富营养化是指水生生态系统中的营养物质，尤其是氮和磷，不断富集，从而使藻类和水生植物的初级生产增加的过程。它可发生于湖泊、水库、河流、河口湾及近岸水域。营养物质富集虽然可以自然发生，但人类活动往往会加快这一过程。过度富集可导致藻类大量生长、水体透明度下降及溶解氧耗竭，进而改变水生生境和生物群落。富营养化描述的是这一生态过程，而不只是水体中存在营养物质或出现肉眼可见的藻华。(epa.gov)
自然富集与人为富集
随着营养物质和有机物在湖泊中长期积累，可能发生自然富营养化。人为富营养化则通过额外的营养物质输入，加快富集过程。两者的区别在于富集的来源和速率：天然生产力较高的湖泊不一定受到污染，而且不同湖泊本身的营养物质供给和生产力也各不相同。(nationallakesassessment.epa.gov)
湖泊生产力通常用营养状态分类来描述。贫营养湖泊的营养物质浓度和生物生产量相对较低；中营养湖泊处于中间水平；富营养湖泊的生产量较高；超富营养湖泊的生产量则极高。这些类别描述的是一个连续的变化范围，而不是所有湖泊都必须经历的普遍演变顺序。对这些类别的理解既要考虑气候、湖盆形态等自然特征，也要考虑人类活动的影响。(nationallakesassessment.epa.gov)
营养物质的来源与输送
主要的人为来源包括农业肥料、畜禽粪便、城市污水、化粪池系统渗漏及城市雨水径流。燃烧化石燃料也会向大气释放含氮化合物，其中一部分随后进入陆地和水体。污水排放口属于可明确识别的点源，而分散的农田和城市地表产生的径流则构成非点源污染。(epa.gov)
营养物质的输送将水体与其整个流域联系起来。地表径流和侵蚀将陆地上的营养物质带入溪流，地下水则提供了另一条输送途径。硝酸盐在土壤和地下水中较易迁移。磷常附着在土壤颗粒上，因此泥沙输送可将大量磷带入受纳水体。由此，下游发生的富营养化可能反映了远离受影响湖泊或海岸的地区所开展的活动。(usgs.gov)
外源负荷将营养物质带入水体，内源负荷则使水体内已储存的营养物质重新进入循环。在缺氧条件下，湖底沉积物可向上覆水释放磷。即使外部输入已经减少，这种循环仍可能维持营养物质富集，从而增加水体恢复的难度。(pubs.usgs.gov)
生物与化学机制
营养物质富集可促进光合作用，增加藻类生物量。由此形成的藻华可能遮蔽沉水植物，减少其生长所需的光照。藻类和植物死亡后，其有机物会经历分解作用。包括细菌在内的微生物在分解这些物质时消耗氧气，可能使氧浓度降至鱼类及其他水生生物所需的水平以下。(oceanservice.noaa.gov)
低氧指溶解氧含量偏低，无氧则指溶解氧完全缺失。当水体分层使底层水与表层水隔离时，底层水的氧耗竭可能尤为严重。由温度差异形成的分层限制了水体混合和氧气补充，而下层水中的分解作用仍在继续。在一些湖泊中，氧气减少还会促进沉积物释放磷，使营养物质再循环与生物生产之间形成相互强化的反馈。(pubs.usgs.gov)
不同营养物质的重要性因系统而异。限制性营养物质是指其可利用量会限制生物生长的营养物质。长期的全湖实验表明，在某些淡水系统中，磷具有很强的控制作用。在一项持续37年的实验中，减少氮的添加量，同时维持磷的输入，促使具备固氮能力的生物占据优势，却未能消除富营养化。这些发现说明，营养物质控制策略必须考虑生态系统过程，而不能假定所有水体都会作出相同的响应。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
生态与经济影响
富营养化可改变物种组成、减少适宜的生境，并扰乱食物网。浓密的藻华会妨碍水下植物生长，低氧水体则会限制依赖氧气的动物能够生存的区域。鱼类可能离开受影响区域，也可能在氧耗竭足够严重时死亡。因此，营养物质引起的环境退化既会损害水生生物群落，也会损害渔业。(epa.gov)
有些藻华由蓝细菌或其他产毒生物形成。有害藻华可通过毒素、氧耗竭、遮光或其他机制造成危害，但并非所有藻华都有毒。已有记录的经济后果包括休闲旅游收入减少、滨水房地产价值下降及饮用水处理成本增加。(epa.gov)
评估与管理
评估需要结合营养物质测量结果和生物响应指标。常用的湖泊指标包括总氮、总磷、叶绿素 a，以及用塞氏盘测得的透明度。叶绿素可用于估算藻类丰度，而溶解氧垂向剖面则能反映不同深度的状况。不同分类体系和地区采用的阈值各不相同，因此解释营养状态类别时需要结合具体背景。(epa.gov)
管理工作主要针对营养物质输入。措施包括去除污水中的营养物质、按作物需求施用肥料和粪肥、种植覆盖作物，以及设置拦截径流的植被缓冲带。天然和人工湿地也被用于营养物质削减计划。由于污染会跨越土地权属和行政边界，这些措施通常需要在流域尺度上统筹实施。(epa.gov)
湖内生态恢复还可针对沉积物中储存的营养物质采取措施。磷钝化处理旨在降低磷的可利用性，但其效果取决于当地条件以及对外源负荷的持续控制。内源营养物质再循环可能延缓水质改善，而化学处理不能替代对进入水体的污染源进行持续管理。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)