消落带藻华形成机制研究：国内外富营养化现状

富营养化是指由于水体营养盐浓度过高而导致的一系列生态失衡现象，高浓度营养盐使得藻类和大型水生植物过度生长，进而导致水体生态被破坏、水质恶化、水资源价值降低[17，18]。人类活动是水体营养盐浓度迅速上升的主因，水中营养盐的主要来源包括生活污水、工业废水的排放以及农业面源污染导致的营养物质汇入[19]。经济合作与发展组织对富营养化水体的相关指标进行了定量，当水体中平均总磷（TP）浓度超过0.035 mg/L、平均叶绿素a浓度（Chla）超过25 μg/L、平均透明度（SD）低于3 m时，即认为水体进入了富营养化状态[20]。水体富营养化常导致藻类暴发性生长从而形成藻华（algal bloom），在淡水和海洋中，藻华又分别称为水华（water bloom）和赤潮（red tide）[21]。

在20世纪末期，联合国曾经组织人员对全球范围内的富营养化水体进行排查，结果显示三到四成的湖库存在不同程度的富营养化现象[22]。2000年后随着人口的增长和对自然的进一步开发，富营养化现象出现得更加频繁。研究表明，在亚太地区约有54%的湖泊库为富营养水体，而欧洲、北美洲、南美洲和非洲富营养化水体的比例依次为53%、48%、41%和28%[23-25]。从世界范围来看，人类活动范围内所涉及的湖泊和水库几乎都存在营养元素浓度过高的情况，同时有四分之三的封闭水体出现了富营养化的现象。按不同区域来划分，由于经济发展水平较高，欧洲的富营养化情况也最为严重；大约八成以上的湖库受到了污染，出现了氮磷等营养元素过高的情况。以位于希腊的Pamvotis湖为例，在过去四十年里，由于人们对其肆意排放污水，目前水体富营养化严重，藻类大量繁殖，完全破坏了水中的生态平衡[26]。位于北美的五大湖是全球最大的淡水湖群落之一，五大湖的水体具有不同的营养状态，其中除苏必利尔湖为贫营养外，其他湖泊均遭到了不同程度的污染，特别是安大略湖和伊利湖，已经达到了富营养水体的程度。维多利亚湖是非洲第一大湖，对于周边国家的发展具有重要的生态和经济意义；然而随着人们对周边自然环境的过度开发，导致其遭受到严重污染，使得湖中藻华频发、鱼类死亡，周边人们的健康也受到威胁[27]。在大洋洲的岛屿中，由于湖泊较少，相关研究不多；夏威夷的Agoma湖是众多太平洋岛屿中少数受到人们关注的湖泊之一，研究表明该湖泊与目前众多岛屿湖泊一样，水体营养物质浓度极高，富营养化严重[28]。对于亚洲地区的湖库来说，由于南北地域环境差异很大，因此两处水域水体具有显著差异，北部湖库水质要显著优于南部地区湖库；亚洲湖库特点是氮磷含量普遍偏高，因此在其他环境条件适宜的情况下，极易诱发藻类大量增殖。

由于目前世界范围内湖库的富营养情况较为严重，因此有关研究较为普遍，而对于河流富营养化的研究相对较少，目前只有澳洲、北美和欧洲等发达国家曾对河流富营养化情况进行相对系统的调查。根据藻华的爆发频率进行计算，淡水藻华中大约77%的藻华为湖库藻华，而只有23%的藻华为河流藻华。然而，由于污染的加剧及其他人为因素的影响，河流藻华现象正日趋增多，特别是在2003年以后，河流藻华发生频率显著上升[29]。20世纪90年代初期，澳大利亚的新南威尔士州曾在两年内发生162次藻华，且其中的84次对水体生态系统及功能造成了严重影响，特别是在1991年的达令河，发生了有记录以来世界上最大范围的蓝藻藻华，藻华河段绵延1 000 km以上[30]。欧洲曾经也发生过较为严重的河流富营养化问题，例如莱茵河曾多次爆发藻华；随着人们对水环境的重视，莱茵河水体水质逐渐改善，近年来藻华出现的频率大幅下降[31]。在北美的加拿大，曾经也有数条河流出现严重的富营养化现象，之后经过长期的治理，藻华现象得到有效控制[32]。

由于近年来的快速发展，我国富营养化问题相对其他国家更为严重。作为全球藻华分布最广、受影响最大的国家之一，近年来也逐渐开展了一系列针对湖库及河流富营养化问题的调查和研究。相关研究表明，我国大部分的湖库水体均存在营养盐浓度过高的问题，其中大多数出现过富营养化，只有少数偏远地区的湖库由于受污染较少仍处于自然状态[33]。我国湖库水体营养状况主要表现为：

① 五大主要淡水湖营养盐浓度过高，已超过诱发藻华的最低阈值；

② 城市湖泊富营养化严重；(www.xing528.com)

③ 众多中型湖泊处于营养盐过剩状态。

根据《2014年中国环境状况公报》的描述（见图1.1）[34]，在全国62个主要依据TP、化学需氧量（CODCr）和高锰酸盐指数（CODMn）来测算水质的重点湖库中，7个湖泊（水库）水质为Ⅰ类，11个为Ⅱ类，20个为Ⅲ类，15个为Ⅳ类，4个为Ⅴ类，5个为劣Ⅴ类。在进行营养状态监测的61个湖库中，2个重度富营养化、13个轻度富营养、36个处于中营养状态，10个处于贫营养状态。具体来看，太湖水体平均营养程度为轻度富营养化状态，其中北部沿岸、西部沿岸、湖心、东部沿岸和南部沿岸污染程度较低，均为轻度富营养状态；巢湖西岸附近为中度富营养状态，东岸附近为轻度富营养状态，水体总体平均营养盐状况为轻度富营养状态；滇池水体中草海重度富营养化，外海为中度富营养状态，平均为中度富营养状态。依据以上数据，可以发现我国的富营养化问题已成为当前最突出的环境问题之一。综上所述，湖库富营养化问题已经成为我国最重要的水环境问题之一。

图1.1　我国主要淡水湖库富营养情况（2014）

在我国湖库出现大面积富营养化现象的同时，近年来我国的众多河流富营养化情况也有所加剧。例如长三角地区的河系、珠江、汉江等流域均发生过藻华现象。2010年1月至3月期间，汉江襄樊段以下干流及支流出现藻华，其支流唐白河藻密度一度高达50×106个/L[35]。2007年6至7月间，珠江广州段总氮、总磷浓度超标，使得藻类数量急剧增加，导致水质进一步恶化[36]。在对长三角地区河系富营养化情况抽样调查中，研究人员发现大约九成以上的河流存在富营养化现象；其中，氮、磷等元素的含量未达到地表水质量标准中Ⅴ类水体要求的河流众多，表明该地区水体被严重污染[37]。因此，包括河流在内的我国淡水水体富营养化情况总体仍不乐观，有待投入更多的精力加以分析研究，从而找到更多的抑制或减缓富营养化的手段。