1、D M U2 23 3海洋中海洋中磷和氮磷和氮循环和循环和营养盐季节变化营养盐季节变化、细菌和浮游植物细菌和浮游植物活动有关活动有关20世纪初期世纪初期德国人布兰特德国人布兰特英吉利海峡的营养盐在海水中的分布和季节变化与水文状况的关系英吉利海峡的营养盐在海水中的分布和季节变化与水文状况的关系对海水肥度的影响。对海水肥度的影响。1923年年-(英英)哈维和阿特金斯哈维和阿特金斯测定南大西洋和南大洋一些海域某些营养盐含量。测定南大西洋和南大洋一些海域某些营养盐含量。1920s-德德“流星流星”号和英号和英“发现发现”号号对海水营养盐的含量进行过观测。对海水营养盐的含量进行过观测。长期研究营养盐与海
2、洋生物生产力关系。长期研究营养盐与海洋生物生产力关系。1930s-(中中)伍献文伍献文,唐世凤唐世凤/朱树屏朱树屏海洋植物与动物生长所必需的元素海洋植物与动物生长所必需的元素（1）不称为营养盐不称为营养盐：CO2、SO42-、HBO3-、Mg2+、Cl-、K+、Ca2+等（含量高，不会限制生物生长）。等（含量高，不会限制生物生长）。（2）痕量营养盐痕量营养盐：如：如Fe、Mn、Co、Zn、Se等（在海等（在海水中含量很低）。水中含量很低）。（3）主要营养盐主要营养盐：N、P、Si海洋初级生产过程和食物链的基础海洋初级生产过程和食物链的基础含量会影响海洋生物生产力与生态系统结构含量会影响海洋生物
3、生产力与生态系统结构生物活动对其在海水中的含量、分布产生明显影响生物活动对其在海水中的含量、分布产生明显影响传统定义的海水中营养盐一般指氮、磷、硅元传统定义的海水中营养盐一般指氮、磷、硅元素的盐类，也称为生源要素或生物制约要素。素的盐类，也称为生源要素或生物制约要素。但广义地说，海水中的主要成分和微量金属也但广义地说，海水中的主要成分和微量金属也是营养成分，是营养成分，7 7氮氮藻细胞体内蛋白质、磷脂和叶绿素等基本元素藻细胞体内蛋白质、磷脂和叶绿素等基本元素，没有氮源的供给，藻细胞就不能生长。，没有氮源的供给，藻细胞就不能生长。磷磷藻细胞核酸与膜的主要成份，同时又是三磷酸藻细胞核酸与膜的主要成
4、份，同时又是三磷酸腺苷（腺苷（ATP）的基本元素。）的基本元素。硅硅藻细胞壳的主要成份，也是绝大多数海洋硅藻藻细胞壳的主要成份，也是绝大多数海洋硅藻光合作用所必需的主要营养元素。光合作用所必需的主要营养元素。8 8从结合形式可以大致分为：从结合形式可以大致分为：溶解态、颗粒态和吸附态溶解态、颗粒态和吸附态从化合物性质：从化合物性质：有机态和无机态有机态和无机态海洋富营养化中研究较多、对浮游植物生长影响最海洋富营养化中研究较多、对浮游植物生长影响最直接的直接的溶解无机态的营养盐溶解无机态的营养盐9 9溶解无机氮（溶解无机氮（DIN）：）：具有多种存在形态（包括具有多种存在形态（包括NO3-N，N
5、O2-N，NH4-N等）等）不同海域或同一海域不同季节各种形态氮在海水中的含不同海域或同一海域不同季节各种形态氮在海水中的含量、组成有很大差异量、组成有很大差异对浮游植物的生理生化特征、赤潮发生的种群及规模有对浮游植物的生理生化特征、赤潮发生的种群及规模有着重要的影响。着重要的影响。1010溶解态无机磷酸盐（溶解态无机磷酸盐（DIP)HPO43-、H2PO43-、PO43-形式存在形式存在以以HPO42-形式为主。形式为主。水中可溶解的磷有限、海水本身的弱碱性、钙等金属水中可溶解的磷有限、海水本身的弱碱性、钙等金属离子浓度较高以及生物作用等因素，容易与离子浓度较高以及生物作用等因素，容易与Ca
6、2+、Fe3+、Al3+等生成难溶性沉淀物沉积于底质中。等生成难溶性沉淀物沉积于底质中。所以通常认为，海洋环境中的磷酸盐循环是一种螺旋所以通常认为，海洋环境中的磷酸盐循环是一种螺旋向下的循环过程。向下的循环过程。1111海洋中溶解态无机硅海洋中溶解态无机硅形态相对稳定单一形态相对稳定单一硅酸盐硅酸盐(SiO3-Si)存在存在多数情况下硅酸盐的含量较丰富，可能会影响藻类组多数情况下硅酸盐的含量较丰富，可能会影响藻类组成的变化，很少被认为能对浮游植物生长形成限制因成的变化，很少被认为能对浮游植物生长形成限制因素（素（Dortch et al.,1992）。）。但近年来，也有研究发现在硅藻赤潮后期硅
7、酸盐浓但近年来，也有研究发现在硅藻赤潮后期硅酸盐浓度低于其最低阈值而成为硅藻赤潮限制因子的情况。度低于其最低阈值而成为硅藻赤潮限制因子的情况。主要：大陆径流带来的岩石风化物质、有机主要：大陆径流带来的岩石风化物质、有机物腐解的产物及排入河川中的废弃物。物腐解的产物及排入河川中的废弃物。其次：海洋生物的腐败与分解、海中风化、其次：海洋生物的腐败与分解、海中风化、极区冰川作用、火山及海底热泉，甚至大气极区冰川作用、火山及海底热泉，甚至大气中的灰尘，都为海水提供营养元素。中的灰尘，都为海水提供营养元素。5.2.1 5.2.1 营养盐的来源营养盐的来源1313(一）天然来源：一）天然来源：大陆径流带来
8、的岩石风化物质大陆径流带来的岩石风化物质海洋生物腐解的产物海洋生物腐解的产物海中风化海中风化极区冰川作用极区冰川作用火山及海底热泉火山及海底热泉地下水将岩石或土壤中的氮、磷物质带入水体。地下水将岩石或土壤中的氮、磷物质带入水体。日本琵琶湖地下水中：日本琵琶湖地下水中：氮的浓度为氮的浓度为1.268mg/L磷的浓度为磷的浓度为0.087mg/L1414(二）二）人为源：人为源：(1)地表径流带来的污染物质：地表径流带来的污染物质：土壤中大量施用肥料是重要的原因。土壤中大量施用肥料是重要的原因。151516161717(2)畜禽养殖：畜禽养殖：一些畜牧业发达的国家，畜牧业产生的营养物质量超一些畜牧
9、业发达的国家，畜牧业产生的营养物质量超过了由人口产生的量。过了由人口产生的量。（美）处理（美）处理1吨活牲畜需用水吨活牲畜需用水416吨。全国吨。全国55.4亿头亿头家畜和家禽，其排泄量相当于家畜和家禽，其排泄量相当于20亿人口，约为美国亿人口，约为美国总人口的总人口的10倍。倍。全世界动物每年的排泄物中含全世界动物每年的排泄物中含15万吨磷和万吨磷和80万吨氮万吨氮。18181919(3)水产养殖：强化养殖时投喂各种肥料、饲料产生。水产养殖：强化养殖时投喂各种肥料、饲料产生。网箱养鱼时。每生产一吨鱼每年要产生网箱养鱼时。每生产一吨鱼每年要产生15kg的磷的磷和和1.037kg的的BOD。北欧
10、国家因此对网箱养鱼加以控制，需经批准。北欧国家因此对网箱养鱼加以控制，需经批准。2020（4)生活污水：生活污水：生活污水可以是点源排放，也可以非生活污水可以是点源排放，也可以非点源排放。它是主要的营养物来源。点源排放。它是主要的营养物来源。美国美国1/3人口居住沿海城市，每年预计人口居住沿海城市，每年预计9万吨磷通万吨磷通过粪便排海。过粪便排海。德国基尔市德国基尔市每个居民每日排出污水中含每个居民每日排出污水中含3克磷，克磷，10克氮。克氮。我国沿海地区我国沿海地区每年十几亿吨生活污水排海每年十几亿吨生活污水排海上海上海每天就有每天就有7500余吨粪便排入江海。余吨粪便排入江海。212122
11、22 (5)工业废水有些工业废水有较高的氮、磷含量。工业废水有些工业废水有较高的氮、磷含量。其中排污量较高的是其中排污量较高的是食品食品、化工化工和和毛皮毛皮。23232424（6）大气降水带来的污染物质）大气降水带来的污染物质 雨水中含有氮、磷与气雨水中含有氮、磷与气候带及地区有关。氨态氮大于硝酸态氮。候带及地区有关。氨态氮大于硝酸态氮。25252626硝酸盐硝酸盐陆源输入、大气干陆源输入、大气干/湿沉降等。湿沉降等。磷酸盐磷酸盐陆源输入、大气干陆源输入、大气干/湿沉降以及沉积物释放等。湿沉降以及沉积物释放等。传统观点：磷酸盐的补充主要来自于陆源（传统观点：磷酸盐的补充主要来自于陆源（Pie
12、rrou,1976），绝大部分沉积层的磷酸盐往往难以再回到循环过程中。，绝大部分沉积层的磷酸盐往往难以再回到循环过程中。只有沉积层表面的一些磷酸盐可以通过某些途径返回水中只有沉积层表面的一些磷酸盐可以通过某些途径返回水中，但有关机制尚不清楚。，但有关机制尚不清楚。硅酸盐硅酸盐河流输送及海洋中矿物的溶解和硅质生物的分河流输送及海洋中矿物的溶解和硅质生物的分解释放。解释放。营养盐垂直分布规律营养盐垂直分布规律对于大洋水来说，营养盐的分布可分成四层：对于大洋水来说，营养盐的分布可分成四层：表层：营养盐含量低，分布比较均匀表层：营养盐含量低，分布比较均匀次层：营养盐含量随深度的增加而迅速增加次层：营养
13、盐含量随深度的增加而迅速增加5.2.2 营养盐的分布营养盐的分布营养盐垂直分布规律营养盐垂直分布规律次深层：次深层：500-1500m500-1500m，营养盐含量出现最大值，营养盐含量出现最大值深层：磷酸盐和硝酸盐的含量变化很小，硅深层：磷酸盐和硝酸盐的含量变化很小，硅 酸盐含量随深度的增加而略为增加。酸盐含量随深度的增加而略为增加。5.2.2 营养盐的分布营养盐的分布3030营养盐在主要大洋中的垂直分布营养盐在主要大洋中的垂直分布3131在营养盐含量充足的情况下，浮游植物有选择性的、在营养盐含量充足的情况下，浮游植物有选择性的、以一定需求比例吸收利用各种营养盐。以一定需求比例吸收利用各种营
14、养盐。海水中营养盐摩尔比值（海水中营养盐摩尔比值（Redfiled系数）系数）N:Si:P 的原子比的原子比 16:16:1营养盐比例结构变化直接影响生物生长和种群结构营养盐比例结构变化直接影响生物生长和种群结构利用利用DIN/P、Si/DIN、Si/P比值衡量比值衡量营养状况营养状况浮游植物受何种营养物质限制浮游植物受何种营养物质限制3232Justic等等(1995)提出一个系统地评估每一种营养盐化提出一个系统地评估每一种营养盐化学计量限制标准：学计量限制标准：(1)若若Si/P22和和DIN/P22，则，则磷酸盐磷酸盐为浮游植物生长的为浮游植物生长的限制因子；限制因子；(2)若若DIN/
15、P1，则，则溶解无机氮溶解无机氮为浮游植物为浮游植物生长的限制因子；生长的限制因子；(3)若若Si/P10和和Si/DIN1，则，则溶解无机硅溶解无机硅为浮游植物生为浮游植物生长的限制因子。长的限制因子。3333许多研究者认为：许多研究者认为：Si2mol/L，N=1mol/L，P=0.1mol/L可作可作为浮游植物生长的最低阈值为浮游植物生长的最低阈值(Brown et al.,1979；Nelson et al.,1990)3434浮游生物浮游生物(1986年年11月至月至1987年年9月月)3535联合国的一份调查报告就曾这样写道：联合国的一份调查报告就曾这样写道：“营养物质对营养物质对
16、海洋的污染是一个普遍存在的问题。对成员国进行的海洋的污染是一个普遍存在的问题。对成员国进行的一次调查表明，一次调查表明，49个国家中有个国家中有32个提到了这个问题，个提到了这个问题，其中既有发达国家，也有发展中国家。其中既有发达国家，也有发展中国家。3636促使某些生物急剧繁殖促使某些生物急剧繁殖大量消耗海水中的氧气大量消耗海水中的氧气海水缺氧（主要危害）海水缺氧（主要危害）l鱼、贝等海洋生物大批死亡，甚至使局部海区变成鱼、贝等海洋生物大批死亡，甚至使局部海区变成“死海死海”或爆发或爆发“赤潮赤潮”。过量的营养物质进入海洋后，成为各种细菌和病毒过量的营养物质进入海洋后，成为各种细菌和病毒的良
17、好养料，因而促使它们大量繁殖，毒害海洋生物的良好养料，因而促使它们大量繁殖，毒害海洋生物，或者直接传染人体。，或者直接传染人体。37371971年夏季，美国马萨诸塞州的利斯河口，突然发生年夏季，美国马萨诸塞州的利斯河口，突然发生几万尾鱿鱼和几万尾鱿鱼和50万尾对虾死亡的事件；美洲鳗和白鲈万尾对虾死亡的事件；美洲鳗和白鲈等活动能力差的鱼类也大批死亡等活动能力差的鱼类也大批死亡原因原因利斯河上游的城市和工业将大量有机污水利斯河上游的城市和工业将大量有机污水排入河口造成的。排入河口造成的。3838波罗的海由于它的特殊地理位置和波罗的海由于它的特殊地理位置和形态，深部海水中的氧气本来就比形态，深部海水
18、中的氧气本来就比表层少，由于进入波罗的海的有机表层少，由于进入波罗的海的有机物和营养物质逐年增多，物和营养物质逐年增多，50 年代年代末期，竟有几次氧的含量为零。波末期，竟有几次氧的含量为零。波罗的海深水区已有相当大的范围成罗的海深水区已有相当大的范围成为无氧区，各种底栖动物全部死亡为无氧区，各种底栖动物全部死亡，成为，成为“死海死海”。就连海表面也常出。就连海表面也常出现蓝藻开花的现象。现蓝藻开花的现象。39394040排海氮、磷营养盐：排海氮、磷营养盐：在相邻外海外边界在相邻外海外边界水物理迁移过程水物理迁移过程在浮游生物内边界在浮游生物内边界生物迁移过程、生物转化过程生物迁移过程、生物转
19、化过程在海底沉积物内边界在海底沉积物内边界地球化学迁移过程等地球化学迁移过程等41氮、磷营养盐在海洋环境中的迁移转化过程氮、磷营养盐在海洋环境中的迁移转化过程a.浮游植物生长过程；b.浮游植物代谢过程；c.浮游植物死亡过程；d.浮游动物生长过程；e,f.浮游动物代谢过程；生物碎屑浮游植物浮游动物g.浮游动物对生物碎屑摄食、死亡、粪便排泄过程；h.生物碎屑通过微生物降解作用转化为 DIN、PO4-P 过程；i.生物碎屑通过微生物降解转化为溶解有机态营养盐过程；j.溶解有机态营养盐微生物降解过程。4242水物理迁移、生物迁移及相伴随的生物转化过程水物理迁移、生物迁移及相伴随的生物转化过程共同决定了
20、共同决定了 DIN 和和 PO4-P营养盐的自净过程。营养盐的自净过程。生物碎屑微生物降解和浮游动物代谢，特别是溶解有生物碎屑微生物降解和浮游动物代谢，特别是溶解有机态营养盐微生物降解机态营养盐微生物降解最终实现生物转化的重要最终实现生物转化的重要过程。过程。海水温度海水温度和和光合有效辐射光合有效辐射是影响氮、磷营养盐的自净是影响氮、磷营养盐的自净过程的重要环境因子，可能在很大程度上决定了自净过程的重要环境因子，可能在很大程度上决定了自净容量的季节变化规律。容量的季节变化规律。4343在氮的循环在氮的循环中中,生物过程生物过程起主导作用。起主导作用。4444有有 氧：氧：(CH2O)106(
21、NH3)16H3PO4(水生生物体的有机物水生生物体的有机物)138O2106CO2+122H2O+16HNO3+H3PO4 缺缺 氧氧：(CH2O)106(NH3)16H3PO484.8HNO3106CO2+42.4N2 +145.4H2O +6NH3+H3PO4 缺缺 氧氧(NO3-、NO2-已耗尽已耗尽)：(CH2O)106(NH3)16H3PO4 53SO42-106CO2+53H2S+106H2O+H3PO4+16 NH3 不同氧化还原条件下的有机氮降解方程式脱氧菌还原菌45454646含硅碎屑经过海洋生物摄取后消化而排泄出来，溶解含硅碎屑经过海洋生物摄取后消化而排泄出来，溶解速度会
22、较快。速度会较快。硅酸盐的含量随深度而增大硅酸盐的含量随深度而增大,无明显的最大值。无明显的最大值。深海盆地和海沟水域中深海盆地和海沟水域中,硅酸盐的含量的垂直分布硅酸盐的含量的垂直分布往往出现最大值。往往出现最大值。硅的再生过程不依赖于细菌的分解作用硅的再生过程不依赖于细菌的分解作用47475.5.1 富营养化定义富营养化定义5.5.2 近海营养化的成因和机理近海营养化的成因和机理 5.5.3近海水体富营养化指标体系及评价方法近海水体富营养化指标体系及评价方法5.5.4 富营养化的危害富营养化的危害 5.5.5近海富营养化的对策近海富营养化的对策 4848富营养化（富营养化（eutrophi
23、cation）是一种氮、磷等植物营）是一种氮、磷等植物营养物质养物质含量过多含量过多所引起的水质污染现象，是水体衰老所引起的水质污染现象，是水体衰老的一种现象，它既可以发生在湖泊、水库，也可以发的一种现象，它既可以发生在湖泊、水库，也可以发生在河口和近海水域。生在河口和近海水域。在水体中氮、磷等营养盐输入或积累量十分丰富的条在水体中氮、磷等营养盐输入或积累量十分丰富的条件下，导致某些生物生长繁殖件下，导致某些生物生长繁殖异常发展异常发展，进而引起，进而引起水水生生态系统结构和功能的异常生生态系统结构和功能的异常。4949目前认为：目前认为：营养物的缓慢增加不应称为富营养化，或者可称之为营养物的
24、缓慢增加不应称为富营养化，或者可称之为天然富营养化；天然富营养化；只有突然的、迅速的营养物增加只有突然的、迅速的营养物增加(而这种增加都是由而这种增加都是由于人为的原因于人为的原因)，才可称为真正的富营养化，或人为，才可称为真正的富营养化，或人为富营养化。富营养化。5050一般的污染大多导致生物生产力的降低，而富营养化一般的污染大多导致生物生产力的降低，而富营养化却是营养物质的增加，往往却是营养物质的增加，往往提高了初级生产力提高了初级生产力(但也但也非总是如此非总是如此)，甚至提高了终产品，甚至提高了终产品(鱼鱼)的生产量，但严的生产量，但严重时也导致鱼产量的下降以及引起其他的环境问题。重时
25、也导致鱼产量的下降以及引起其他的环境问题。5151525219世纪世纪20年代年代富营养化的第富营养化的第 一个确实的、科学的一个确实的、科学的观察。观察。当时瑞士的莫尔登湖当时瑞士的莫尔登湖(Murten see)湖水变成红褐色。周围湖水变成红褐色。周围居民认为是二百多年前德瑞战争中法国土兵血迹的回居民认为是二百多年前德瑞战争中法国土兵血迹的回溯。经过植物学家的观察，发现是由于大量红色颤藻溯。经过植物学家的观察，发现是由于大量红色颤藻Oscillatoria rubencens(D.C)Gom.的生长，而它的的生长，而它的大量出现可能与畜牧业中大量施用肥料有关。大量出现可能与畜牧业中大量施用
26、肥料有关。5353 19世纪下叶和世纪下叶和20世纪上叶世纪上叶水体的主要污染是有机物水体的主要污染是有机物污染，为此建立了一级和二级污水处理场。但有机物的污染，为此建立了一级和二级污水处理场。但有机物的生物降解带来了无机营养物质的增加，引起了广泛的水生物降解带来了无机营养物质的增加，引起了广泛的水体富营养化。体富营养化。60年代后，富营养化成为一个突出的、全球性的问题。年代后，富营养化成为一个突出的、全球性的问题。5454 人类采取的行动：人类采取的行动：(1)对湖泊进行富营养化程度及原因的调查对湖泊进行富营养化程度及原因的调查 美国美国、日本、意大利、原苏联、北欧、东欧等均进行过，、日本、
27、意大利、原苏联、北欧、东欧等均进行过，我国也有调查和统计。我国也有调查和统计。(2)召开了各种国际会议和进行合作研究。如美国、召开了各种国际会议和进行合作研究。如美国、欧洲共同体、加拿大、日本、原苏联。我国也已召开欧洲共同体、加拿大、日本、原苏联。我国也已召开过专门的国际学术讨论会。过专门的国际学术讨论会。(3)出现了一些专门的、有关富营养化的著作。出现了一些专门的、有关富营养化的著作。5555食物链理论这是由荷兰科学家马丁食物链理论这是由荷兰科学家马丁肖顿于肖顿于1997年年6月在月在“磷酸盐技术研讨会磷酸盐技术研讨会”上提出的。上提出的。该理论认为该理论认为,自然水域中存在水生食物链。如果
28、浮游自然水域中存在水生食物链。如果浮游生物的数量减少或捕食能力降低生物的数量减少或捕食能力降低,将使水藻生长量超过将使水藻生长量超过消耗量消耗量,平衡被打破平衡被打破,发生富营养化。该理论说明营养负发生富营养化。该理论说明营养负荷的增加不是导致富营养化的唯一原因。荷的增加不是导致富营养化的唯一原因。5656生命周期理论生命周期理论近年来普遍为人们接受的一种理论。近年来普遍为人们接受的一种理论。含氮和含磷的化合物过多排入水体含氮和含磷的化合物过多排入水体,破坏了原有的生态破坏了原有的生态平衡平衡,引起藻类大量繁殖引起藻类大量繁殖,过多的消耗水中的氧过多的消耗水中的氧,使鱼类、使鱼类、浮游生物缺氧
29、死亡浮游生物缺氧死亡,它们的尸体腐烂又造成水质污染。它们的尸体腐烂又造成水质污染。5757水体富营养化的根本原因是营养物质的增加。水体富营养化的根本原因是营养物质的增加。海洋中浮游植物所需的营养成分有很多，主要有氮海洋中浮游植物所需的营养成分有很多，主要有氮（）、磷（）、硅（）、有机物、微量元素（）、磷（）、硅（）、有机物、微量元素及各类维生素。及各类维生素。5858由于由于Si、有机物、微量元素及各类维生素等在海水中的、有机物、微量元素及各类维生素等在海水中的量都相对比较大，一般不会成为浮游植物生长的限制因量都相对比较大，一般不会成为浮游植物生长的限制因素。素。海洋中硝酸盐和磷酸盐是海洋浮游
30、植物生长、发育各阶海洋中硝酸盐和磷酸盐是海洋浮游植物生长、发育各阶段所必需，而且段所必需，而且海水中磷酸盐和氮化物含量非常小，海水中磷酸盐和氮化物含量非常小，因因此，、是影响浮游植物生长的主要限制因素。此，、是影响浮游植物生长的主要限制因素。5959海洋中影响浮游植物生长的限制因素一般只有氮、磷海洋中影响浮游植物生长的限制因素一般只有氮、磷两个元素。两个元素。正常氮是海域生产力的限制因素。正常氮是海域生产力的限制因素。对于某些特殊海域磷也可成为限制因素。对于某些特殊海域磷也可成为限制因素。Smith（1984）认为，从长远来看，磷是关键因素，）认为，从长远来看，磷是关键因素，因为在湖泊或海域某
31、些绿藻可以从空气中固氮。因此，因为在湖泊或海域某些绿藻可以从空气中固氮。因此，向海域输送氮、磷是发生富营养化的主要原因。向海域输送氮、磷是发生富营养化的主要原因。6060Schindler受控生态系统装置和试验湖区的研究结果受控生态系统装置和试验湖区的研究结果，表明磷是主要，表明磷是主要“限制因子限制因子”。Vollenweider等关于磷等关于磷负荷和初级生产关系的研究，也表明磷的重要性。负荷和初级生产关系的研究，也表明磷的重要性。藻类生长潜力藻类生长潜力(AGP)方法来判断湖泊中藻类繁殖的限方法来判断湖泊中藻类繁殖的限制物质，结果表明受磷限制的湖泊至少占一半以上。制物质，结果表明受磷限制的
32、湖泊至少占一半以上。AGP 及其生长过程中的数量变化和水中及其生长过程中的数量变化和水中 N、P 含含量、光照度、温度、溶解氧含量有关。量、光照度、温度、溶解氧含量有关。在氮磷比低于在氮磷比低于10：1时，或在某个季节，氮也有可能时，或在某个季节，氮也有可能成为限制因子。成为限制因子。6161海水由于受海流、海浪和潮汐等因素的影响，混合良海水由于受海流、海浪和潮汐等因素的影响，混合良好，海水中各化学要素的值也趋向于均匀。好，海水中各化学要素的值也趋向于均匀。海水的富营养化往往发生在沿岸、河口、海湾、峡湾海水的富营养化往往发生在沿岸、河口、海湾、峡湾等受人类活动影响较强烈而水体交换又不良的地区。
33、等受人类活动影响较强烈而水体交换又不良的地区。由于废水的直接排放会改变局部海域氮和磷的分布由于废水的直接排放会改变局部海域氮和磷的分布格局，使得海区水质发生本质的变化。格局，使得海区水质发生本质的变化。养殖水体的自身污染现象给养殖业及养殖环境造成养殖水体的自身污染现象给养殖业及养殖环境造成巨大的危害，是引起水体富营养化的一个重要因素。巨大的危害，是引起水体富营养化的一个重要因素。6262水体富营养化是赤潮发生的主要诱因。水体富营养化是赤潮发生的主要诱因。水体富营养化程度，必须有一定的评价标准。水体富营养化程度，必须有一定的评价标准。几十年来国内外学者对此进行了大量研究，提出了几十年来国内外学者
34、对此进行了大量研究，提出了评价海水水体富营养化程度的几十种方法，其中大部评价海水水体富营养化程度的几十种方法，其中大部分是从淡水水体的富营养化评价中移植过来的。但是分是从淡水水体的富营养化评价中移植过来的。但是迄今为止国际上尚未有一个统一的近海富营养化评价迄今为止国际上尚未有一个统一的近海富营养化评价标准或模型。标准或模型。6363从评价参数的选择方面，现有的评价方法可分为单因从评价参数的选择方面，现有的评价方法可分为单因子法和综合指数法。子法和综合指数法。6464（一）单因子法（一）单因子法物理参数法物理参数法化学参数法化学参数法生物参数法生物参数法6565物理参数主要包括气温、水温、色度、
35、透明度、照度物理参数主要包括气温、水温、色度、透明度、照度、辐射量等。、辐射量等。经常使用的指标是透明度。经常使用的指标是透明度。由于富营养化现象主要是藻类形成的初级生产增大由于富营养化现象主要是藻类形成的初级生产增大的现象，所以通常使用测定藻类现存量的方法来代表的现象，所以通常使用测定藻类现存量的方法来代表水中的透明度。水中的透明度。6666藻类量和透明度的关系可表示为藻类量和透明度的关系可表示为Iz=I0exp-(kw+kb)z Iz是和透明度（是和透明度（m）相对应的水深照度；）相对应的水深照度；I0为水表面照度；为水表面照度；kw为由水及溶解物质而产生的吸光系数；为由水及溶解物质而产生
36、的吸光系数；kb为悬浮物产生的吸光系数；为悬浮物产生的吸光系数；z为与水深度相对应的透明度，和悬浮物的浓度成比为与水深度相对应的透明度，和悬浮物的浓度成比例。例。6767Carlson（1977）根据加拿大透明度高的湖泊中观测）根据加拿大透明度高的湖泊中观测到的数据，得出了如下营养状态指数：到的数据，得出了如下营养状态指数：营养状态指数营养状态指数=10（6-log2z）z为用塞氏圆盘法测得的透明度。为用塞氏圆盘法测得的透明度。由于水体中悬浮物也影响透明度，所以，本方法不适由于水体中悬浮物也影响透明度，所以，本方法不适于悬浮物含量高的河口等地区（林荣根等，于悬浮物含量高的河口等地区（林荣根等，
37、1996）。）。6868化学参数主要包括与藻类增殖有直接关系的溶解氧、化学参数主要包括与藻类增殖有直接关系的溶解氧、CO2、氮、磷等化学物质量，以及与藻类现存量有关、氮、磷等化学物质量，以及与藻类现存量有关的化学需氧量（的化学需氧量（CODMn）。）。69691）溶解氧（）溶解氧（dissolved oxygen）：由于光合作用对溶解）：由于光合作用对溶解氧的增加量大约是呼吸对溶解氧的减少量氧的增加量大约是呼吸对溶解氧的减少量23倍。在倍。在进行光合作用的水层，溶解氧增加，在不进行光合作进行光合作用的水层，溶解氧增加，在不进行光合作用的夜晚和光达不到的深水层，溶解氧减少。因此，用的夜晚和光达不
38、到的深水层，溶解氧减少。因此，根据溶解氧的垂直分布，可以研究富营养化的状况。根据溶解氧的垂直分布，可以研究富营养化的状况。70702）CO2：水中：水中CO2浓度和水中择偶类繁殖有直接关系，浓度和水中择偶类繁殖有直接关系，它作为富营养化的指标是很重要的。但是，它能否成它作为富营养化的指标是很重要的。但是，它能否成为限制海湾富营养化的物质，主要决定于水中的为限制海湾富营养化的物质，主要决定于水中的pH值值。实际上，。实际上，CO2作为限制物质时的情况较少，因此用作为限制物质时的情况较少，因此用CO2作为控制富营养化的指标可以说是不太重要的。作为控制富营养化的指标可以说是不太重要的。71713）营
39、养盐类：由于富营养化的限制物质通常是氮和磷）营养盐类：由于富营养化的限制物质通常是氮和磷，所以用氮磷作为富营养化的指标是有效的。我国，所以用氮磷作为富营养化的指标是有效的。我国1997年发布的海水水质标准将海水水质分为四类，对年发布的海水水质标准将海水水质分为四类，对氮、磷的划分见下表，其中第二类水质适合于水产养氮、磷的划分见下表，其中第二类水质适合于水产养殖区。殖区。项目项目第一类第一类第二类第二类第三类第三类第四类第四类无机氮无机氮0.200.300.400.50活性磷酸盐活性磷酸盐0.0150.0300.0300.04572724）CODMn：田井等（：田井等（1978）就）就CODMn
40、能否作为藻类现能否作为藻类现存量的指标进行了研究。存量的指标进行了研究。单纯培养的藻类量和单纯培养的藻类量和CODMn有明显的相关性，能够作有明显的相关性，能够作为富营养化的指标。为富营养化的指标。但实际上，由于河流等的流入，在港湾、湖泊等的水但实际上，由于河流等的流入，在港湾、湖泊等的水中中CODMn值也较高，在浅水区因波浪等的作用而悬浮值也较高，在浅水区因波浪等的作用而悬浮起的底泥也会增加起的底泥也会增加CODMn值，这些都会造成值，这些都会造成CODMn的误差。的误差。7373藻类现存量（叶绿素藻类现存量（叶绿素a）浮游植物种类浮游植物种类多样性指数多样性指数藻类增殖潜力等藻类增殖潜力等
41、7474藻类现存量的测定方法包括容量测定法、质量测定法藻类现存量的测定方法包括容量测定法、质量测定法、化学测定法和细胞数计算法。、化学测定法和细胞数计算法。当存在浮游植物以外的悬浮物质时，不能使用质量及当存在浮游植物以外的悬浮物质时，不能使用质量及容量测定法。色素法是测定活体浮游植物的最好方法，容量测定法。色素法是测定活体浮游植物的最好方法，其中叶绿素其中叶绿素a的量与植物的光合作用有直接关系，是测的量与植物的光合作用有直接关系，是测定藻类现存量的最适当的方法，其指标是通用的。定藻类现存量的最适当的方法，其指标是通用的。7575根据浮游植物出现的种类可以评价富营养化的状态。根据浮游植物出现的种
42、类可以评价富营养化的状态。随着水体富营养化的过程，水域的水质环境条件会发随着水体富营养化的过程，水域的水质环境条件会发生变化，生活在其中的浮游生物种类就会随水质环境生变化，生活在其中的浮游生物种类就会随水质环境条件的变化而改变。但是，由于浮游植物种类改变的条件的变化而改变。但是，由于浮游植物种类改变的状况是很复杂的，所以用该法判定时需要有相当的专状况是很复杂的，所以用该法判定时需要有相当的专业知识。业知识。7676多样性指数随生物种数的增多而增长，同样，每个生多样性指数随生物种数的增多而增长，同样，每个生物种数越平均，指数就越大。因此，在贫营养化状态物种数越平均，指数就越大。因此，在贫营养化状
43、态时，多样性指数增大，随着富营养化的形成，多样性时，多样性指数增大，随着富营养化的形成，多样性指数减小。现在被广泛应用的多样性指数有辛普森指指数减小。现在被广泛应用的多样性指数有辛普森指数、香农指数等。数、香农指数等。7777藻类增殖潜力法是有效地进行预测、控制藻类增殖的藻类增殖潜力法是有效地进行预测、控制藻类增殖的一种方法。由于有毒物质的存在不能正确地评价富营一种方法。由于有毒物质的存在不能正确地评价富营养化状态，所以，测定藻类生长潜力时必须在无毒状养化状态，所以，测定藻类生长潜力时必须在无毒状态下进行。态下进行。7878邹景忠等（邹景忠等（1983）率先进行渤海湾富营养状况评价。）率先进行
44、渤海湾富营养状况评价。既采用单项指标评价，又结合冈市友利提出的多项既采用单项指标评价，又结合冈市友利提出的多项指标的营养状态指数法进行。选择指标的营养状态指数法进行。选择COD、无机氮、无、无机氮、无机磷和浮游植物生态变化等参数作为单项评价指标和机磷和浮游植物生态变化等参数作为单项评价指标和划分贫营养、中营养、富营养和超营养型的界限。划分贫营养、中营养、富营养和超营养型的界限。评价标准拟定评价标准拟定COD13 mg/L、无机氮、无机氮0.20.3 mg/L、无机磷无机磷0.045 mg/L、叶绿素、叶绿素110mg/m3、初级生产力、初级生产力110mgC/(m3h)作为富营养化的阈值。作为
45、富营养化的阈值。79798080由于富营养化现象是复杂的，用单一的物理、化学和由于富营养化现象是复杂的，用单一的物理、化学和生物学指标很难准确地表示富营养化现象，所以，评生物学指标很难准确地表示富营养化现象，所以，评价指标应从过去的单一因素研究过渡到多因素的综合价指标应从过去的单一因素研究过渡到多因素的综合研究。研究。8181特征特征腐水域腐水域过营养域过营养域富营养域富营养域贫营养域贫营养域 深域深域浅域浅域 透明度水色透明度水色3以下带臭以下带臭味味呈黄色赤呈黄色赤褐色褐色3黄绿色黄绿色310短时间短时间局部着色局部着色10不着色不着色COD(mg/L)10310131BOD(mg/L)1
46、0310131无机氮化物无机氮化物(mg/L)10010100 2102溶解氧溶解氧(饱和度饱和度)直至近表直至近表层层030%表层过饱和底层表层过饱和底层030%直至中层为饱直至中层为饱和状态数米以和状态数米以下为下为3080%直至底层为直至底层为饱和状态饱和状态H2S接近表层接近表层可测出可测出底层可检底层可检测出测出检不出检不出检不出检不出 初级生产力初级生产力(mgC/m2h)10200 1101底质底质黑色、表层黑色、表层无褐色的氧无褐色的氧化层化层黑色无氧黑色无氧化层化层略带臭味略带臭味有氧化层有氧化层有时有带黑有时有带黑色的氧化层色的氧化层无臭味有氧无臭味有氧化层化层硫化物硫化物
47、1.00.33.00.030.30.3COD(mg/g)305305海域营养状况的划分 8282选择耗氧有机物选择耗氧有机物(以以COD表示表示)、无机氮、无机氮(N)、无机磷、无机磷(P)来综合判定富营养化状况。来综合判定富营养化状况。8383根据冈市友利（根据冈市友利（1972）、邹景忠等（）、邹景忠等（1983）在进行渤）在进行渤海湾富营养化和赤潮问题的研究时根据实际情况将公海湾富营养化和赤潮问题的研究时根据实际情况将公式进行了修正，修正后的公式为：式进行了修正，修正后的公式为：营养指数（营养指数（E）按下式计算：）按下式计算：ECOD无机氮无机氮活性磷酸盐活性磷酸盐106/4500 上
48、式单位以上式单位以mg/L表示。表示。仅适用于没有藻类生长限制因素的水域（林荣根等仅适用于没有藻类生长限制因素的水域（林荣根等，1996）。）。8484CCOD水体的化学需氧量的测量浓度；水体的化学需氧量的测量浓度；CT-N总氮的测量浓度；总氮的测量浓度；CT-P总磷的测量浓度；总磷的测量浓度；CODS、TNS、TPS和和Chlas分别为分别为COD、TN、TP和和Chla的标准值。的标准值。sssCODTNTPChl aNQICODTNTPChl as=+aas8585例如：大亚湾二类水域例如：大亚湾二类水域,CODS 3.0mg/L；TNS=0.3mg/L,TPS 0.03mg/L，Chl
49、a=5mg/m3NQI值值大于大于3富营养水平富营养水平在在23之间之间中营养水平中营养水平小于小于2贫营养水平贫营养水平8686()()22sbDXX=+Xs表层氧饱和度表层氧饱和度Xb 底层氧饱和度底层氧饱和度D值值D值值D值值8787该方法先把水体分为四类：该方法先把水体分为四类：近岸海湾水近岸海湾水离岸海湾水离岸海湾水近岸大洋水近岸大洋水离岸大洋水离岸大洋水用统计学方法把氮、磷等数据归一化，使数据呈正态用统计学方法把氮、磷等数据归一化，使数据呈正态分布，确定数据在正态分布时的平均值分布，确定数据在正态分布时的平均值和标准差和标准差，如果实测值介于如果实测值介于，（，（+）之间为贫营养型
50、；介于）之间为贫营养型；介于（+），（），（2+）之间为中营养型；介于（）之间为中营养型；介于（2+），（，（3+）之间为富营养型。）之间为富营养型。88888989彭云辉等（彭云辉等（1991）首次将模糊数学理论应用于近海（包括）首次将模糊数学理论应用于近海（包括河口区）水体富营养化水平评价中。它们使用四个评价指河口区）水体富营养化水平评价中。它们使用四个评价指标：标：COD、TN、P和和Chl.a及三类海水标准类别。但这种及三类海水标准类别。但这种方法在运算时丢失了许多信息，使结果显得粗糙，特别是方法在运算时丢失了许多信息，使结果显得粗糙，特别是在因素较多、权重分配又较均衡时更是如此。在因
