优养化(Eutrophication)(一)

2020-06-17 18:47:02 来源:U墅生活471人评论

优养化(Eutrophication)(一)

(优养化,图片来源

优养化是指水体生态系中,由于清洁剂、肥料或秽物等富含植物生长营养素的物质流入,导致水质汙染的现象,这些植物营养素通常含有氮、磷等元素。

其结果通常使生态系之初级生产力(Primary production)增加(植物过度的生长与腐败),进一步的影响包括:缺氧、水质恶化及鱼、贝类大量死亡等。

优养化(Eutrophication)(一)

(三聚磷酸钠曾经是很多种清洁剂的添加成份,为优养化的元兇,图片来源

优养化的机制(Mechanism of eutrophication)

优养化肇因于植物营养素的过量供给,导致植物及藻类急遽大量成长,这些有机体死亡后大量消耗水体中的溶氧,形成大量缺氧的状态,导致水质恶化。在水体系统中,窒息性水生植物或浮游性植物(即藻华)的生长速率若提高,会阻碍正常生态系统的运作,使水中缺氧,导致鱼类及甲壳类无法生存。

磷酸盐是造成优养化的限制因子(limiting factor),自然界的磷酸盐原本固定在土壤中,是植物生长必需的营养素,其流动是藉由侵蚀作用。一旦磷酸盐被转移至湖泊等水体中,将很难除去,意即优养化几乎是不可逆的。此时水变得混浊,颜色转为绿、黄、褐或红。人类也同样受到冲击:优养化降低河流、湖泊和河口资源的利用价值,如影响娱乐、捕鱼、狩猎及破坏环境等,甚至干扰饮用水的处理,造成健康的问题。

(一)湖泊、河流和海洋

 二十世纪中,优养化现象被视为是欧洲及北美湖泊和水库的严重污染问题,而后範围更加扩大。依据调查,亚洲54%的湖泊有优养化现象,欧洲为53%、北美为48%、南美为41%而非洲则为28%。

湖泊的优养化是一种自然的过程,也有许多湖泊的状态恰好与优养化相反,即营养物质随时间渐渐减少。现代考古湖沼学家认为,气候变迁及其他外在因素的影响同样重要,而更重要的是调节湖泊自然生产力的因素。河口也有自然优养化的趋势,因为流水所挟带来自陆地的植物营养素集中在河口狭小的範围内。

位处热带的氾滥平原地区,优养化也可能由于季节性洪水氾滥的自然过程而产生,如尚比西河的巴洛兹氾滥平原,当雨季开始之后,第一次的洪水(称之为红水)沖扫过氾滥平原,洪水所带来自平原上牲畜的粪便,及腐败的乾季植物,往往造成优养化而导致许多鱼类的死亡。平原上为种植玉米、稻米和甘蔗等作物而施肥,使优养化的现象更形严重。

人类的活动会加速营养物质进入生态系,农业与工业的排放,化粪池与下水道污水,及其他人类的活动产生的污染,会增加无机营养素与有机物的流动,使其进入陆地、水体及海洋沿岸生态系统(包含珊瑚礁),增加大气的含氮化合物也会增加土壤氮元素的供应来源。

当湖泊受到下水道的点状污染源污染而产生优养化时,磷元素常被视为是主要的元兇,藻类的数量和湖泊优养化程度与水中的磷含量有密切的关係。安大略实验湖泊区的研究结果显示,磷元素的增加与优养化速率有密切的关联性存在。人类活动使磷元素在地球的循环速率增加了四倍,其主要原因是农业肥料的生产与使用。在1950到1995年之间,已经有600,000,000吨的磷施放于地球表面,主要在农地上。控制磷的点状来源能快速地控制优养化,因此改善的关键繫于政策的改变。

(二)陆生生态系

一般认为植物营养素流入湖泊、海湾或其他半封闭水域(甚至缓流的河流)会使水生系统繁茂,然而陆生生态系也同样受到负面的冲击。土壤中硝酸盐的增加往往使植物种类结构改变,而这种改变并非人们所希望的。当陆地生态系发生优养化时,许多植物品种也会面临危机,例如:欧洲大部分的兰花品种及一些多草低地、森林和沼泽地带的生态系以低量植物营养素为主。若氮元素含量非自然地增加时,便有利于生长快速、竞争力较强的植物,如高大的草,它们会过度生长,使整个地区完全改观,而较脆弱的品种就可能消失,如品种丰富的沼泽被芦苇或芒草所取代。又如由于施肥田地的肥料过量使用,可能使壮丽的森林转变成浓密的荨蔴和悬钩子灌木丛等。

至于优养化的形成,氮的化学形式是最常被关注的问题,因为植物对氮有高度的需求,所以增加氮化合物会刺激植物的生长,磷元素增加时其情况也相同。土壤中气态的氮非常稳定,不能直接为高等植物使用。陆生生态系依赖固氮细菌将氮气转变成其他形式,如硝酸盐。然而可被利用的氮是受到限制的,生态系取得的氮超过植物所需称为氮饱和。磷素远比氮素更不易溶于水,因此它由土壤滤出的速率远较氮素慢,因此对于水生系统的限制营养素,磷素远比氮素重要。

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