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我国湖泊富营养化的发生机制与控制对策 |
作者:赵生才 文章来源:中国科学院网 点击数 更新时间:2004/7/1 17:17:43 文章录入:ahaoxie 责任编辑:ahaoxie |
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●湖泊富营养化是人类社会活动对湖泊的影响导致的湖泊自然演变过程的浓缩 ●有效地控制面源和点源污染是湖泊富营养化治理的重要前提 ●解决湖泊富营养化问题涉及到自然科学工程技术、社会科学和管理科学,研究思路要将整个流域环境一并考虑 ●应成立一个权威机构,实施湖泊、河流以及流域的统一管理 湖泊不仅是人类淡水资源的主要来源之一,而且是维护良好生态环境和促进可持续发展的重要因素。近些年来,因经济的快速发展,资源利用强度加大,导致我国湖泊原有的生源要素严重畸变,生态系统退化,表现为蓝藻水华的频繁暴发,湖泊富营养化呈现迅猛发展的趋势。研究湖泊富营养化的发生机制与控制对策,为湖泊生态环境整治提供理论基础依据,已成为我国基础研究领域亟待解决的重大科学问题。 我国科学界十分敏锐地注意到湖泊富营养化带来的严重的生态环境问题。科学家利用香山科学会议平台,聚首一起,以“我国湖泊富营养化的发生机制与控制对策”为议题进行了深入讨论。会议上,专家学者对国外湖泊富营养化研究与整治的经验和教训的交流,并从我国实际情况出发,对我国浅水湖泊富营养化的特点、生物化学和生态演化过程与发生机制以及湖泊富营养化产生的生态学原因和经济的社会的原因的剖析,对于加深认识湖泊富营养化与生态系统退化机理,探索湖泊富营养化的有效控制技术和方法方面面临的科学技术问题具有重要意义。 湖泊富营养化概念 及历史沿革 富营养化(Eutrophication)一词原用于描述植物营养物浓度增加对水生态系统的生物学效应,但富营养化很难严格定义,因为任何一个水体的营养性质的描述常常是相对于以前的情况,而且每个水体对营养盐响应存在差异。 陈宜瑜院士十分关注“湖泊富营养化的定义和演化历史重建”问题。在介绍湖泊富营养化概念的历史沿革时谈及,形容词 eutrophe、mestrophe和 okigotrophe最初是被Weber1907用于描述决定泥炭沼泽发展初期植物群落的营养状态的。Naumann(1919)则用这3个词描述含有低、中或高浓度氮、磷和钙的淡水湖泊类型。Lindeman1942在其“The trophic-dynamic aspect of ecokogy”经典之作中,认为富营养化是湖泊发展过程中的自然过程。此后,Vokkenweider(1968)率先用磷和氮对湖泊的营养状态作定量依据提出一个分类系统。OECD(1982)扩大了营养状态划分的指标,将叶绿素和透明度也包括进来,并用每个变量的组平均值和标准差,发展了一种边界开放的系统。到20世纪中后期,当富营养化及其影响成为人们关注的问题时,其内涵已大为拓展,所指的是人为富营养化(artificiak eutrophication),即由社会的城市化、植物营养物的工农业利用及其废弃物的排放等所引起的生态变化。 谈到发展湖泊富营养化治理技术时,陈宜瑜指出,必须先弄清湖泊营养状况的自然演化规律和趋势是什么?目前该湖的富营养化程度是在加重还是在减轻?人类活动在哪些方面影响湖泊的生态系统?他质疑,位于长江中下游地区在洪泛平原上发展起来的浅水湖泊,其营养本底在历史上是否比较高?如果没有人类活动的影响是否也会趋于富营养化?强调在推断历史上湖泊水体营养状况的基础上,要进行湖泊营养状况演化历史的重建;进行湖泊富营养化治理时,同时要考虑湖泊营养本底的情况,在重视湖泊外源性污染控制的同时,重视湖泊内源性的污染的控制。 生态系统对于湖泊 富营养化的响应机制 富营养化是自然演变过程,但不能忽视人类活动对富营养的促进作用。湖泊富营养是一个状态,而富营养化指的是一个过程。湖泊富营养化是人类社会活动对湖泊的影响导致的湖泊自然演变过程的浓缩。另有人认为,水华暴发是生态系统对富营养化的响应。 关于响应机制问题,中科院水生生物所谢平研究员以“富营养化对湖泊生态系统结构的影响与反馈”为题进行了深入讨论。他指出,富营养化治理的巨大困难,使人们不得不重新认识水体富营养化与水生态系统的极为复杂的相互作用关系,特别是在浅水湖泊,这种相互作用机制对富营养化的表现形式和进程可能更为重要。他探讨了水体富营养化与湖泊生态系统结构和功能可能的相互作用机制,从水体富营养化的成因及水体营养类型的划分;富营养化对湖泊生态系统结构的影响;生态系统结构变化对湖泊富营养化的反馈;水体富营养化与水环境安全,重点关注蓝藻毒素特别是微囊藻毒素的产生、迁移及其对人类饮用水源安全的影响等四个方面进行了阐述。 目前的研究现状表明,认识富营养化的自然演变过程及其与人类活动的互动作用,尚有许多问题有待研究,一些概念有待厘清,基础设施有待加强,相关政策有待阐明。 关于氮和磷导致湖泊富营养化和蓝藻水华暴发问题有不同见解:1)湖泊磷含量较低时,有可能成为导致富营养化和蓝藻水华暴发的限制因子。2磷的含量急剧增加时,pH,水深、温度、光照、波浪、风和生物因素等其他因子中的一种有可能成为新的限制因子。3)我国农业和生活发展水平,决定了向水体输入的氮和磷的影响还将在很长一段时期内存在。 研究现状迫切需要建立适合我们国家的标准,并确定相关的概念。我国的富营养化标准不能简单地套用欧洲的标准,特别是浅水湖泊,不能简单地用透明度等来划分。目前富营养化的量化、定义尚不明了,沼泽化与富营养化的差异,以及用什么指标NPCSiCa来指示湖泊富营养化的程度等问题也值得讨论。 加强对重点湖泊的长期观察,获得基本数据以准确定义,是推进研究的基础。欧洲的湖泊都有非常完整的长期观测资料,记录了从开始富营养化演替为贫营养化的过程,值得借鉴。 必须明确目前经济条件下的控制策略。污染治理最重要的是削减污染源的排放。控源是第一位,生态系统的修复是第二位。重视水库生态系统的稳定,保持水库良好的水质与环境。 浅水湖泊的营养本底 与内源污染释放机制 浅水湖泊的营养本底与水动力学条件是探讨湖泊内源污染释放机制的重要内容。蓝藻水华爆发常常跟随一次较大的风浪,可能是由于水动力作用引起沉积物悬浮,促使底泥中氮和磷的释放,同时又可能使蓝藻细胞从底泥中释放。 中科院南京湖泊与地理所秦伯强研究员以其在太湖的长期监测资料和初步研究,展示了“太湖沉积物悬浮动力机制与内源释放的概念性模式”成果。我国长江中下游地区的绝大多数湖泊是浅水湖泊,都面临着富营养化。在浅水湖泊的富营养化治理方面,底泥内源负荷量、内源释放问题一直是一个有争议的问题,也导致对许多削减营养负荷的措施,如底泥疏浚等颇存争议。他强调,湖泊沉积物的悬浮对湖泊的内源释放、水体的透明度并进而对初级生产力产生严重影响。他以太湖为例阐述了浅水湖泊中动力作用与泥沙悬浮影响,并在此基础上估算了太湖内源动态负荷的数量,提出了有关大型浅水湖泊内源释放的概念性模式。 交流与切磋使大家一致认为,研究的进一步深入必须关注: 需要建立一个多因素的动态的模式,帮助确定湖泊底泥中磷的释放机理。需要建立一个合适的模式,进一步研究湖泊营养盐颗粒态的再悬浮和再沉降对富营养化的综合效应。 必须重视微生物和水生生物的影响。微生物和酶能分解环境中有机物,因此有机物浓度高也可能是引起蓝藻暴发的因素之一。 湖泊底泥中营养盐是源还是汇?需要通过对不同的区域不同情况(有无底泥和高等植物等)进行长期的监测。 搞清有机态的碳、氮、磷在整个底泥循环过程中的作用机理。武汉东湖近年发生的甲藻水华,其引发因子就是有机碳。植物产生信息因子等有机物还需要进一步研究。 底泥疏浚治理富营养化湖泊问题。是否需要疏浚,不能一概而论,疏浚的方法也应有所不同。迫切需要建立统一标准来衡量某个区域的底泥量以及释放量,制定相应的政策,统筹规划管理。 湖泊富营养化治理 与流域管理 科学家普遍认为,富营养化的研究重点和控制重点概念不能混淆。湖泊富营养化的研究要从整个湖泊的控制、管理、工程等总体考虑。必须首先对湖泊的外源和面源污染的控制,其次才是去除内源污染负荷、工程修复和生物修复等。 中国环境科学院金相灿研究员依据对我国湖泊富营养化的现状和发展趋势的分析,着重探讨了相关的控制技术问题。他指出,中国多数城市湖泊水体已处于严重富营养化状态;大部分中型湖泊也进入富营养化状态,部分已达重富营养化;五大淡水湖也具备了富营养化发生条件,太湖和巢湖已进入富营养化状态。湖泊水质恶化,生态系统遭到破坏。根据湖泊污染和富营养化控制的经验,他提出以控源控制污染源和生态修复相结合的湖泊富营养化控制对策。 科学家认为,应当重视点源和面源污染控制,进行生态系统的恢复和重建。内源污染不断富集情况下,重点要控制内源性负荷问题,揭示内源释放的机制;同时要加强对湖泊富营养化面源问题的研究,发展生态恢复相关的理论。藻型湖泊的改良。浅水湖泊可用生态结构改造的方式,以水草代替藻类,构建一个立体生态系统达到生态修复的目标。其中关键需要创造适宜的环境采用环境改善技术,提高透明度和降低水深 |
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