水体富营养化过.ppt
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1、水体富营养化过程与治理,云南师范大学 旅游与地理科学学院角媛梅,授课提纲,1 水体富营养化的概念与危害2 水体富营养化的类型与判断标准3 氮、磷对富营养化影响的机理 4 氮、磷在水体中的转化5 富营养水体的治理6 滇池污染及其治理,1 水体富营养化的概念与危害,1.1 水体富营养化的概念1.2 水体富营养化对水体的影响1.3 富营养水体中的产毒藻类与毒性,湖泊、水库等水域的植物营养成分(氮、磷等)不断补给,过量积聚,使水体营养过剩所引起的水质污染现象称为水体“富营养化”。江湖 海洋 水华(花)赤潮,1.1 水体富营养化的概念,下面是美文阅读网小编为大家整理的学校实习日记,欢迎大家阅读。更多学校
2、实习日记请关注美文阅读网实习日记栏目。学校实习日记【一】明年即将开始我的中学物理老师实习,这难免会让我十分紧张,以至于从昨晚开始就辗转难眠了。一切都是未知数,一切都是陌生的。作为一个工科男,实习教师,我还有很多东西要学!还好,在晚上的时候,要带我的任课老师很负责任的来了一趟我的家,交代了诸如作息时间、着装一类的事项。这让我心情平静了不少。今晚早睡,争取明天能够有一个好的开端!学校实习日记【二】今天老师比较有空,特意给我上了一下课,讲了一些关于他自己的故事,还有就是他想传授给我的学习经验。让我进一步加深了对老师的认识。我问他为什么会想到走上教师这条路,他说他那个年代很穷,没有钱读书,好不容易考上
3、个大学,当时听人家说读师范最好,然后他就报了师范大学,渐渐的就喜欢上这个行业,由于性格比较内向又来自农村,所以当人家都去搞革命时,他就自己默默在图书馆中看书,这点在现在看来真的很难得,也许正是这段经历才造就了他后来的辉煌和今天的成绩。学校实习日记【三】今天带我的这个老师开始给我讲授课方,赤潮,藻类为优势物种,并大面积覆盖水体表面感观性状恶化,透明度下降,水质污浊发臭水中溶解氧不足,鱼类及其他生物大量死亡加速水域的消亡过程,1.2 富营养化引起的水质变化,(1)毒性表现,肝毒性(可以引起肝癌)神经毒性(麻癖)肾毒性(腹泻)遗传毒性胚胎及发育毒性,1.3 富营养水体中的产毒藻类与毒性,铜绿微囊藻绿
4、色微囊藻鱼腥藻颤 藻念珠藻,1.3 富营养水体中的产毒藻类与毒性,(2)主要有毒藻类,富营养化湖泊藻类群落的优势种之一。通常形成囊状不定形群体,群体呈粗筛孔状,由几十个、甚至上千个单体细胞组成。铜绿微囊藻易大量繁殖形成水华,改变水体生态系统群落结构,藻类死亡时造成水域大面积缺氧,鱼类生长受到影响,水体环境严重恶化。某些铜绿微囊藻能产生1种微囊藻毒素(肿瘤促进剂),可诱发急性肝损伤和肝肿瘤,Microcystis aeruginosa Kuetz.,铜绿微囊藻,绿色微囊藻,Microcystis viridis(A.Br.)Lemm,绿色微囊藻主要产生三种毒素,在适宜条件下,每毫克干重细胞可产生
5、3-4微克微囊藻毒素,其总毒素含量可达到细胞干重的3以上,是毒素含量最高的一种藻类。,鱼腥藻,鱼腥藻(Anabaena)藻丝单一,或群集成群体;自由漂浮,或粘附基质上。藻丝直走,弯曲,藻丝外面有透明、无色的水样胶鞘。细胞一般为球形或腰鼓形。易形成水华,是水体富营养化的标志。水华鱼腥藻具有毒株,含有鱼腥藻毒A、B、C和D,其中鱼腥藻毒A研究较充分,是一种低分子量的含氮的生物碱,对动物的最低致死剂量为每千克体重250微克。,Anabaena,藻体是不分枝的丝状体,由单列细胞组成藻丝。丝体上有空去的死细胞作双凹形,有时还有胶化膨大的隔离盘,亦为双凹形,但细胞内有均匀的内含物,二个隔离盘或死细胞之间的
6、这一段叫做藻殖段,生于潮湿处或小型水体中,漂浮或附着,Oscillatoria,颤 藻,念珠藻,Nostoc,念珠藻的藻丝由一列近球形细胞组成,形似一串念珠,藻丝通常有一至几个异形胞,由藻丝组成胶质团块,形状有球状、片状或发状。,(3)饮用水中的藻毒素,淡水中常见的蓝藻能产生肝毒素和神经毒素,与供水安全相关。蓝藻微囊藻水华80%是产毒素的,大部分肝毒素是微囊藻毒素,已知70多种亚型的微囊藻毒素。神经毒素分布范围较肝毒素小,危害程度也不及微囊藻毒素。,1.3 富营养水体中的产毒藻类与毒性,(4)流行病学资料,太湖流域调查表明:饮用受微囊藻毒素污染的水会引起人群肝脏酶学指标的变化,导致肝脏功能损害
7、。对肝癌高发区江苏海门和启东两地发现:饮用受微囊藻毒素污染的河沟水的居民患肝癌相对危险度较饮井水或自来水的居民分别为1.96和2.39。微囊藻毒素是我国南方原发性肝癌高发的三大环境危险因素(微囊藻毒素、肝炎病毒和黄曲霉毒素)之一。,1.3 富营养水体中的产毒藻类与毒性,生物富集作用,DDT的生物富集作用,水俣病,知识回顾,2 水体富营养化的类型与判断标准,2.1 水体富营养化的类型2.2 水体富营养化的判断标准2.3 我国湖泊富营养化的状况,2.1 水体富营养化的类型,按富营养化的原因分为:天然富营养化:是指湖泊营养物质的天然富集,需要千年甚至万年的演化过程人为富营养化:是指由于人为活动产生的
8、工业废水、农业退水、水产养殖废水和生活污水排入水体,使水体中氮、磷等营养物质的负荷量急剧增加而导致水体污染的现象。,2.2 水体富营养化的判断标准(1),按富营养化的水质富营养状态的主要参数和标准分为:富营养中营养贫营养,2.2 水体富营养化的判断标准(2),贫营养和富营养湖泊特征比较,富营养与贫营养湖泊中微生物的比较,2.3 我国湖泊的富营养化状况,滇池在80年代初期还处于三类水体,90年代后期全湖范围已急剧恶化到劣五类水体,陷入重富营养状态。,1991-2000年“三湖”营养状态指数年际变化比较,中度富营养状态:60,轻度富营养状态:50,重度富营养状态:70,“三湖”湖体水质均为劣 类。
9、主要污染指标为总氮、总磷。太湖、巢湖处于轻度富营养状态,滇池处于重度富营养状态。,“三湖”水质变化趋势,2002年:,3 氮、磷对富营养化影响的机理,3.1 水体富营养化污染过程3.2 水体富营养化水华暴发机理3.3 藻类的“经验分子式”与利贝格最小值 定律,3.1 水体富营养化污染过程,P、N元素含量过多藻类大量繁殖,水体变浑浊呈黄、绿色藻类死亡,(需氧微生物繁殖)溶解氧急剧降低鱼类等水生生物死亡,厌氧微生物繁殖水变黑发臭。,长江中下游湖泊富营养化过程中沉水植被演替模式,滇池原生沉水植物,海菜花 Ottelia acuminata.沉水植物.喜光,耐阴。要求水体清澈见底,抗污能力差。,金鱼藻
10、 Ceratophyllum demersum.沉水植物,无根,密集成簇,漂浮于水面下,对藻类有抑制作用。,正反馈(左)和负反馈(右),狼,狼,兔,兔,植物,植物,狼饿死,狼吃饱,吃了较多兔子,吃了较少兔子,兔吃饱,兔饿死,吃了较少的草,吃了大量的草,污染,鱼死亡,污染,鱼死亡,鱼死亡,污染,最适范围,亚适范围,亚适范围,不适范围,不适范围,不能生存,因子梯度,渐增,生命活动或数量,生物对环境因子的耐受曲线,Shelford 耐受性定律,3.3 藻类的“经验分子式”与利贝格最小值定律,在适宜光照、温度、PH和充分营养物质的前提下,藻类进行光和作用并合成自身的原生质的基本反应式为:,106CO2
11、+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H+能量+微量元素 C106H263O110N16P1+138O2,藻类的“经验分子式”,3.3 藻类的“经验分子式”与利贝格最小值定律,利贝格最小值定律:植物生长取决于外界提供给它的所需养料中数量最小的一种。调查结果显示:80的富营养化是受磷元素的制约,大约10的富营养化与氮元素有关,余下的10与其它因素有关。,Liebig 最小值原理,植物生长需要基本元素只要基本元素足够,植物生长是自动的影响植物发展的是某一短缺元素增加这个短缺元素能引发植物的生长,缺少它即使再多增加其它元素也无效短缺元素永远在变化之中,几克短缺元素的增加,其功效比增加几吨的
12、肥料都大,4 氮、磷在水体中的转化,4.1 含氮化合物在水体中的转化4.2 含磷化合物在水体中的转化,(1)氮的生物地化循环,4.1 含氮化合物在水体中的转化,4.1 含氮化合物在水体中的转化,(3)水体中的含氮化合物,4.1 含氮化合物在水体中的转化,(4)水体中有机氮的转化过程,氨化作用硝化作用反硝化作用同化作用,4.1 含氮化合物在水体中的转化,氨化作用(有机氨转化为氨氮),水体中各种蛋白质化合物在好气性和嫌气性条件下,由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化合物,氨溶水成为NH4+,为植物利用,有机氮(NH2-)氨(NH3)铵离子(NH4+),氨化作用,蛋白质的氨化作用,氧化脱氨
13、基作用水解脱氨基作用还原脱氨基作用,尿素的氨化,尿素细菌:1、球菌:尿素生孢八叠球菌 2、芽孢杆菌:巴斯德尿素芽孢杆菌,硝化作用(氨氮转化为硝酸盐),氨氮在水中不稳定,除被生物吸收同化外,其余在溶解氧充足条件下,被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐,供植物吸收利用,亚硝化作用,硝化作用,硝化细菌和硝化作用的过程,影响硝化作用的环境因素,(1)pH值:适宜微碱性(2)温度:4-40,最适:25-35(3)通气:需氧(4)湿度:过量影响通气,不足引起细胞缺水。,反硝化作用(硝酸盐氮转化为气态氮),反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气,回到大气库中,使水体失氮,异养脱氮细菌的反硝化作用,自养脱
14、氮细菌的反硝化作用,反硝化作用的过程,反硝化作用微生物,大多数:异养兼厌气性 极少数:化能自养型(脱氮硫杆菌)环境对反硝化作用的影响 水分及通气状况 pH值 有机质与NO-3含量,同化作用,藻类对水中几种无机氮都能利用,在光合过程以及随后的同化过程中,逐步形成各种含氮有机物。,(1)磷的生物地化循环,4.2 含磷化合物在水体中的转化,(2)磷的循环过程,岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田中施用的磷肥,被植物吸收进入植物体内 沿食物链传递,并以粪便、残体或直接以枯枝落叶、秸秆归还土壤 含磷有机化合物经土壤微生物的分解,转变为可溶性的磷酸盐,可再次供给植物吸收利用,这是磷的生物小循环。一部分磷脱离生
15、物小循环进入地质大循环 动植物遗体在陆地表面的磷矿化 磷受水的冲蚀进入江河,流入海洋,4.2 含磷化合物在水体中的转化,生物有机磷,4.2 含磷化合物在水体中的转化,(4)水系统中的含磷化合物,正磷酸盐:主要种类有H3PO4,H2PO-4,HPO42-,PO43-,HPO42-配合物 聚磷酸盐:H4P2O7,H3P2O7-,H2P2O72-,HP2O73-,P2O74-,HP2O73配合物-偏磷酸盐:HP3O92-,P3O93-有机磷酸盐:有多种形式包括磷脂、糖磷酸盐、核苷酸、磷酰胺等,4.2 含磷化合物在水体中的转化,(5)磷在水体中的循环,有机磷的矿化作用:有机物中的磷,在细菌和真菌的降解
16、过程中,生成无机磷和磷化物。磷的同化作用:溶解性无机磷首先为上层水中的浮游植物吸收,部分用于生长,大部分积累在体内备磷源不足时使用。水生高等植物能从沉积物中大量吸收无机磷,经代谢转为有机磷化合物。不溶性磷转化为可溶性磷:沉积物中不溶性磷不能为水中生产者利用。当水中PH值转向酸性时,可加快磷溶解过程,使不溶性磷成为可溶性磷。,4.2 含磷化合物在水体中的转化,(6)磷转化的4个主要过程,来源于生物的颗粒有机磷在微生物作用下,形成可溶性有机磷,并进一步矿质化形成正磷酸根离子;磷酸根离子与无机离子(钙、铝等)结合形成颗粒无机磷的螯合物,不能被植物利用;颗粒无机磷在沉积层的厌氧环境中被释放形成正磷酸根
17、离子;沉积层的磷酸根离子被植物吸收。正磷酸根包括磷酸根、磷酸氢根和磷酸二氢根,三者间可相互转化,其转化和平衡受水体pH值控制。,4.2 含磷化合物在水体中的转化,5 富营养水体的治理,5.1 富营养水体的治理技术5.2 湖泊富营养化治理的长期性复杂性,*环境技术用水处理技术消除进入湖泊 水体中的N、P和有机污染物等;点源*生态技术改善生态系统和周围环境、减少不利理化因素(N、P和有机污染 物)和生物因素 面源,5.1 富营养水体的治理技术(1),5.1 富营养水体的治理技术(2),*恢复水生植被 根据湖泊水生植被自身的演替规律和水生植物的生理生态特征,选择耐污性强的植物作为先锋种类,然后逐步对
18、水生植被的结构加以优化。*优化水产养殖结构,恢复生态系统平衡 在湖泊富营养化过程中,水生植被本身也发生演替变化,以适应不同的营养水平和水环境条件。,5.2 湖泊污染治理的复杂性与长期性(1),太湖水域富营养化生态恢复工程,富营养化成因多水系入湖、城市化带来超营养负荷、底质(富含营养盐)、水生生物不合理分布(枯竭)治理方案*大型水生植被恢复工程*底泥疏竣工程*养殖污染控制工程(控制围网养殖、鱼草轮养)*水源地水质保护的物理-生态工程*藻类收集与利用工程*环湖绿化生态保护工程*截污和换水工程,6 滇池污染与治理,6.1 滇池概况6.2 滇池污染状况6.3滇池污染特点6.4滇池污染治理6.5 滇池水
19、污染形成的原因,6.1 滇池概况,滇池流域位于云贵高原中部,地处长江、红河、珠江三大水系分水岭地带,流域面积2920平方千米,整个流域为南北长、东西窄的湖盆地,地形可分为山地丘陵、淤积平原和滇池水域三个层次。山地丘陵居多,约占69.5%;平原占20.2%;滇池水域占10.3%。属北亚热带湿润季风气候,多年平均气温14.7,平均降雨量953毫米,年平均蒸发量1409毫米,具有低纬山原季风气候特征,冬无严寒、夏无酷暑、冬干夏湿、干湿分明。,流域内自然植被以亚热带常绿阔叶林为主,次生植被以云南松及华山松为主,森林覆盖率48.9%。滇池属长江流域金沙江水系,位于昆明市西南,属断陷构造湖泊,是云贵高原湖
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