第二节 富营养化

一、富营养化含义及营养物质

湖泊富营养化一般指在自然因素和（或）人类活动的影响下使水体中的营养物质增加过多、湖泊水体的生产力水平异常提高的一种现象。富营养化在自然界的形成是漫长过程，可能需要千百万年，而在人为干预下则是短暂过程，可能仅需要数年至数十年。

营养物质总体包括有机质、无机质，金属元素、非金属元素，常量元素、微量元素。其中常量元素为组成藻类的无灰干重的比例大于0.1%的元素，主要包括：C、H、O、N、S、P、K、Na、Ca等；微量元素为无灰干重的比例远小于0.1%元素，主要包括：Fe、Mn、Cu、Zn、B、Si等。微量元素在藻类的生长繁殖和竞争中与常量元素协同起到增效和辅助作用，有时微量元素相当重要。影响水体藻类生产力的营养物质一般主要指TN、TP指标，也包含Chl a、SD和其他指标。

二、湖泊N P循环

（一）湖中N P的来源与输出

湖中N P来源。主要来于外源包括入湖河道带入的生活、工业和农业污水，直接入湖的地面径流和排污口、降雨降尘、航行和固体废弃物污染等；部分来源于底泥的释放和死亡的植物动物分解；部分蓝藻和某些细菌等生物的固N作用所获得。

湖中N P的输出。主要是湖水随河水出流，自来水和工业、农业用水输出，直接进入底泥；被藻类、植物和其他水生物吸收；水生动植物、蓝藻的收获或打捞以及清淤等活动移出水体；由于微生物、生化、物理、化学、理化等净化水体作用而得到净化。

（二）湖泊N循环

N是调节湖泊中蓝藻或藻类生产力的最主要营养物质之一，但在相当多情况下不认为是控制湖泊蓝藻暴发的关键指标。N是生物体内的蛋白质、酶、核酸等重要生命物质的组成部分。湖水中的N主要有无机氮（IN）和有机氮（ON）两类。

N循环过程。N由陆地外源进入水体，其中部分随水流出湖，部分直接进入底泥或逸出水面，或为其他作用净化。湖水中N主要为藻类、植物和其他生物吸收；然后通过食物链，藻类和植物等生产者为鱼类、其他动物等消费者摄取；部分N由于人类捕捞鱼类等动物、收获植物和打捞藻类而移出水面；部分N则由于动物、植物和藻类死亡后的残体及排泄物存在于水体或进入底泥，而由脱氮菌等微生物和酶进行氨化、反硝化作用，再进入水体或还原成N₂、N₂O释放到大气中；进入水体的N（主要是铵、硝酸盐等溶解的IN）再次被植物、藻类和动物所利用。这样完成一个N循环过程。

（三）湖泊P循环

P是调节湖泊蓝藻生产力的最主要营养物，一般也认为是控制蓝藻暴发关键指标。

天然湖泊中含有一定量P。湖泊中P是水体中生物必需的营养元素，藻类的主要营养成分。P一般分为无机磷（IP）和有机磷（OP）两类。在水体中P的物理状态主要为溶解态、悬浮态和胶体3种。P的主要存在形式有正P酸盐、聚合P酸盐和有机P等，其中溶解的正P酸盐是被藻类和高等水生植物吸收利用的最主要形式。天然湖泊含有一定量P：①在湖泊的底质中含P，如长江中游湖泊和云贵高原湖泊的P本底值相对较高；②如巢湖、滇池流域上游部分山区富含P酸盐矿，地面径流把P带入湖中；另外由于湖水净化P能力较低，所以巢湖、滇池等湖泊的P值相对较高。

P循环过程。P由外源进入湖泊后，除去随湖水出湖及部分直接或间接进入底泥外，湖水中的活性P（也称可溶性P，主要包括部分IP和少部分OP）主要直接为藻类和植物吸收。虽然湖水中活性P含量很少，一般占TP的比例≤5%，但其中相当部分OP可通过碱性磷酸酶的水解作用使TP（OP）成为IP（可溶性磷），为藻类等吸收；通过食物链，藻类和植物为以鱼类为主的动物摄取；其后，部分由于人类捕捞鱼类等动物、收获植物和打捞藻类而移出水面，部分则由于动物、植物和藻类的死亡或沉水水底，其残体及排泄物等由细菌、微生物等分解，由OP转化为IP；底泥中的P相当部分与湖底的固化沉积物结合成为不可溶P（或称难溶性P），一般不再释放到水中参与P循环，不为水中生产者所利用；底泥中有部分不溶性P则可在一定的环境条件下，如当水体底层中pH值减小或向酸性转变时，可转化为可溶性P释放进入水体。或水中某些自养的细菌活动所生成的酸类，可使底泥中P的溶解过程加快。

（四）植物与N P循环的关系

湖泊中植物与N P循环的关系可分为以下7个阶段。以太湖为例，其第1至第4阶段已过去，第5阶段正在进行，第6至第7阶段有待将来实现。

（1）非富营养化时期的平衡循环阶段。以往湖泊在没有进入富营养化阶段前，如在20世纪60年代以前社会经济较发达地区的太湖流域，入湖N P不大于湖泊环境容量，N P相当部分为太湖600km²的水生植物所吸收，以及为其他的自净作用而消化，湖泊的植物与N P是一个平衡循环阶段。

（2）富营养化初期的平衡循环阶段。随着入湖N P的逐步增加，但仍没有超过湖泊的自净能力，在湖泊环境容量以内，N P相当部分为植物吸收，湖泊的植物与N P仍是一个平衡循环阶段。且此阶段由于N P有所增加，植物更为茂盛。如太湖的20世纪70—80年代中期。《太湖》介绍：太湖在20世纪80年代相当水域已轻度富营养化，植物生长较50—60年代为好。

（3）中度富营养和蓝藻暴发时期的初期不平衡循环阶段。随着入湖N P的继续增加，已超过湖泊的自净能力和环境容量，N P相当部分为植物吸收，但N P已经开始剩余，用于提高湖泊的N P浓度，此时植物与N P已开始进入一个不平衡循环阶段。且此阶段由于入湖N P增加较多，水污染已相当严重，植物主要是沉水植物受到一定程度甚至非常严重的损毁，但挺水植物芦苇一般不受影响。如太湖的20世纪80年代中期至80年代末期。

（4）重度富营养和蓝藻严重暴发时期的极不平衡循环阶段。随着入湖N P的继续大量增加，已大幅度超过湖泊的自净能力和环境容量，N P相当部分为植物吸收，但N P已有相当剩余，用于大幅度提高湖泊的N P浓度，此时植物与N P已进入一个极不平衡循环阶段。如太湖的20世纪90年代至2007年，此阶段由于入湖N P增加很多，水污染越来越严重已大幅度超过水生植物净化水体能力和其他因素净化水体能力之和，植物已受到很大程度损毁，蓝藻严重暴发水域的绝大部分沉水植物已逐渐死亡，太湖西半部的沉水植物几乎灭绝（也有过量养鱼、大量收获水草和湿地减少等因素）此阶段主要是沉水植物等面积已减少200km²，但此阶段芦苇一般可与高密度蓝藻共存。

（5）富营养化和蓝藻暴发减轻时期开始向平衡循环前进阶段。由于采取有效的治理措施，富营养化和蓝藻暴发程度开始减轻，入湖N P已经不再用于提高湖泊的N P浓度，且N P浓度得到逐步减低，又由于进行了人工生态修复且与自然生态修复结合，植物覆盖率有一定程度增加，此时植物与N P已进入向平衡循环前进阶段。如太湖的2007年至今，此阶段正在继续下去。

（6）轻度富营养和基本消除蓝藻暴发时期的基本平衡循环阶段。以后进一步减少入湖N P及采取有关治理措施，使富营养和蓝藻暴发程度进一步减轻直至基本消除蓝藻暴发，此时植物与N P已进入基本平衡循环阶段。如太湖2007年后10～20年。

（7）轻度富营养或中营养和完全消除蓝藻暴发时期的平衡循环阶段。以后继续进一步减少入湖N P及采取有关治理措施，使富营养和蓝藻暴发程度进一步减轻直至完全消除蓝藻暴发，此时植物与N P已进入完全的平衡循环阶段。如太湖的此阶段估计在上一阶段的10年后。

三、湖泊富营养化现状

富营养化在国内外湖泊中普遍存在。由于人类活动的干扰，使N P等营养物质大量进入湖泊，易造成富营养化。湖泊富营养化自然过程一般非常缓慢，可能成千上万年；在人为干预下湖泊富营养化一般在较短时间内形成。湖泊从贫营养到富营养，甚至重富营养，以致发生蓝藻大暴发的非自然过程，一般仅需要10～20年时间。据2009年武汉第十三届世界湖泊大会，中国湖泊富营养化程度在40年内增加了60倍。1991年调查122个湖泊有51%富营养化；2005年调查133个湖泊有88.6%富营养化。

（一）六大湖泊的富营养化现状

六大湖泊（太湖、巢湖、滇池、鄱阳湖、洞庭湖和洪泽湖），根据《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）（见表2-5，下同）评价水质，主要评价指标为TN TP；根据TN TP两项指标评价富营养化。2011年现状（说明者除外）水质和富营养化如下。

太湖。总体为劣Ⅴ类，其中TN为劣Ⅴ类、TP为Ⅳ类；水质是东部湖区好于西部和北部湖区（不含五里湖），最差是竺山湖和西部沿岸区；污染指标主要是TN TP，其中TN除五里湖、东太湖和东部沿岸区相对较低外，其他均超过1.5mg/L，为Ⅴ～劣Ⅴ类。营养化状态平均为中度富营养。2012年水质有所改善，全湖总评已达到Ⅴ类。

巢湖。水质：东半湖Ⅴ类，西半湖劣Ⅴ类，总体为劣Ⅴ类，西半湖污染程度明显重于东半湖；若TN TP不参加评价，东半湖评价水面水质为Ⅲ类、西半湖为Ⅳ类，总体水质为Ⅳ类；主要污染指标为TP TN；营养状态：东半湖轻度富营养，西半湖较重的中度富营养，湖区总体为中度富营养。

滇池。水质为劣Ⅴ类，耗氧有机物及TN TP污染均十分严重。营养状态与2010年相同，处于中度富营养状态。

鄱阳湖。2011年水质：Ⅲ类水面占9.0%、Ⅳ类44.5%、Ⅴ类25.9%、劣Ⅴ类20.6%，总体水质为Ⅴ类，主要污染指标为TN TP，营养状态为轻度富营养；2012年水质总评为Ⅳ～Ⅴ类，较2011年有所改善。

洞庭湖。水质总体为劣Ⅴ类，主要污染指标为TN、TP；营养状态总体为轻度—中度富营养；2012年水质总体为劣Ⅴ类，TN、TP分别为劣Ⅴ类、Ⅴ类。

洪泽湖。水质总体为Ⅴ类，主要污染指标为TN TP；营养状态总体为轻度富营养。

（二）六大湖泊富营养化的变化和比较

湖泊富营养化变化。20世纪80年代以来，六大淡水湖泊的N P浓度均有不同程度或大幅度的提高。其中，太湖自20世纪70年代起营养程度开始缓慢发展，80年代中期开始富营养化，2006年富营养化程度最高，后开始下降，现为中度富营养化；巢湖从60年代营养程度开始发展，70—80年代开始富营养化并且发展加速，80年代初就达到TN 1.7mg/L、TP0.129mg/L，90年代已达严重富营养程度，以后在高位波动，21世纪初开始降低，现为中度富营养化；滇池自20世纪70年代起营养程度开始发展，80年代开始富营养化，21世纪初富营养化程度最高，近年开始下降；洪泽湖自20世纪60—90年代N P含量持续缓慢升高为富营养化，以后N P开始下降，但有波动，现轻度富营养化（见表2-6）；鄱阳湖、洞庭湖的营养状态在20世纪90年代至今一直处于缓慢升高之中，鄱阳湖现水质Ⅴ类、轻度富营养，洞庭湖现水质劣Ⅴ类、轻度—中度富营养。

湖泊富营养化比较。太湖、巢湖、滇池以往和近年的富营养化程度明显重于鄱阳湖、洞庭湖、洪泽湖；太湖、巢湖、滇池的TN相似，而太湖的TP明显低；太湖的TN/TP高于巢湖、滇池2～3倍。

（三）国内其他湖泊营养状况

国内其他著名的湖泊或大中型湖泊中，非富营养化（相当于Ⅰ、Ⅱ类水质）湖泊很少，如云南的抚仙湖、泸沽湖和长白山天池等。

长江中下游湖泊的富营养化。首届中国湖泊大会（2011年12月10日于南京召开）资料，全国湖泊大部分有富营养化的现象。如长江中下游面积1km²以上的湖泊有651个几乎均已富营养，云贵高原绝大部分湖泊已富营养。

云南高原湖泊的营养状况。2010年，云南湖泊绝大部分湖泊如滇池、阳宗海、星云湖等已富营养化。洱海水质总体为Ⅲ类，抚仙湖和泸沽湖总体为Ⅰ类。其中抚仙湖为珠江水系，水面积217km²，流域面积超过600km²，蓄水量超过206亿m³，虽其入湖河流（星云湖）水质差、Ⅴ～劣Ⅴ类，但入湖污染负荷总量相对较小并进行了控制，加上抚仙湖蓄水量和自净能力大，环境容量大，故水质至今仍保持Ⅰ类；泸沽湖人口密度低，原生态经济，入湖污染负荷少，所以水质至今仍能保持Ⅰ类（见表2-7）。

2007年水质：博斯腾湖Ⅲ类，镜泊湖、兴凯湖Ⅳ类，南四湖Ⅴ类，白洋淀、达赉湖劣Ⅴ类。

（四）水库富营养化状态

2011年，对全国471座主要水库进行了水质评价。其中全年水质为Ⅰ类的水库21座，占评价水库总数的4.5%；Ⅱ类水库203座，占43.1%；Ⅲ类水库158座，占33.5%；Ⅳ类水库52座，占11.0%；Ⅴ类水库16座，占3.4%；劣Ⅴ类水库21座，占4.5%。进行营养状况评价的455座水库中，中营养水库324座，富营养水库131座。在富营养水库中，处于轻度富营养状态的水库110座，占富营养水库总数的84.0%；中度富营养水库20座，占富营养水库总数的15.3%；重度富营养水库1座，占富营养水库总数的0.7%。主要污染项目是TN、TP、COD_Mn、COD、BOD₅。

四、湖泊富营养化作用和危害

湖泊富营养化作用。适度富营养化有利于植物生长。如太湖在20世纪80年代相当水域已经形成轻度的富营养化，植物生长较20世纪50—60年代好。

湖泊富营养化危害。可能产生蓝藻暴发，则届时具有蓝藻暴发的危害；有利于产生“湖泛”，影响自来水制水的成本和质量；过度富营养则影响沉水植物的生长甚至消灭沉水植物，影响水生动物的生长。

五、影响富营养化因素

影响富营养化因素主要是入湖N P等污染物质的负荷量及湖泊的自我净化能力，包括人为因素和自然因素。

1.人为因素是影响富营养化的主因

人为因素主要有以下几类。

大量N P等污染负荷持续入湖。主要是由于社会经济的持续发展使大量N P等污染负荷持续排入湖泊，而水污染治理相对滞后，其中主要因素是污水处理速度赶不上人口增长和污水增加的速度。N P等污染负荷主要通过河道入湖，污染源主要是生活、工业和农业，以及地面径流和航行等。而底泥的污染则主要是外源入湖后逐步累积而成或同时有其他原因造成。

围垦湖滩地大量减少湖泊自净能力。中国的“六大湖”由于社会经济发展各阶段的需要，在20世纪90年代以前大都采取了围垦措施，围垦湖滩地以增加农田、鱼池和建设用田，以满足人们粮食、食品、居住和工业发展、公共设施的需要，而大幅度减弱了湖滩地净化水体能力。如洞庭湖在20世纪50年代初面积为4350km²，目前只有2625km²，其中围垦1466.9km²；太湖减少200km²。

建闸坝控制。建闸筑坝等水工程改变了河湖间水体的自然连续性、水量交换形式，使换水次数减少、带走的营养物质减少，且使水位在相当长的时间段内较大幅度升高改变了水生植物的分布格局，是影响富营养化的一个人为因素。如巢湖下游建闸筑坝在相当程度上减少了植被覆盖率和减少了长江入湖水量超过10亿m³。滇池和太湖均存在下游建闸筑坝影响富营养化的问题。

2.自然因素能够在相当程度上影响富营养化

自然因素包括湖泊水文水动力、生物、气候和湖泊形状等因素。其中水文水动力条件包括换水周期、水流速度、入出湖水量、水深、湖流路径和方向等；生物条件为植物的面积、种类和生长情况，动物的种群数量和种类；蓝藻的种群种类、数量和暴发情况；微生物的种群种类、数量和单位水体的密度。以上这些因素均可影响湖泊水体的自我净化能力和环境容量。

3.发挥人为因素减轻湖泊富营养化

发挥人为因素：一方面积极治理外源和内源，直接大量减少N P等污染物质的入湖负荷量和内源的N P负荷量；另一方面采用相应人为措施改变不利的自然因素，增强湖泊水体的自我净化能力，尽快恢复至我国20世纪50—60年代人对湖泊干预很少、人与湖泊和谐相处的非富营养化或尽量低的营养状况。

六、湖泊入湖N P的滞留率

滞留率，即是入湖污染负荷滞留于湖内的比值。滞留于湖内的污染物质一般可以在一定时间内得到净化，所以有时候滞留率也可称为净化率。

滞留率=（入湖污染负荷-出湖污染负荷）/入湖污染负荷

其中，每一类污染负荷如TN TP应分别计算；入湖、出湖污染负荷一般应为总量，但有时候粗略计算时可以河道入湖、出湖污染负荷计算，如太湖或与其水动力条件类似的湖泊；选取的年份时间段应比较合理，一般应5～10年为宜，可不包含特枯年份、特丰年份。

影响滞留率的主要因素：①入湖、出湖的水量和各类污染负荷；②湖泊换水次数、流速、流向、风浪，以及湖泊水流（吞吐流、风生流）入湖出湖所历经时间；③水中悬浮物的大小、物质种类和水体电导率；④入湖污染物质浓度、湖泊环境容量；⑤下游有无控制水位工程；⑥水中生物（植物、动物、蓝藻、微生物）种类、习性、种群或群落的大小、生物量的多少。

滞留于湖内污染物质的去向。①沉积为底泥。入湖污染物质由于物理、化学、生物、生化作用在一定时间内逐步沉积在湖底，成为底泥的一部分。相对于上覆水体而言，此部分污染物质已得到净化。底泥中的污染物质也可能由于物质循环如释放作用而再次进入水体。②离开水体。入湖污染物质在一定条件下由于生物、生化、化学等作用而离开水体。如植物、动物吸收N P后被收获而离开水体、得到去除。又如N素在一定条件下由于微生物的生化作用或化学作用生成N₂等气态物质而离开水体进入大气。③继续留在水体。当湖泊的水污染程度加重时，总体上有部分入湖污染物质继续留在水体，其结果是升高水体污染物质浓度，即此时滞留率＞净化率；当湖泊的水污染程度减轻时，总体上入湖污染物质未留在水体，其结果是降低水体污染物质浓度，水质得到改善，即此时滞留率＜净化率；当湖泊的水污染程度无变化、水质不变时，总体上无入湖污染物质留在水体，即此时滞留率=净化率。④上述3类去向一般可能2类或3类同时存在。

国内10个湖泊滞留率的比较。太湖TN TP均最大，鄱阳湖、洞庭湖的TN TP均最小或较小（表2-8）。其中，太湖滞留率最大的原因：换水次数较少、水流速度较慢、湖泊水流入湖出湖所历时最长、入湖污染物质浓度较大、湖泊环境容量较大、下游设置水位控制工程等。鄱阳湖、洞庭湖滞留率小的原因主要是换水次数较多、水流速度较快、湖泊水流入湖出湖所历时较短、下游没有设置水位控制工程等。

七、TP对于浅水湖泊生态系统的影响

浅水湖泊当TP超过0.1mg/L时，生态系统可能处于浮游藻类占优势的浊水稳态；当TP低于0.03mg/L时，湖泊处于以沉水植物占优势的清水稳态；当TP为0.03～0.1mg/L时，湖泊可为浊水稳态，也可为清水稳态。显然，TP过多时应采取相关措施重点治理，包括控制外源、内源和调水等，及种植挺水和漂浮植物，削减TP；待TP适当降低后再开展沉水植物修复工程，实现从浊水到清水的稳态转换。

目前，长江中下游流域30%湖泊的TP超过0.10mg/L，“三湖”达到0.08～0.40mg/L。这些重污染湖泊近年的治理实践证明，开展生态修复的效果有限，原因主要有：①湖泊水体的生态修复面积普遍较小，达不到能有效影响湖泊TP的规模，生态修复主要注重陆域部分；②进行生态修复的水域大部分缺乏长期有效的管理而且生态系统未能进入健康状况；③由于没有能有效解决“三湖”的风浪、蓝藻暴发、基底等因素，所以“三湖”的生态修复难以在短期内有效大规模地实施。

我国浅水型湖泊蓝藻暴发和富营养化治理应该区别对待和分水域治理，当改善湖泊营养状况到轻度富营养且其他生境改善至比较适宜时再大规模实施湖内生态修复。

八、建议制定主要湖泊的富营养化标准和延长水质标准序列

制定主要湖泊的富营养化标准。我国主要湖泊的营养状态各不相同，影响湖泊营养状态的因素也各不相同，为有利于建立我国各主要湖泊控制富营养化的目标，应分别制定主要湖泊的富营养化标准。目前湖泊富营养化控制标准几乎空白，目前仅有一些非国标的有关富营养化的综合标准。因为现有的综合标准难以说明问题，综合标准中NP的重要性往往被不重要的一些指标所掩盖，如大型湖泊中的NH₃—N、COD值往往很低或不高，标准中此类指标的参与降低了NP在评价湖泊富营养化程度中的作用。

延长《地表水环境质量标准》序列。现相当多特别是靠近城市的湖泊或水体水质恶化，大幅度超过《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）的Ⅴ类，如TN 2.01mg/L与大幅度超过Ⅴ类的5～10mg/L或更多均称为劣Ⅴ类，有些有失公允，相当的政府部门发表的湖泊水质或水环境公告里往往仅提及水质类别而没有具体数据，就可能难以使公民了解水质或水环境的真实情况，而劣Ⅴ类的称呼也不是名正言顺的类别，而是专家们为区别水质较差和很差情况而自动增加的，原标准并无劣Ⅴ类这一标准，所以应适当延长水质标准序列。如台风级别原有12级，现已根据风速确定风力级别可达到18级或更高。