湖泊富营养化生态修复培训课件

湖泊富湖泊富营养化生养化生态修修复复主要内容主要内容1.1.湖泊富营养化概述湖泊富营养化概述2.2.湖泊富营养化成因湖泊富营养化成因3.3.湖泊富营养化的生态修复的方法湖泊富营养化的生态修复的方法2湖泊富营养化生态修复1.1 1.1 定义定义1.2 1.2 现状现状1.3 1.3 影响影响1 1 湖泊富营养化的概述湖泊富营养化的概述 3湖泊富营养化生态修复1.1 1.1 富营养化定义富营养化定义 广义：由于人类的活动，使得水体广义：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，造色，水体透明度下降，溶解氧降低，造成水质恶化，严重时发生成水质恶化，严重时发生“水华水华”或或“赤潮赤潮”，使整个水体生态平衡发生改变，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、水而造成危害的一种污染现象。池塘、水库、湖泊、海洋等多发。库、湖泊、海洋等多发。4湖泊富营养化生态修复 狭义：狭义：水体富营养化是大量的氮水体富营养化是大量的氮和磷等营养物质进入水体，引起蓝和磷等营养物质进入水体，引起蓝藻藻（蓝（蓝细菌细菌）、微小细菌以及其他藻类和、微小细菌以及其他藻类和浮游生物的恶性增殖，最终导致水质急浮游生物的恶性增殖，最终导致水质急剧下降的一种现象。剧下降的一种现象。5湖泊富营养化生态修复 藻类（植物）藻类（植物）-蓝藻（蓝细菌）蓝藻（蓝细菌）-光合细菌光合细菌 叶绿体叶绿体-不含叶绿体（藻胆蛋白）不含叶绿体（藻胆蛋白）-不含叶不含叶绿体绿体 叶绿素叶绿素a-a-叶绿素叶绿素a-a-不含叶绿素不含叶绿素a a 需氧条件需氧条件-需氧条件需氧条件-厌氧条件厌氧条件6湖泊富营养化生态修复如何判断富营养化：如何判断富营养化：一般认为水体含氮量一般认为水体含氮量大于大于0.2mg/L、水、水体含磷量体含磷量大于大于0.02mgL、水体细菌总、水体细菌总数数大于大于105/mL、叶绿素、叶绿素a大于大于10mg/m3、BOD大于大于10mg/L属于富营养化水体。属于富营养化水体。7湖泊富营养化生态修复1.2 1.2 现状现状 我国是陆地大国，我国是陆地大国，淡水资源少，而且主淡水资源少，而且主要淡水湖除处于人烟要淡水湖除处于人烟稀少的地区与原始状稀少的地区与原始状态的湖泊外态的湖泊外,其营养其营养盐水平基本上都达到盐水平基本上都达到了富营养化发生的标了富营养化发生的标准浓度准浓度,水体的富营水体的富营养化在多数湖泊中已养化在多数湖泊中已处于相当水平。处于相当水平。8湖泊富营养化生态修复太湖梅梁湾太湖梅梁湾滇池蓝藻大爆发滇池蓝藻大爆发西部中部东部4515%3013.429.956.719971997年富营养化湖泊分布情况年富营养化湖泊分布情况9湖泊富营养化生态修复滇池滇池 我国是一个多湖我国是一个多湖泊的国家，湖泊泊的国家，湖泊总面积总面积17787km2 约占全国总面积约占全国总面积的的0.8%。具统计，具统计，2000年我国年我国37个个主要湖泊的富营主要湖泊的富营养状况，其中养状况，其中59.1%为中、富营为中、富营养性，养性，14.7%为重为重营养性营养性。10湖泊富营养化生态修复指标指标2006年年2010年预测年预测值值富营养化面积富营养化面积（km2）50006700具备发生富营养化具备发生富营养化的湖泊面积的湖泊面积（km2）14000富营养化的趋势富营养化的趋势11湖泊富营养化生态修复富营养湖泊与贫营养湖泊比较富营养湖泊与贫营养湖泊比较富营养湖泊富营养湖泊贫营养湖泊贫营养湖泊微生物数微生物数 量量 品品 种种 分分 布布昼夜间的迁移昼夜间的迁移水华现象水华现象主要藻类主要藻类丰丰 富富较较 少少主要在水体表面主要在水体表面有有 限限经常发生经常发生蓝藻科鱼腥藻属、蓝藻科鱼腥藻属、囊丝藻属、微囊藻囊丝藻属、微囊藻属等，片硅藻科直属等，片硅藻科直链藻属、脆杆藻属、链藻属、脆杆藻属、冠盘藻属、星干藻冠盘藻属、星干藻属。属。稀稀 少少很很 多多可生长至深层可生长至深层频繁频繁很少出现很少出现绿藻科角星鼓藻绿藻科角星鼓藻属、片硅藻科平属、片硅藻科平板藻属，小环藻板藻属，小环藻属；金藻可锥囊属；金藻可锥囊藻属藻属12湖泊富营养化生态修复 1.3 1.3 富营养化的影响富营养化的影响 一、自然景观的危害一、自然景观的危害 1.1.水体发臭难闻水体发臭难闻 富营养化的水体的某些藻类能够发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，使被厌养微生物分解产生硫化氢气体，使水体不断恶化。水体不断恶化。13湖泊富营养化生态修复2.2.水体透明度降低水体透明度降低 富营养化的湖泊中生长着大量的富营养化的湖泊中生长着大量的蓝藻、绿藻，这些水藻浮在水面上形蓝藻、绿藻，这些水藻浮在水面上形成大量的浮渣，遮挡阳光，导致水体成大量的浮渣，遮挡阳光，导致水体的透明度降低。的透明度降低。14湖泊富营养化生态修复二、水体生态及生物的影响二、水体生态及生物的影响 1.1.影响水体溶解氧影响水体溶解氧 富营养水体表层，藻类可获得充足的富营养水体表层，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类使得阳光不能穿透到湖泊深处,直接导直接导致深层水体的光合作用受到抑制，溶解氧致深层水体的光合作用受到抑制，溶解氧越来越少。越来越少。15湖泊富营养化生态修复2.2.对浮游生物和底栖生物的影响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，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，底栖生物物的底栖生物也会大量增加，底栖生物的大量繁殖要消耗大量的氧气，并且厌的大量繁殖要消耗大量的氧气，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。气体也会使水体恶化。16湖泊富营养化生态修复 3.3.对整个生态系统结构和生物分布的对整个生态系统结构和生物分布的影响影响 水体富营养化以前通常是硅藻占有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。了生态系统，破坏了生态平衡。17湖泊富营养化生态修复4.4.危害人体健康危害人体健康 一些藻类再代谢过程中可以产生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藻毒素，人食用一些藻类为食的鱼类之后可以致癌。之后可以致癌。18湖泊富营养化生态修复2.2.湖泊富营养化成因湖泊富营养化成因2.1 2.1 水体富营养化的主要成因水体富营养化的主要成因2.2 2.2 富营养化形成的其他因素富营养化形成的其他因素19湖泊富营养化生态修复2.1 2.1 富营养化的主要成因富营养化的主要成因 水体富营养化的根本成因是营养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加物质的增加，使得藻类和有机物增加所致。营养物质主要是磷，其次是氮，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。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+痕量元素痕量元素和能量和能量-C106H263O110N16P（藻（藻类类原生原生质质）+138O220湖泊富营养化生态修复营养物质来源有：营养物质来源有：1.1.土壤大量施肥，农田流失的氮、磷进人土壤大量施肥，农田流失的氮、磷进人水体。水体。21湖泊富营养化生态修复2.2.禽畜、禽畜、水产养殖水产养殖 ，畜、，畜、禽排泄物中含有禽排泄物中含有大量的营养物质，雨水冲刷，进入水体。大量的营养物质，雨水冲刷，进入水体。3.3.生活污水和工业废水排入水体。生活污水和工业废水排入水体。4.4.大气中的硝酸类物质随着雨水进入水体。大气中的硝酸类物质随着雨水进入水体。22湖泊富营养化生态修复2.2 2.2 富营养化形成的其他因素富营养化形成的其他因素 1.1.季节和温度季节和温度 藻类为中温型微生物，当气温较高的夏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。活动、营养状况及氧气供应不同。23湖泊富营养化生态修复2.2.光线光线 水的上层有充足的阳光进行光合作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，直接导致深层水体的光合作用受到抑制，溶解氧越来越少。溶解氧越来越少。3.PH3.PH 藻类生长的范围在藻类生长的范围在PH 7 924湖泊富营养化生态修复3 3 湖泊富营养化生态修复技术湖泊富营养化生态修复技术3.1 3.1 人工湿地人工湿地3.2 3.2 生态浮床生态浮床3.3 3.3 生物操纵生物操纵25湖泊富营养化生态修复3.1 人工湿地1 1 定义定义 2 2 组成组成3 3 原理原理4 4 应用应用26湖泊富营养化生态修复 1 1 定义定义 人工湿地是人工建造和管理控制人工湿地是人工建造和管理控制的、工程化的湿地的、工程化的湿地,通过模拟自然湿通过模拟自然湿地地,人为设计与建造的由饱和基质、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复合体。它改变了湿地的传统形态,通过科学的设计和改造通过科学的设计和改造,用自然生态用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对水体的净化。同作用来实现对水体的净化。27湖泊富营养化生态修复南京市环科所生态恢复实验南京市环科所生态恢复实验28湖泊富营养化生态修复29湖泊富营养化生态修复 2 2 湿地组成湿地组成 填料、植物、微生物和动物是人工湿填料、植物、微生物和动物是人工湿地生态系统的主要组成部分。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。过沉淀、过滤和吸附等作用去除污染物。植物包括挺水植物、沉水植物和浮水植物。植物包括挺水植物、沉水植物和浮水植物。植物对污染物有吸附、代谢、积累等作用。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，主要去除有微生物是湿地重要组成部分，主要去除有机物和氨氮。机物和氨氮。30湖泊富营养化生态修复 31湖泊富营养化生态修复 3 3 去除营养物质机理去除营养物质机理 氮、氮、磷等营养物质浓度的提高是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。导致湖泊富营养化的关键因素。32湖泊富营养化生态修复除磷除磷 人工湿地对磷的去除作用包括介质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过程中通过同化作用将无机磷变成植物体的组成部分体的组成部分,最后通过收割去除。最后通过收割去除。33湖泊富营养化生态修复 微生物对磷去除包括对磷的正常微生物对磷去除包括对磷的正常吸收和对磷的过量积累吸收和对磷的过量积累,使某些细菌使某些细菌在厌氧条件下吸收低分子的有机物在厌氧条件下吸收低分子的有机物(如如脂肪酸脂肪酸),),同时将细胞原生质中聚合磷同时将细胞原生质中聚合磷酸盐异染粒的磷释放出来酸盐异染粒的磷释放出来(释磷释磷),),并并提供必需的能量以便它们在好氧条件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下从水中吸收超过其生长所需的磷(聚聚磷磷),),并以聚磷酸盐的形式成为微生物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细胞的内含物而被贮存起来,因此人因此人工湿地有较高的除磷效果。工湿地有较高的除磷效果。34湖泊富营养化生态修复除氮除氮 人工湿地系统中氮的去除主要依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。的氮主要以有机氮和氨氮的形式存在。在人工湿地系统内在人工湿地系统内,植物光合作用过植物光合作用过程中将氧通过植株程中将氧通过植株-根系向湿地床输送根系向湿地床输送,使得系统内部存在许多好氧、缺氧和使得系统内部存在许多好氧、缺氧和厌氧微环境厌氧微环境,为微生物的硝化和反硝化为微生物的硝化和反硝化作用创造了良好条件。作用创造了良好条件。35湖泊富营养化生态修复 人工湿地去除水体中氮的机制首先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是将有机氮氧化为氨态氮,再经过硝化再经过硝化细菌的硝化作用将氨态氮转化为硝酸细菌的硝化作用将氨态氮转化为硝酸盐盐,再在厌氧条件下由反硝化细菌将硝再在厌氧条件下由反硝化细菌将硝酸盐氮反硝化为氮气酸盐氮反硝化为氮气,最终达到除氮的最终达到除氮的目的目的。36湖泊富营养化生态修复植物与微生物的协同作用植物与微生物的协同作用 张鸿张鸿(1999)等等人人研究了凤眼莲、研究了凤眼莲、水芹两种人工湿地对武汉东湖污水中水芹两种人工湿地对武汉东湖污水中氮氮、磷净化率与介质中硝化细菌、磷磷净化率与介质中硝化细菌、磷细菌的数量分布关系细菌的数量分布关系。结果表明结果表明:有植有植物组水体、底沙和根面的硝化细菌、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磷细菌、反硝化细菌的数量高于无植物组物组;有植物组的根面微生物数量高于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硝化、反硝化细菌数量均高于对照,说说明植物的存在有利于硝化、反硝化细明植物的存在有利于硝化、反硝化细菌的生存。菌的生存。37湖泊富营养化生态修复 4 4 应用应用 1994年年,我国在滇池建立的人工湿地系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统用以处理滇池流域农业面源污染,根据根据14个月运行监测个月运行监测,该湿地系统对该湿地系统对TN平均去除平均去除率为率为35.5%60%左右左右,对对TP平均去除率平均去除率为为24.4%47.8%。38湖泊富营养化生态修复39湖泊富营养化生态修复 2002年年,中国科学院南京地理与湖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仙湖人工构造湿地开始投入运行,监测监测结果表明对各项污染指标的去除率分别结果表明对各项污染指标的去除率分别达到达到:COD 87.8%、BOD68.7%、SS 96.3%、TP 32.4%、TN 36.0%。40湖泊富营养化生态修复41湖泊富营养化生态修复42湖泊富营养化生态修复3.2 3.2 生态浮床生态浮床1 1 定义定义2 2 原理原理3 3 特点特点43湖泊富营养化生态修复45湖泊富营养化生态修复2.2.原理原理 原理是原理是:利用植物在生长过程中利用植物在生长过程中对水体中对水体中N、P等元素的吸收及植物发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达根系和浮床基质对水体中悬浮物的吸附吸附,富集水体中有害物质。富集水体中有害物质。46湖泊富营养化生态修复生态浮床47湖泊富营养化生态修复厦门员筜湖生态浮床厦门员筜湖生态浮床48湖泊富营养化生态修复3 3 技术特点技术特点 塑料泡沫大量堆放产生的二次污染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生态浮床通常采用塑料泡沫板作为浮体的载体的载体,使废弃塑料泡沫有用武之地。使废弃塑料泡沫有用武之地。49湖泊富营养化生态修复 生态浮床技术将浮床陆生植物作为生态浮床技术将浮床陆生植物作为先锋种植于河湖水面先锋种植于河湖水面,利用陆生植物生利用陆生植物生长过程中对大量长过程中对大量N、P 吸收和光合作用吸收和光合作用,去除水中去除水中N、P,无须施肥无须施肥,避免肥料对水避免肥料对水体污染体污染,且病虫害少。且病虫害少。50湖泊富营养化生态修复 生态浮床不受光照等条件限制生态浮床不受光照等条件限制,可可避免沉水植物人工种植后避免沉水植物人工种植后,由于光照等生由于光照等生境条件难以保障其正常生育而死亡的现象。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浮床陆生植物多为经济种类或观赏种类种类(如香草根、美人蕉等如香草根、美人蕉等),),不仅可以不仅可以净化水质净化水质,还可创造一定的经济效益。还可创造一定的经济效益。51湖泊富营养化生态修复香根草52湖泊富营养化生态修复香根草生态浮床53湖泊富营养化生态修复3.3 3.3 生物操纵生物操纵1 1 定义定义2 2 原理原理3 3 应用应用54湖泊富营养化生态修复 1 1 定义定义 生物操纵即通过对水生生物群及其生物操纵即通过对水生生物群及其栖息地的一系列调节，以增强其中的栖息地的一系列调节，以增强其中的某些某些因素的因素的相互作用，促使浮游植物相互作用，促使浮游植物生物量下降生物量下降,主要作用对象是鱼类。主要作用对象是鱼类。55湖泊富营养化生态修复 2 2 原理原理 经典的生物操纵通过放养食藻经典的生物操纵通过放养食藻(草草)性鱼类性鱼类(滤食性鱼类滤食性鱼类)提高浮游动物对提高浮游动物对浮游植物的摄食效率，最终减少浮游浮游植物的摄食效率，最终减少浮游植物生物量。植物生物量。56湖泊富营养化生态修复 浮游动物是生物操纵的关键因子浮游动物是生物操纵的关键因子之一之一,而大型浮游动物则是最重要的、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最可能压低浮游植物数量的因素植物过量生长。过量生长。滤食性鱼类滤食性鱼类:鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼、鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼、鲫鱼等。鲫鱼等。57湖泊富营养化生态修复 3 3 应用应用 武汉东湖武汉东湖,70,70年代每年都会出现年代每年都会出现“水华水华”。形成水花蓝藻主要是微囊藻。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属、鱼腥藻属和束丝藻属的种类,其其中危害最大的是铜锈微囊藻。中危害最大的是铜锈微囊藻。58湖泊富营养化生态修复 前苏联内地的一些湖泊，从前苏联内地的一些湖泊，从2020世纪世纪6060年代初期起，开始大量引进我国的年代初期起，开始大量引进我国的鲢鱼、鳙鱼，印度的鲤鱼以及非洲的鲢鱼、鳙鱼，印度的鲤鱼以及非洲的鲫鱼等鱼类，对防止湖泊的水体富营鲫鱼等鱼类，对防止湖泊的水体富营养化均取得了明显的效果。养化均取得了明显的效果。59湖泊富营养化生态修复 1989年年,刘建康院士和谢平在东湖刘建康院士和谢平在东湖里进行了里进行了4个原位围隔试验个原位围隔试验,即采用放养即采用放养鲢、鳙鱼的方法来试图直接控制微囊藻鲢、鳙鱼的方法来试图直接控制微囊藻水华的生长水华的生长,同时观察鲢、鳙鱼放养量与同时观察鲢、鳙鱼放养量与水华现象之间的关系水华现象之间的关系,养殖鲢、养殖鲢、鳙鱼的鳙鱼的水域里不出现水华水域里不出现水华,原因在于鲢、原因在于鲢、鳙吃鳙吃掉了导致水华发生的藻类掉了导致水华发生的藻类,改善了水质。改善了水质。60湖泊富营养化生态修复 欢迎老师 同学 批评指正！结束结束61湖泊富营养化生态修复