构成。它不仅为植物和微生物提供生长介质，还通过沉淀、过滤和吸附等作用去除污染物。 植物包括挺水植物、沉

9、水植物和浮水植物。植物对污染物有吸附、代谢、积累等作用。 微生物是湿地重要组成部分，主要去除有机物和氨氮,30,优质材料,31,优质材料,3 去除营养物质机理 氮、 磷等营养物质浓度的提高是导致湖泊富营养化的关键因素,32,优质材料,除磷 人工湿地对磷的去除作用包括介质的吸收和过滤、植物吸收、微生物去除等。无机磷的吸收和过滤去除作用因湿地床的填料不同而存在差异。植物生长过程中通过同化作用将无机磷变成植物体的组成部分, 最后通过收割去除,33,优质材料,微生物对磷去除包括对磷的正常吸收和对磷的过量积累, 使某些细菌在厌氧条件下吸收低分子的有机物(如脂肪酸) ,同时将细胞原生质中聚合磷酸盐异染粒的

10、磷释放出来(释磷) , 并提供必需的能量以便它们在好氧条件下从水中吸收超过其生长所需的磷(聚磷) ,并以聚磷酸盐的形式成为微生物细胞的内含物而被贮存起来, 因此人工湿地有较高的除磷效果,34,优质材料,除氮 人工湿地系统中氮的去除主要依靠微生物的分解转化作用和植物的吸收同化作用完成的。进入湿地系统中的氮主要以有机氮和氨氮的形式存在。在人工湿地系统内, 植物光合作用过程中将氧通过植株-根系向湿地床输送, 使得系统内部存在许多好氧、缺氧和厌氧微环境,为微生物的硝化和反硝化作用创造了良好条件,35,优质材料,人工湿地去除水体中氮的机制首先是将有机氮氧化为氨态氮,再经过硝化细菌的硝化作用将氨态氮转化为

11、硝酸盐,再在厌氧条件下由反硝化细菌将硝酸盐氮反硝化为氮气,最终达到除氮的目的,36,优质材料,植物与微生物的协同作用,张鸿(1999)等人研究了凤眼莲、水芹两种人工湿地对武汉东湖污水中氮、磷净化率与介质中硝化细菌、磷细菌的数量分布关系。结果表明:有植物组水体、底沙和根面的硝化细菌、磷细菌、反硝化细菌的数量高于无植物组;有植物组的根面微生物数量高于介质。实验中水芹、凤眼莲湿地中的硝化、反硝化细菌数量均高于对照,说明植物的存在有利于硝化、反硝化细菌的生存,37,优质材料,4 应用 1994年,我国在滇池建立的人工湿地系统用以处理滇池流域农业面源污染,根据14个月运行监测,该湿地系统对TN平均去除率

12、为35.5% 60%左右,对TP平均去除率为24.4% 47.8,38,优质材料,39,优质材料,2002年,中国科学院南京地理与湖泊研究所和云南玉溪市环科所设计的抚仙湖人工构造湿地开始投入运行,监测结果表明对各项污染指标的去除率分别达到: COD 87.8%、BOD68.7%、 SS 96.3%、 TP 32.4%、 TN 36.0,40,优质材料,41,优质材料,42,优质材料,3.2 生态浮床,1 定义 2 原理 3 特点,43,优质材料,1 定义 生态浮床技术是按照自然规律, 运用无土栽培技术, 以高分子材料为载体和基质, 采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术,44

13、,优质材料,45,优质材料,2.原理 原理是: 利用植物在生长过程中对水体中N、P等元素的吸收及植物发达根系和浮床基质对水体中悬浮物的吸附, 富集水体中有害物质,46,优质材料,生态浮床,47,优质材料,厦门员筜湖生态浮床,48,优质材料,3 技术特点 塑料泡沫大量堆放产生的二次污染生态浮床通常采用塑料泡沫板作为浮体的载体,使废弃塑料泡沫有用武之地,49,优质材料,生态浮床技术将浮床陆生植物作为先锋种植于河湖水面,利用陆生植物生长过程中对大量N、P 吸收和光合作用, 去除水中N、P,无须施肥,避免肥料对水体污染,且病虫害少,50,优质材料,生态浮床不受光照等条件限制, 可避免沉水植物人工种植后

14、, 由于光照等生境条件难以保障其正常生育而死亡的现象。 浮床陆生植物多为经济种类或观赏种类 ( 如香草根、美人蕉等) ,不仅可以净化水质, 还可创造一定的经济效益,51,优质材料,香根草,52,优质材料,香根草生态浮床,53,优质材料,3.3 生物操纵,1 定义 2 原理 3 应用,54,优质材料,1 定义 生物操纵即通过对水生生物群及其栖息地的一系列调节，以增强其中的某些因素的相互作用，促使浮游植物生物量下降,主要作用对象是鱼类,55,优质材料,2 原理 经典的生物操纵通过放养食藻(草)性鱼类(滤食性鱼类)提高浮游动物对浮游植物的摄食效率，最终减少浮游植物生物量,56,优质材料,浮游动物是生物操纵的关键因子之一,而大型浮游动物则是最重要的、 最可能压低浮游植物数量的因素植物过量生长。 滤食性鱼类:鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼、鲫鱼等,57,优质材料,3 应用 武汉东湖,70年代每年都会出现“水华”。形成水花蓝藻主要是微囊藻属、鱼腥藻属和束丝藻属的种类, 其中危害最大的是铜锈微囊藻,58,优质材料,前苏联内地的一些湖泊，从20