湖泊優養化 (Lake Eutrophication)

湖泊優養化 (Lake Eutrophication)
桃園縣立幸福國中自然與生活科技領域陳美如老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

優養化（eutrophication）源於希臘字（eu＝well, trophic＝to feed），是生態系中營養成分濃度過高，導致生態系基礎生產力增加的一種現象。基礎生產力的增加可增加魚獲量，但不一定是件好事，它往往導致生態失衡，嚴重時降低物種多樣性，甚至使生態系缺氧、產生毒素，生物大量死亡，最後湖泊呈現一片死寂。

湖泊的優養化常常是大自然中湖泊緩慢老化的一個過程，湖泊的老化是因為河川、大氣帶來的物質，或湖泊本身沉積物增加，水質與水中生物組成改變，最後湖泊可能完全變成一個草澤或陸地；但在現代，人為的汙染卻明顯加速其進程，且負面影響遠遠超過自然的演進。

湖泊依照其優養化的程度，可分為貧養(Oligotrophic)、中養(Mesotrophic)和優養(Eutrophic)三種狀態。典型的貧養湖一般比較深，水溫較低，水中限制生長速度的營養物(limiting nutrients)如氮、磷含量少，水質清澈，顏色由藍色至綠色，湖岸由岩石或砂組成，水中浮游生物數量稀少，水生植物少，全年水中溶氧量豐富，底質厭氧性生物稀少；而優養湖一般較淺，底質軟泥較多、較髒，水中營養物質含量高，浮游藻類(phytoplankton)與藍綠菌(cyanobacteria)繁生，常造成藻華(algal bloom)的現象，水質透光度較差，顏色由綠色、黃色至褐色皆有可能，夏季水體底部呈現缺氧狀態；而中養湖狀態則介於貧養湖與優養湖之間。

除了天然的優養化、人為的優養化之外，湖泊還有季節性優養化的現象。溫帶地區的湖泊在春天與秋天會有湖水翻騰(overturn)的現象，造成湖泊底部沉積的營養物質移到湖水上層，供應浮游藻類或植物生長，形成短暫的優養狀態。

春天時，由於風的吹動，使冰融後接近4℃的高密度、高含氧水分往下沉，而湖底富含營養的水則往上流動，形成春天的優養狀態；夏天時，水面溫度高，向下穿越變溫層(thermocline)後，底層水溫驟降，密度的差異，使上層湖水與下層湖水停止對流，而湖底也呈現缺氧狀態；秋天時，水面溫度降低，變溫層隔絕的效應消失，上下層湖水對流，則高含氧水下沉，高養分水也充分向上流動，形成秋天的優養狀態；當冬天再度到來，湖面結冰，底部水溫接近4℃，密度高，上下層對流再度停頓。

春天的翻騰過後，初級生產力最高，優養化現象最明顯，秋天的翻騰後次之，冬夏則幾近停止。在台灣則略有不同，以翡翠水庫為例，秋天的優養化狀況最為明顯。

水中營養物質的種類與優養化有明顯的關聯，氮固然會引起優養化，其效應遠不如磷，降低水中含磷量使小於0.01mg/L，即不會造成優養化。

【參考資料】
1.Lake eutrophication. New Hampshire Department of Environmental service. From the world wide web: http://des.nh.gov/organization/c … /documents/bb-3.pdf  2010
2.Robert E. Ricklefs. 2007. The Economy of Nature. 5th ed. New York. W.H.Freeman and company. P176
3.謝啟男. 水體污染防治與水庫優養化處理. 自來水會刊雜誌第46期. P17~39