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文档简介
1、水产学习体会一、溶氧问题1、 水体溶氧的来源:贫营养型及流水型水体的增氧的主要来源是大气溶入为主;富营养型水体主要是光合作用为主。2、 在自然条件静水养殖水体中溶氧的总收入:一是光合作用增氧约占89%;二是空气溶入增氧约占7%;三是水补给增氧约占4%。水体耗氧:一是生物呼吸及有机物分解耗氧约占8090%以上;二是鱼类耗氧量约占515%;三是逸散进入空气耗氧量约占1.5%。3、 水体溶氧的变化规律: 溶氧分布的日变化:水体溶氧的最大值出现在日落之前,最小值出现在日出之前。 溶氧的垂直分布规律:A、 晴天中午及下午,溶氧的饱和度达200%以上;底层水中溶氧饱和度仅4080%;中层水中溶氧随深度增加
2、急剧减少,由此,形成溶氧的“跃变层”。B、 夜间,溶氧不断下降,垂直分布趋于均一。 无风作用下,溶氧的水平分布均一;有风作用下,溶氧的水平分布出现不均一状态:白天上风处溶氧量低,下风处溶氧量高;经过夜间的水体对流,凌晨上风处溶氧量高,下风处溶氧量低。4、 溶解氧的大小对水生动物的影响 当溶解氧2/L:最小临界值。水体易老化、发臭,鱼类易浮头、窒死。 当溶解氧介于25/L:鱼类正常存活,但生长受抑制。 当溶解氧58/L:最大临界值。确保鱼类正常生存、繁殖、充分生长。水生动物运动能力增强,摄食量增大,饵料系数降低,抵抗力增强,疾病减少,繁殖能力加强。5、 增氧机功能 增氧:开机时由于水体的抛洒,增
3、大了与空气的接触面,促进大气中的氧气更多的溶入水体,使增氧机周围保持一个富氧区,达到救鱼的目的。搅水:晴天中午开机,造成上下水层对流,能使上层水中的溶氧传到下层去,增加下层水的溶氧量。由于下午仍有光照,浮游植物光合作用可以继续向水中增氧。经过夜间池水自然对流后,上下水层溶氧均可保持较高水平,这样可以在一定程度上减轻或消除翌晨浮头的威胁。一般傍晚不宜开机,因为这时浮游植物光合作用即将停止,不能向水中增氧,由于开机后上下层水中溶氧均匀分布,上层溶氧降低后得不到补充,而下层溶氧又很快被消耗,结果反而加速了整个水体溶氧消耗的速度,翌晨池鱼更容易浮头。 曝气:促进NH3
4、、H2S等有害气体的逸散。6、 增氧机的作用 晴天下午2时,开启12小时。 连绵阴雨半夜开。 傍晚不开,浮头早开。 开机时间长短:天气炎热开机时间长;天气凉爽开机时间短;半夜开机时间长;中午开机时间短;负荷面大开机时间长,负荷面小开机时间短。二、水色:(1)茶褐色;养殖的最佳水色。主要含有硅藻、新月菱形藻、角毛藻、三角褐指藻、中肋骨藻、小球藻等,这些藻类是水产养殖动物的优质饵料。(2)淡绿、翠绿或浓绿色(绿豆青);养殖者所期望的水色。主要含有绿藻(小球藻、海藻、衣藻等)。绿藻能吸收水中大量的氮肥,净化水质。(3)黄绿色:该水色养殖的水产动物活力强,体色光亮,生长速度快。主要含有硅藻和绿藻共生的
5、水色,黄绿色水则兼备了硅藻水与绿藻水的优势,水色稳定,营养丰富。(4)灰绿、灰蓝或暗绿色:老化池塘易发生,鱼类发病率高,但存活尚可。主要含有蓝绿藻,有害藻类浓度大,并开始死亡分解,水面呈现油膜状污物。(5)红色:水中有大量原生动物或赤潮生物繁殖。(6)浑浊、分层、黄泥色:该水色养殖动物的生长速度慢,发病率高。水中藻类老化、胶状体、有机碎屑或泥沙微粒过多引起。(7)黑褐色与酱油色;鱼池水质管理失调。如底质老化、投喂过量等原因造成的、鱼类易中毒死亡,发病率高。主要含有鞭毛藻、裸藻、褐藻等。 (8)黄色水;主要含有甲藻、金黄色等鞭毛藻。水体积累过多的有机物,经细菌分解,酸碱度下降,不适合养鱼。(9)
6、白浊色或清色;鱼极易发病,存活率也低。主要含有轮虫、桡足类等浮游动物及有机碎屑和粘土微粒。(10)澄清色;水中含有大量有毒物质或重金属、PH值低,无浮游动物,不适合养殖。三、投饵网箱养殖对水域环境的影响及防控措施投饵网箱养殖对水域环境的影响1、对理化因子的影响透明度和溶解氧:水体悬浮物的增加和投饵两个因素,常会造成局部水域透明度下降。集中式的网箱养鱼使网箱区水域负荷量不断增加,该区域内的溶解氧水平明显下降,经常会出现鱼类“浮头”或“泛池”现象。一般发生这种情况的水域都已有3 年以上的网箱养鱼历史。 对水体营养物质的影响由于局部投饵,网箱内营养物质的含量明显高于网箱外,由于所投的营养物质并不能被
7、鱼体完全消化吸收,部分余饵残留扩散在水体中。投饵网箱养鱼输出的众多废物主要来自于未食饲料、粪便和排泄物,其营养物质含氮、磷及有机物,这些营养物质大量进入水体,使藻类及其他水生生物过量繁殖,水体透明度显著下降,溶解氧急剧降低,水质恶化,病原微生物大量滋生,水质腐败发臭,造成鱼类大量死亡,这种现象称为“水华”。 同时,网箱内水体的恶化往往会波及到附近水域的水质,可见投饵网箱养鱼对水体影响大、涉及面广。2、对水生生物的影响对浮游生物的影响投饵网箱养殖加大水体富营养化程度:外源性营养物质的输入,增加了水体的营养物质积累,导致浮游植物开始大量繁殖,但是随着养殖时间的延伸和规模的不断扩大,水体中的营养物质
8、富集,溶解氧降低、水质恶化,光照下降,浮游植物的数量减少。至于网箱养殖对浮游动物的影响,许多专家认为网箱区周围的浮游动物数量显著减少,原因是浮游动物穿过网箱时被箱内的鱼摄食,以及网箱阴影对藻类的生长影响而造成浮游动物食物的贫乏。对底栖动物的影响投饵网箱养殖区营养物质的增加,底栖动物的数量增多,但在网箱下方,营养物质大量堆积,溶氧下降(水质恶化的前提),水质恶化,底栖动物数量则减少。对底质的影响网箱养鱼主要由于鱼类排泄物、粪便及残饵(未摄食饵料)的沉淀(沉积),对底质最明显的影响在于有机物的积累造成底质缺氧(O2)。在缺氧的条件下,底质中会释放大量有毒气体,如H2S、NH3、CH4 等
9、。对鱼类的影响投饵网箱养殖对鱼类的影响是难以用好坏来评价的。一方面,投饵网箱养鱼可增加水体中营养物质的积累,为鱼类的生长提供丰富的天然饵料基础,使鱼类的生长率和成活率提高。投饵网箱养鱼有利于浮游生物种类多样性的保存和生物量的增加,从而为箱外其他鱼类提供更多的饵料生物,增加鱼产量。另一方面,一是网箱养殖可能导致天然鱼类种群生长率、丰度和成活率改变;二是网箱养殖对天然鱼类群落的影响还表现在鱼群出逃后引起的变化,从网箱中出逃的或有意移植的鱼类通过掠食或摄食竞争造成当地种群灭绝、与当地种群杂交、掺杂基因库、破坏生境和引发流行病等。投饵网箱养殖对水域环境的影响防范措施1、合理布设网箱选取自净能力强的水域
10、布设,禁止在旅游区、主航道和供水区架设网箱。应考虑底质类型、水位变化、水流等方面的因素。砂质底质在吸附和释放污染物能力方面大于粉砂和粘土,所以当为首选;要选择水流畅通,流速达0 .75 m/ s 的水域;水位变化不宜过于剧烈,一般为79 m;水不能太浅( > 5 m),要保证箱底始终不接触底泥 以便箱内残饵及鱼的粪便随时排出箱外,水也不宜过深( < 10 m),过深易形成温跃层,底质中的残饵、粪便等因缺氧分解缓慢,上下水混合时会造成水质败坏( 5 m<水深(H )< 10 m)。2. 控制网箱养殖规模网箱养殖密度过高,不仅达不到高产的目的,而且成为养鱼的经济效益限制性因
11、素。投饵网箱所占湖库水面面积以3% 为极限(也有研究资料表明:网箱不宜超过水体总面积的0078%),超过标准,鱼类排泄物中的氮成为富营养化的控制性因素,同时水域的生态系统也将发生变化。3. 合理利用鱼类之间互利搭配混养可以很好地利用水体空间,又可以提高渔业生产力。在网箱养殖时,应将在生态位上不发生冲突的进行合理搭配可以充分利用天然饵料,减少饵料投放,改善水质。如加大滤食性和杂食性鱼类鲢、鳙、鲤、鲫、鲇、罗非鱼等的投放,一是可通过摄食活动避免浮游生物过量增加和死亡、分解、沉淀造成水体二次污染;二是可消除网箱中的残饵和腐败有机质,既提高饵料利用率,又改善网箱养殖条件,大幅度提高了网箱养殖的效率。但
12、要注意控制草食性鱼类的投放量,维持水草的生物量。4选择合适的饵料,正确投喂,避免饲料浪费和对水体造成污染根据养殖的鱼种、密度、鱼类的生长情况、季节水温以及网箱的规格等因素,在饲料选择上,尽量选用粉料较少、保水时间长的饲料或膨化颗粒饲料,提高饵料利用率,尽量避免饵料过剩和流失;在投饵技术上,一方面改进投饵设备,避免过量投喂,另一方面箱底要设置收集残饵和粪便的装置。5. 在专业技术人员指导下正确使用鱼药药物在杀灭病虫害的同时,也使水中浮游生物、有益生物受到抑制(杀伤或致死),造成微生态失衡。更严重的是,一些低浓度、性质稳定的药物残留,经食物链的传递后可能会在一些水生生物体内积累并增多,对整个水域生
13、态系统乃至人体造成危害。为了杜绝此类事件的发生,这就要求防治鱼病,必须在养殖专业技术人员的指导下,针对养殖鱼类确定合理的药剂和用量。6. 生物防治为防止水体的富营养化,可在投饵网箱内及四周适当培养一些高等水生植物,达到降低水体污染负荷并调控水质的效果。对于网箱养殖中野杂鱼的影响,可通过水体中生物之间的食物链关系来达到防治效果,如培养一些凶猛的肉食性鱼类。7. 施用微生态制剂,改善水体生态状况网箱养殖通过在水体中添加微生态制剂,如EM、各种光合细菌,可以明显降低水体中硫化物、硝酸盐、亚硝酸盐含量,增加水体溶氧,从根本上改善养殖环境,提高水生动物的抗病力和免疫力。8. 加强渔政管理,建设养殖区域生
14、态平衡 除了上述技术上的一些环节,政策上的引导、宣传和管理也是必不可少的。当地的渔业管理部门应按照渔业法规及管理条例,认真落实水体网箱养殖规划,防止无证围网及过度捕捞。另外,要加大对网箱养殖水域水化因子的监督检查力度,严格控制污染源的排放。四、富营养化:一是透明度降低、水质恶化。水体的悬浮物质、投饵水体透明度降低外援性营养物质的不断输入,营养物质富集,溶氧量下降,有毒物质不断释放,水体发臭;二是养殖初期浮游植物种类繁多,生物量较大,随着养殖时间的延伸和规模的增大,浮游植物不断减少;三是浮游动物生物量减少。五、富营养化:1、概
15、念:水体中溶解性的营养盐类富集,主要是NH3N、NO3N、NO2N、PO4P,藻类等浮游生物大量繁殖,异养型的微生物代谢旺盛,溶解氧降低,水质变坏,水体味觉和嗅觉变坏,水常发腥、发臭,破坏了水体的生态平衡的现象。(水体富营养化是水中营养元素富集的过程)理解:总结句:水体富营养化是水中营养元素富集的过程。认为:有误。应从三个方面来理解:一是营养元素:“两高两低”,即N、P等营养元素骤增,溶解氧降低,水质变坏;二是微生物的变化:藻类等浮游生物大量繁殖,异养型的微生物代谢旺盛;(藻类是自养型生物,故自养、异养型生物繁殖旺盛)三是味、嗅觉发生变化:水常发腥、发臭。2、湖泊的自然发展规律:贫营养型富营养
16、型沼泽死亡。它的历史进程缓慢。3、天然富营养化的成因:湖水在幼年时期是贫营养型的,经天然降水的接纳,地表土壤的侵蚀和淋溶,N、P等营养元素进入湖内,提高湖水肥力,浮游植物和水生植物大量生长繁殖,为草食性的甲壳纲动物、昆虫、鱼类提供了饵料,这些动植物死亡后沉积在湖底形成底泥,它可以不断分解释放出营养物质被新的生物体所吸收,按照这样的途径经千百年的演变,原来的贫营养型湖泊逐步演变成富营养型湖泊。(营养物质的天然富集途径:一是天然降水的接纳;二是地表土壤的侵蚀和淋溶;三是底泥不断的分解释放出营养物质)。理解:一是天然降水的接纳,地表土壤的侵蚀和淋溶。二是N、P等营养元素提高水域肥力。三是浮游植物和水
17、生植物大量生长繁殖。四是提供了饵料源的草食性的甲壳纲动物、昆虫、鱼类等大量繁殖。五是动植物死亡后沉积在水底形成底泥。六是底泥不断分解释放出营养物质。从新开始新的一轮生物圈的循环。4、人为富营养化成因:人口集中的城市的生活污水、工业废水流入湖泊、水库、河流,增加了水体营养元素,农业生产施用化学肥料、牲畜粪肥,经过雨水冲刷和渗透使一定数量的营养物质输送到水体中。据估计,农业地区输出的总磷是森林地区输出的总磷的10倍,城市地区输出的总磷是农业地区输出的总磷7倍。(人为富营养化营养元素的来源渠道:生活污水、工业废水、农业生产营养元素的输送三个方面)。营养元素的来源排序:第一是城市地区输出的总磷;第二是
18、农业地区输出的总磷;第三是森林地区输出的总磷。5、天然富营养化演变进程缓慢,通常要以世纪或地质年代来描述;天然富营养化演变速度快,在短时期内使水体由贫营养型转化成富营养化型。6、水体出现富营养化现象时,浮游生物大量繁殖,由于占优势的浮游生物的颜色不同,往往呈现出蓝色、红色、棕色、乳白色等,这种现象在淡水中称“水华”,在海水中,称“赤潮”。7、自养型生物:在缓流水体中,藻类或某些光合细菌通过光合作用利用光能和无机物合成本身的原生质。8、富营养化的水体即使切断外界营养物质的来源,也很难自净和恢复:水体的营养素被水生生物吸收,成为有机体的组成部分,水生生物死亡腐烂过程,营养素又释放到水体中,再次被生
19、物利用,形成植物营养元素的循环。9、水体富营养化过程(方程式):106CO2+16NO3+HPO4+122H2O+18H+能量+微量元素(CH2O)106(NH3)16(H3PO4)+138 H2O10、水体富营养化主要表现特征:藻种减少,蓝藻和绿藻剧增,浮游生物个体数巨增(生物量扩大)。理解:一是藻种类减少;二是蓝藻和绿藻剧增;三是个体数巨增。由于浮游生物、细菌大量增加,导致悬浮物增多,透明度下降。理解:三个方面原因:一是浮游生物剧增;二是细菌量增加;三是悬浮物增多,导致透明度下降。 产生异味的有机物质。理解:有机物质散发异味 死亡的藻类分解释放营养物质,水体的总磷(TP)、总氮(TN)不断
20、增加,水体PH值上升。理解: 水体的氧平衡遭破坏。一是白天表层水因藻类的光合作用而获得超过正常水体几倍的氧。由于表层藻类的遮盖隔离,阳光很难投射到下层水体,该层藻类光合作用很弱,水体中的氧源很不充足,只能由表层水体中的氧经过水体对流扩散作用,得到一部分补充,溶氧量水平有限。理解:白天表层水溶氧量水平充足,由于表层藻类的遮盖隔离,该层水体中的氧源很不充足,只能由表层水体中的氧经过水体对流扩散作用,得到一部分补充。二是当夜晚表层水体的光合作用停止后,水体中生物的呼吸及分解仍在进行,导致水体中的溶解氧大幅度下降,甚至呈厌氧状态。当底层水的溶解降低到零时,底部沉积物附近形成还原状态,会引起一系列不良后
21、果:如有机物质无机化不完全,产生甲烷气体;硝酸盐还原,发生脱氮反应;硫酸盐还原,产生H2S气体;底泥中铁、锰、磷等溶出等等。理解:夜晚,水体中生物的呼吸及分解仍在进行,导致水体中的溶解氧大幅度下降。底部沉积物附近形成还原状态,会引起一系列不良后果:如有机物质无机化不完全,产生甲烷气体;硝酸盐还原,发生脱氮反应;硫酸盐还原,产生H2S气体;底泥中铁、锰、磷等溶出等等。 在富营养化程度比较严重的水体中,频发水华。在我国五大淡水湖之一的巢湖,几乎每年都发生以铜绿微囊藻为主的水华,犹如水面上流动的绿漆,被风次到沿岸水域后,有时会形成数公分厚的水华层,腐败分解后,发出恶臭,严重破坏湖库的水体功能及周围环
22、境。11、水体富营养化的危害:有一些藻类能够散发出腥异臭。藻类散发出的这种腥臭,向湖泊四周的空气扩散,直接影响人们的正常生活。 降低水体的透明度 。 在富营养水体中,生长着以蓝藻、绿藻为优势种类的大量水藻。这些水藻浮在湖水表面,形成一层“绿色浮渣”,使水质变得浑浊,透明度明显降低,富营养严重的水体透明度仅有0.2米,湖水感官性状大大下降。 影响水体的溶解氧 。一是富营养化水体的表层,藻类白天可以获得充足的阳光,从空气中获得足够的二氧化碳进行光合作用而放出氧气,表层水体有充足的溶解氧;二是在富营养湖泊深层,表层的密集藻类使阳光难以透射至湖泊深层,而且阳光在穿射过程中
23、因被藻类吸收而衰减,深层水体的光合作用受到限制,溶解氧来源减少;三是湖泊藻类死亡后不断向湖底沉积,不断地腐烂分解,也会消耗深层水体大量的溶解氧,严重时可能使深层水体的溶解氧消耗殆尽而呈厌氧状态,使得需氧生物难以生存。四是厌氧状态,可以触发或者加速底泥积累的营养物质的释放,造成水体营养物质的高负荷,形成富营养水体的恶性循环。理解:一是白天藻类可以获得充足的阳光,从空气中获得足够的二氧化碳进行光合作用而放出氧气;二是深层水体溶解氧来源减少。原因在于首先表层的密集藻类使阳光难以透射至湖泊深层,其次阳光在穿射过程中因被藻类吸收而衰减,深层水体的光合作用受到限制,溶解氧来源减少。 释放有毒物质
24、;。 某些藻类能够分泌、释放有毒性的物质,有毒物质进入水体后,若被牲畜饮入体内,可引起牲畜肠胃道疾病。研究表明,2000多种蓝绿藻中有40余种可产生毒素,主要产毒藻有微囊藻、鱼腥藻、颤藻及束丝藻。不同的藻株可能产生相同的毒素,而同一藻株也可产生多种不同的毒素,产生的毒素包括:多肤肝毒素、生物碱类神经毒素、脂多糖内毒素、叶碟吟类毒素等,其中又以微囊藻肝毒素(microcystin,MC)最为常见。在适宜的环境条件下,蓝绿藻在水中容易形成水华,人若饮用也会发生消化道炎症,有害人体健康,水中蓝绿藻毒素与肝癌的关系尤其受到关注。理解:1、主要产毒藻有微囊藻、鱼腥藻、颤藻及束丝藻;2、不同的藻
25、株可能产生相同的毒素,而同一藻株也可产生多种不同的毒素;3、毒素包括:多肤肝毒素、生物碱类神经毒素、脂多糖内毒素、叶碟吟类毒素等。 影响供水水质并增加制水成本 。湖泊常常是生活饮用水和工业用水的供给水源。富营养水体在作为供给水源时,会给制水厂带来一系列问题。首先是在夏日高温藻类增殖旺盛的季节,过量的藻类会给制水厂在过滤过程中带来障碍,造成自来水厂过滤池的堵塞和过滤效率降低,需要改善或增加过滤措施。其次,富营养水体由于缺氧而产生铁、硫化氢、甲烷和氨等有毒有害物质,同时水藻也产生一些有毒物质,在制水过程中,引起饮用水水质下降,更增加了水处理的技术难度,加大了制水成本。这种富含铁的自来水往
26、往会散发出一种令人不快的气味,同时还会在水管内形成铁锈,产生所谓“红水”,使自来水完全丧失功能。目前,在西方国家,富营养水体已经被禁止作为饮用水源。 对水生生态的影响 。在正常情况下,水体中各种生物都处于相对平衡的状态。但是,一旦水体受到污染而呈现富营养状态时,这种正常的生态平衡就会被扰乱,某些种类的生物明显减少,而另外一些生物种类则显著增加,物种丰富度显著减少。这种生物种类演替会导致水生生物的稳定性和多样性降低,破坏其生态平衡。 影响水产养殖 。由于藻类的大量繁殖,引起水中缺氧,鱼类等水生动物面临窒息死亡的威胁。南京玄武湖就曾发生过藻类疯长,鱼类因缺氧而大量死亡的事故。同
27、时一些资料表明,在富营养化的水体中,水生生物的群落、种类结构发生变化,一些耐污种的个体数猛增,相反,一些非耐污种数量减少甚至消失,一些优质鱼类等经济水产种类也会大量减少甚至消失,而低劣种类会有所增加,使得水产养殖的经济效益大幅度下降。 影响旅游和航运。 水体一旦发生富营养化,因藻类大量繁殖,水体透明度下降,水质浑浊,水面藻华聚集,臭味弥漫,严重影响湖库的旅游观光,甚至丧失旅游价值。此外,富营养水体中生长的大量浮游生物,还会堵塞航道,影响航运。 12、氮、磷营养盐和富营养化之间的关系氮、磷与藻类增值的关系: 水生生态系统的组成:生物群落和环境条件. 生物群落包括3部分:生产者
28、(藻类和水生植物)、消费者(鱼类等捕食生物)和分解者(指细菌和一部分原生动物)。 在不受人工影响的湖泊生态系统里,生产者、消费者和分解者各司其职,在太阳能的驱动下,三者进行着规模与环境条件的平衡。然而人类的活动打破了这种天然的平衡,大量的营养盐进入水体,在合适条件下使藻类大量繁殖。 a富营养化的关键过程是浮游藻类。(丹麦著名生态学家Jorgensen(1983年)指出浮游藻类的生长是富营养化的关键过程。)b氮、磷负荷及其它因素与浮游藻类生产力的相互作用和关系。根据OECD研究的结果,80%的湖泊富营养化受磷元素的制约,大约10%的湖泊与氮元素有关,余下10%的湖泊与其它因素有关。c根据对藻类化
29、学成分进行的分析研究,提出了藻类的“经验分子式”为C106H263O110N16P。d般来说,氮和磷被认为是主要的营养元素,特别是磷对湖泊的富营养化具有特殊的作用。一是利贝希最小值定律(Liebig law of the minimum)指出,植物生长取决于外界提供给它的所需养料中数量最少的一种。二是在藻类分子量中所占的重量百分比最小的两种元素氮和磷,特别是磷是控制湖泊藻类生长的主要因素。e磷:由于植物细胞里的磷直接参加光合作用和呼吸、酶系统的活性化、能量转化,以及氮、碳水化合物和脂类化合物的交换等过程。藻类多半利用以磷酸盐、磷酸氢盐和磷酸二氢盐等溶解形
30、式的磷,但也可以吸收有机磷化合物。f氮:大部分氮则是与水体中的生物如藻类、微生物、水中真菌类、动物区系代表种类及高等水生植物等的有机物死亡时,三种走向:一是含氮的有机物质部分被矿质化,然后进入水体深层,或集聚在水底沉积物中;二是颇大一部分含氮有机物质沉降到水底,形成营养碎屑,促使淤泥沉积物的生成;三是还有一部分有机物质参加循环,从而改变了水域中水生生物群落的营养水平。 理解:一是藻类的“经验分子式”为C106H263O110N16P;二是磷对湖泊的富营养化具有特殊的作用。首先利贝希最小值定律(Liebig law of the minimum)
31、指出,植物生长取决于外界提供给它的所需养料中数量最少的一种。第二在藻类分子量中所占的重量百分比最小的两种元素氮和磷,特别是磷是控制湖泊藻类生长的主要因素。13、磷和水体的富营养化自然界中的磷主要来源:磷酸盐矿、动物粪便以及化石等天然磷酸盐沉积物。大量储藏在地球表面的磷被挖掘出来作为原料制造成化肥,这些化肥在世界范围内被过度地使用。还有大量的磷是施加饲养动物的粪便进入土地的,这些以化肥或动物粪便形式施加到土地中的磷远远超过了土地中产出的磷,这些多余的磷年复一年地累积在土壤中,然后再通过地表径流进入地表水中。这是水体中的磷负荷增高的主要原因。由于环境因素造成水体磷浓度的变化又通过藻类生物量表现出来
32、。14、氮与水体富营养化 氮的来源:一是自然界中的氮主要是以氮气的形式储藏在大气中。大气圈中的氮气为具有固氮能力的植物与藻类提供了丰富的来源。通过固氮作用把大气中的氮转化为能被水生植物吸收和利用的硝酸盐形式。二是人类的行为改变了自然界中的氮循环。1、工业的发展导致了化肥与农药的增长,由于人为原因被固定到陆地生态系统中的氮的总量是其它各种自然原因固定的氮的总量之和。2、大量的氮以动物粪便的形式被施加到耕地中,所有被应用到土地中的氮,只要很少一部分就可以满足植物生长的需要,剩余的氮可能积累在土壤中,或从土地中转移到地表水中,或迁移到地下水中,或通过氨的挥发作用生成NO2进入到大气中。3、
33、汽油、煤等化石燃料的燃烧也使大量的氮进入到大气中,而它们中的很大一部分最终以降水的形式又回到水体中。 由于水体中的某些藻类具有固氮能力,当环境中的氮减少时,它们可以自己把大气中的氮通过固氮作用转化为硝酸盐。因此,与磷元素相比,氮作为湖泊富营养化的限制因素,处于次要地位。15、氮、磷比值与藻类增殖 氮、磷浓度的比值与藻类增殖有着密切关系。日本湖泊学家板本曾经研究指出,当湖水的总氮和总磷浓度的比值在10一25:1的范围时,藻类生长与氮、磷浓度存在着直线相关关系。日本另一位湖泊学家合田健进而提出,湖水的总氮和总磷浓度的比值在12一13:1时,最适宜于藻类增殖。
34、0; 16、富营养化水体的特征 pH值 水华大多暴发在pH值为弱碱性或碱性的水体中。在天然水体中,氢离子的浓度并不取决于水分子的离解,而主要取决于水中CO32、HC03、CO2的对比关系。在富营养化水体中,随着富营养化的发展,水的pH值呈现随藻类生长而显著增高的趋势。这是由于藻类光合作用消耗水中的CO2,致使水中氢离子减少,pH值升高。 透明度(SD) a使用塞氏盘(Secchi Disc)观测水体透明度,能直观反映水体清澈和混浊程度。透明度与太阳辐射、水体的理化
35、性质、悬浮物组成与含量以及气象状况等有密切关系。 b通常情况下,深水的透明度比浅水的透明度大。在同一湖泊中,对于中小型湖泊来说,一般是湖心透明度大,边缘小。由于大部分湖泊的透明度呈现随藻类繁殖而明显下降的趋势,所以在富营养化水体中,水体的透明度一般都与反映藻类生长的叶绿素a指标呈现相反的变化趋势。国际上通常认为透明度小于0.5m是富营养化湖泊的重要特征。 颜色 严重富营养化水体由于藻类的大量增殖,因优势藻种不同而使水体具有不同的颜色,如褐色、绿色、黄绿色、红
36、色、乳白色、蓝色、蓝绿色等,。带色藻类飘浮在水面象油漆一样,影响景观。 气味 富营养化的水体中会因藻类散发出阵阵腥臭,由于底层严重缺氧,厌氧微生物繁殖分解产生H2S,所以常常伴有臭皮蛋味的恶臭。 溶解氛(DO) 溶解氧是湖泊水体与大气交换平衡以及经化学和生物化学反应后,溶解在水中的氧。洁净水体中的DO一般接近饱和,如果水体受到有机物质和还原性物质污染时,DO会低于饱和值,尤其当藻类在水面形成遮光阻气层时,影响大气氧和水中氧的正常平衡以及水生植物的光合作用受阻,会使深层DO大幅度降低,甚至趋于零值,于是厌氧微
37、生物繁殖,水质恶化,鱼虾等水生生物会因缺氧而死亡。理解: 藻类在水面形成遮光阻气层在藻类大量繁殖季节,水体表层因水生植物光合作用所造成的DO过饱和,而深层水因藻类死亡耗氧所致的缺氧状态是富营养化水体的典型征兆。研究结果还表明,在浅水湖泊中,平均深度小于2m的情况下,由于易受风的混合作用,表底层水交换强烈,故不呈现明显的DO分层及底层缺氧状态。 理解:平均深度小于2m的情况下,不呈现明显的DO分层及底层缺氧状态。 6 叶绿素a(chla) 所有处于富营养化状态中的湖泊或水库,其表征藻类生长的指标Ch
38、la的年均值都处于较高的水平。世界经济合作与开发组织(OECD)就规定了湖泊营养状态的Chla划分标准,大于78mg/L为重富营型。 大量研究表明,叶绿素a含量随季节变化较为明显,其年均变化动态大致可划分为峰形、台型和峰台形。在富营养化程度较低的水体中,其Chla年变化幅度很小,仅在夏秋生长季内出现一个小高峰。而对重富营养水体,Chla的年变化幅度则较大,在一年中有两个高峰。对于温带地区的富营养湖泊,Chla的变化峰值集中出现在夏、秋生长季节内,在同一数量上波动,秋末开始下降,冬天甚至到初春的Chla值都处于明显的低值水平,其年变动曲线呈现夏、秋为高台形和冬季为低谷形。对于亚热带地区
39、的富营养化湖泊,一年四季中Chla的峰值交替出现,其年变动曲线呈多峰形。理解: 叶绿素a(chla) ,大于78mg/L为重富营型。 7 CODMn 富营养化水体中浮游植物强烈的光合作用生成了大量的有机体,使水体的化学耗氧量明显增高。杨晓珊通过对滇池外海chla与CODM。关系研究,认为二者线性相关。此外,一般情况下湖泊水域的CODMn。年变化趋势还与藻类的生长相呼应,在夏季达到峰值。17、水体富营养化防治水体发生富营养化是由过量的营养盐汇入水体并在适宜的气象、水文条件下植物性浮游生物迅速增长而造成的。一般情况下,气象、水文等自然因素难以控制,
40、防治措施主要集中在防止人类各种不合理的活动,减少和切断营养盐来源和通道。国内所采用的方法:控制氮、磷等营养物的流入 通过工艺改革、产品改进,减少废水中磷的含量。把洗涤剂中支链型烷基苯磺钠改为磷酸盐的代用品;农业生产上合理控制施肥量,污水分流;投饵养殖时,做好养殖规划,兼顾经济效益和生态效益,把生态效益放在首位。物理方法治理 池塘、水库加强水的交换,当有合适水源时可引入,以起到稀释的作用,带出氮、磷物质以及藻类;深水湖泊或水库中,设法将深层水排出,降低富营养化程度;湖泊中采用机械方法进行曝气和促进水的流动,可起到底泥释放磷,改善氧气状况,加强矿化作用,降低浮游植物光合作用等效
41、果;一般情况下藻类密度较小,因而其絮体不易沉淀,采用气浮可以取得较好的除藻效果;富营养化后蓝藻类“水华”氮含量很高,可收集用于化肥、饲料,减少水体氮、磷负荷。化学方法防治 常用的除草剂有硫酸铜、二氧化氛等。二氧化氛除草效果较好,但成本较高。化学药济法应用较为灵活,但使水体增加了新的对鱼健康不利的化学物质。生物防治 微生物是降解废水、废物的主力军,利用经过遗传工程改造的微生物将成为治理环境污染、保持生态平衡的最有效的方法。如硝化细菌可去氮去碳,杀灭病毒,降解农药,絮凝水体重金属及有机残物、降解污泥等。生态防治
42、0; 生态学方法即从生态系统结构和功能进行调整,从营养环节来控制富营养化,使营养物质变为人类需要的终极产品(如鱼等水产品)而不是“水华”。利用滤食性鱼类直接吞食蓝藻可以作为一种生物操作方法的生物防治途径。水生高等植物和藻类在光能和营养物质上是竟争者,在湖泊种植大型水生植物,如莲藕、曹蒲等可以抑制浮游植物的生长,对改进水质感观性状有利。综合防治 实践中通常是多种方法同时使用,既控制外源性营养物质的输入,又减少内源性物质的负荷,水体一但富营养化,及时去除污水中的营养物质。18、富营养化评价指标 :主要分为物理、化学和生物学指标。
43、160; 物理指标中最为常用的是透明度。 化学指标:溶解氧、二氧化碳、氮、磷等化学物质量和COD。其中常用指标是COD和总氮、总磷。COD只能反映出水体中总的有机物含量,而真正限制水体中藻类生长的因素是氮和磷,所以总氮和总磷这两个评价指标的测定才能正确反映出水体的生物生产力的潜在水平,对水体的富营养化判断及防治起到较好的指示作用。 生物学指标:主要是指由于富营养化而出现的优势生物的种类和数量,根据浮游藻类优势种群的变化可以评价富营养化的状态。也有将生物量(B
44、IO)作为生物学指标来评价水体富营养状态的。当然,由于浮游生物出现状况依环境的不同而变得复杂化,而且在判定时需要相当的专业知识,判定方法复杂,因此在富营养化状态的评价中,生物学指标的使用并不普遍。 19、富营养化的评价标准 通常所使用的理化指标主要有水体营养物质浓度,藻类所含叶绿素a的量,水体透明度以及溶解氧等。目前较常用的标准有沃伦威德负荷量标准,捷尔吉森判别标准等20、藻类和一些光合细菌能利用无机盐类制造有机物,在适宜的光照、温度、pH和充足的营养物质的条件下,天然水体中的藻类可通过光合作用合成自身的原生质。根据对藻类化学成分进行的分
45、析研究,得到藻类的经验分子式为C104H263O176N16P,可见碳、氮、磷是藻类繁殖所需的重要营养元素。藻类可以利用水中溶解的二氧化碳和有机物分解产生的二氧化碳作为自身生长所需要的碳源,而氮和磷则是藻类生长的限制性因素。一般认为磷是限制藻类增殖的最重要因子,水体中磷含量通常被作为富营养化的标志。理解:一是藻类和一些光合细菌在适宜的光照、温度、酸碱度的条件下,天然水体中的它们可以通过光合作用合成自身的原生质;二是藻类的经验分子式:C104H263O176N16P;三是来源:碳源来自空气的溶解和有机质的分解两个方面。氮磷是藻类生长的限制性因素,尤其磷含量通常被作为水体富营养化的标志。 21、对
46、水生植物的影响 富营养化能促使水中表层浮游藻类的生长繁殖,由于疯长的藻类覆盖于水体表面,使得阳光难以穿透水层,从而影响深层水体中高等水生植物的光合作用。此外,在富营养水体中,浮游藻类的生产力提高,除了遮光作用外,附生藻类还可在高等水生植物表面形成一个高O2、高pH、低CO2的环境,也不利于沉水植物的光合作用,使其生长受到限制。同时,也使得水体中养分循环加快,水体沉积物稳定性下降,不利于沉水植物扎根。富营养水体中的厌氧菌及化能合成菌的代谢产物对水草根系有毒害作用,也不利于沉水植物的种子萌芽。理解:一是表层浮游藻类疯长,O2充足(高O2、高pH、低CO2的环境);二是针对深层水体中高等水生植物(沉
47、水植物)影响:遮光作用,沉水植物光合作用受阻;厌氧菌及化能合成菌的代谢产物对水草根系有毒害作用。22、对水生动物的影响 首先,在富营养水体中,深层水体中的溶解氧不断地被大量死亡藻类的分解所消耗,又由于光合作用微弱无法产生新的溶解氧作为补充,因而导致深层极低的溶氧水平,有时甚至出现厌氧状态。生活于深层水体的水生动物,如鱼类等,由于得不到适量的氧而使呼吸作用受到抑制,无法进行正常的代谢活动,最终导致死亡。 其次,富营养水体中的一些藻类能分泌和释放毒素,引起水体中水生动物中毒死亡。研究发现,微囊藻毒素和节球藻毒素能导致肝细胞收缩分离,大量血液进入肝组织,肝充血肿大,致使动物失血休克或死亡。 23、&
48、#160;对水生生物群落结构的影响 在水体富营养化过程中,水生生物群落包括水生植物群落和水生动物群落都会发生演替,使原有群落结构发生改变。 对水生植物群落结构的影响富营养化过程可以看做是水体中水生植物群落由大型水生植物占优势向浮游植物占优势转变的过程。随着水体富营养化的发生和发展,耐污能力强的物种得到大发展,取代了原有的优势物种形成单优势群落,群落结构不断简化。与此同时,浮游藻类的个体数量迅速增加,但种类逐渐减少,藻类的爆发性繁殖最终导致“水华”的发生。 理解:一是富营养化过程可以看做是水体中水生植物群落由大型水生植物占优势向浮游植物占优势转变的过程;二是耐污能力强的物种取代了原有的优势物种形
49、成单优势群落;三是种类逐渐减少;四是浮游藻类的个体数量迅速增加,藻类的爆发性繁殖最终导致“水华”的发生。对水生动物群落结构的影响在淡水生态系统中,水生动物主要有浮游动物、底栖动物以及鱼类等。目前研究最多的是水体富营养化过程中浮游动物群落和底栖动物群落的变化情况。 研究表明,水体营养状况与浮游动物生物量呈显著正相关,且随着富营养化的发生,群落优势种类逐渐由清水型向耐污性和寡污性种类转变。以武汉东湖为例,原生动物群落优势种也随水体富营养化而发生演替。在低营养水体中,优势种为球砂壳虫;在中营养水体中,优势种既有耐污性种类点钟虫,也有寡污性种类透明麻铃虫;在富营养水体中,耐污性的单环栉毛虫和喇叭虫已演
50、替成为特有的优势种。 大型底栖动物的物种多样性与水体营养水平呈相反趋势,富营养化导致多样性明显降低,而耐污种群急增。以武汉东湖为例,在水体富营养化严重时,常发现大量的霍甫水丝蚓个体,这主要归因于该种类能耐受由于有机物大量分解而造成的低氧甚至缺氧环境,而其他底栖动物在这种环境下往往受到抑制甚至死亡。 对水生生态系统功能的影响在一般正常的情况下,水生生态系统中各种生物都能处于相对平衡的状态,但是,水体一旦受到污染而呈现富营养状态时,正常的生态平衡就会被扰乱,而使水生生态系统的结构和功能受到破坏。 在营养水平较高时,水体中产生表面积/体积比低的浮游动物不能摄食的大型藻类,且水体浑浊不利于靠视觉定位的
51、凶猛性鱼类捕食,从而减轻了对摄食浮游动物和底栖动物的鱼类的捕食压力,导致滤食效率较高的大型浮游动物(如枝角类)的种群减少,减少了其对藻类的滤食。此外,沉水大型植物消失后,为大型浮游动物、螺类和鱼类等提供附着基质、隐蔽所和产卵场所的功能随之消失,引起附植生物和着生动物的减少,最终致使水生生态系统的生物多样性下降。而生物多样性的降低必将导致水生生态系统稳定性下降,从而破坏水生生态系统的生态平衡。 理解:一是大型藻类滋生;二是滤食效率较高的浮游动物(如枝角类)种群减少;三是水体浑浊不利于靠视觉定位的凶猛性鱼类捕食浮游动物和底栖动物;四是沉水大型植物消失后,这样为大型浮游动物、螺类和鱼类等提供附着基质
52、、隐蔽场所和产卵场所的功能也随之消失;五是附植生物和着生动物也在减少。六、藻类的光合作用对值和2的影响1、原理:碳酸平衡方程式:CO2()= CO2(a);=10-1.5CO2(a)+2=2C3(a);1=10-2.82C3=C3-+;2=10-3.5C3-= C32-+;3=10-10.3光合作用:CO2+2光C2+2C3-+2光C2+-+2上述可以反映:一是“碳”由碳酸氢盐(C3-)形式存在参与光合作用;二是在富营养化的水体,光合作用强烈,向水中释放大量的-和2;三是在碳酸平衡和光合作用中,前者有+产生,后者有-释放,但是光合作用是主要参与平衡反应的,由于释放到水体中的-和2不断增加,水体
53、值也相应地升高。2、结论:一是水体的叶绿素浓度升高,那么2和值两项也相应提高;二是在不同时段,2和值会有波动。每天早晨到下午,随着光合作用的强度的增加,2和值呈明显的上升趋势,一般在午后34时达到高峰,当日傍晚到第二天早晨,随着光合作用的减弱,2和值也相应降低;三是2和值呈高度线性关系;四是2和值可以间接反应水体中的叶绿素的水平。七、富营养化问题1、富营养化定义:N、P等植物性营养元素,排入到流速缓慢、更新周期长的地表水体,使藻类等水生生物大量生长繁殖,有机物的产生速度大于消耗速度,水体中有机物蓄积,破坏水生生物平衡的过程。理解:一是营养元素:植物性营养元素,C、N、P等;二是反应流速问题:流
54、速缓慢、更新周期长的地表水体;三是藻类等水生植物大量繁殖;四是有机物的产生速度大于其分解消耗速度。2、 水环境因子:TN、TP、温度、光照、PH值、流速、DO等方面的综合因素。3、 流速 室内紊流对水体富营养化影响的模拟实验藻类生长的临界值在1000转/分;室外天然水体富营养化影响的模拟实验藻类生长的临界值在0.080.1m/s. 流速的临界值在0.092 m/s.4、 水体富营养化的表现特征(其一表述):藻种减少,蓝藻、绿藻大量繁殖,浮游生物个体数大量剧增。理解:一是藻种类减少;二是蓝藻、绿藻增生;三是个体数大量剧增(生物量增大)。水体中的藻类、细菌大量增生,导致水体的悬浮物增多,水体透明度
55、下降。理解:透明度下降三个方面原因:一是藻类;二是细菌;三是悬浮物;四是后果:下降。产生有异味的有机物质。理解:例如某些产生异味藻类。死亡的藻类残体分解释放出营养物质,水体中总氮、总磷丰富,ph值增高。理解:一是藻类残体;二是营养物质含总磷、总氮;三是酸碱度提高的原因在于光合作用强烈所导致的。水体的氧平衡:白天,表层水体的溶氧因藻类的光合作用因素溶氧水平是正常水体的几倍,下层水体由于表层藻类的遮盖隔离,阳光较难投射到深层,光合作用强度较弱,溶氧水平较低,只能由表层的溶氧经水体的对流扩散作用给予补充,溶氧量有限;夜晚,光合作用停止,生物的呼吸,有机物的分解耗氧仍在进行,导致水体溶氧量大幅下降,甚
56、至呈缺氧状态。理解:氧平衡的日变化特征,称氧平衡遭破坏。一是白天,表层水由于光合作用,溶氧量充足;二是下层水体由于表层藻类的遮盖隔离,沉水植物光合作用强度衰减,溶氧水平不足;三是下层水体溶氧不足只能靠表层的溶氧经水体对流得以补充;四是夜间,光合作用停止,生物呼吸、有机物分解耗氧仍在继续,导致水体溶氧量大幅下降。湖库富营养化的表现:腥臭味。某些藻类会散发出腥臭味。一是由于向湖库四周扩散,直接影响人类的正常生活;二是水体散发出难闻的气味,影响水体质量。降低水体的透明度.水体表层增殖大量蓝、绿藻,形成一道绿色浮渣,透明度大幅下降。溶氧水平的改变。触发或加速底泥营养物质的释放,水体形成营养物质的高负荷
57、,富营养水体恶性循环。理解:一是触发或加速底泥营养物质的释放;二是高负荷的营养物质;三是水体富营养化状态恶性循环。有毒物质的释放。2000多种蓝绿藻有40多种可以产生毒素。主要产毒素澡:铜绿微囊藻、鱼腥草、澡、束丝澡。毒素:多肽肝毒素、生物碱类神经毒素、脂多糖内毒素、叶嘌呤类毒素等。理解:一是40多种澡可以产生毒素;二是主要产毒素澡:铜绿微囊藻、鱼腥草、澡、束丝澡。三是毒素种类:多肽肝毒素、生物碱类神经毒素、脂多糖内毒素、叶嘌呤类毒素等。影响供水水质和增加制水成本。一是在夏季高温季节,藻类增值旺盛,造成过滤设施堵塞和过滤效率降低;二是富营养化的水体由于缺氧,产生Fe、H2s、CH4、NH3等有
58、害物质,一些藻类产生的有毒物质,导致饮用水的水质下降,增加了水处理的技术难度。水管内形成铁锈,形成红水,完全丧失饮用水功能。理解:一是堵塞;二是由于缺氧,产生有毒物质。例如:水体缺氧,产生Fe、H2s、CH4、NH3等;一些藻类产生的有毒物质水生生态的影响。某些种类的生物明显减少,另一些种类显著增加,物种丰富度减少,这样生物种类演替导致水生生物的稳定性和多样性降低,破坏了生态平衡。理解:生物种类的演替。 影响水产养殖。一是缺氧;二是水生生物的种类、结构发生变化。耐污种类个体数剧增,非耐污种类减少甚至消失;三是一些优质鱼类减少甚至消失,低劣种类会增加。 影响旅游和航运。一是影响旅游风光;二是堵塞航道。富营养化水体的特征(其二表述):水中的藻类或大型水生植物过度生长。理化特征 H值:一是现象:水华往往发生在弱碱性或碱性的水体中,富营养化的水体,随着藻类增长,呈现H值逐步增高的趋势。二是原因:1、天然水体中,H+的浓度非取决于H2O的离解,主要取决于水体中的CO32-、 HCO3-、 CO2;2、藻类的光合作用消耗了水体中的CO2,致使水体中的H+浓度减少,H值升高。理解:碳酸平衡方程式:CO2(a)+2=2C3(a);1=10-2.82C3=C3-+;2=10-3.5C3-= C32-+;3=10-10.3光合作用:CO2+2光C2+2C3-+2光C2+-+2 SD(透
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