閩江養(yǎng)殖區(qū)底泥耗氧量研究

福建省環(huán)境監(jiān)測中心站 郭 偉

隨著社會發(fā)展和生活水平的提高，人們對河流的生態(tài)環(huán)境給予越來越多的重視。水體中溶解氧含量是影響水環(huán)境的重要因素，是作為評價水質(zhì)的重要指標，對水體中生物的生長繁殖產(chǎn)生極大作用。但是受到嚴重污染的河流，很多污染物積累在底部，大量消耗氧氣，底泥耗氧量(sediment oxygen demand，簡稱SOD)占了河流總耗氧的大部分，在特定的水體中，該比例可高達50%[1]。

底泥耗氧量通常指的是發(fā)生在底泥中生物和化學氧化過程中消耗水體溶解氧的量。底泥生物作用對底泥中溶解氧的影響主要表現(xiàn)為：底泥微生物利用氧氣進行新陳代謝，分解有機物；同時，底泥是多種底棲生物生存活動的空間，底泥中生物活動對底泥的擾動會促使底泥中物質(zhì)(如氧氣、有機物，還有一些氨氮、硝酸鹽等化學組分)與水體交換量增加，加速對水體溶解氧的消耗。底泥中生物數(shù)量、種群類型、生物活性等因素與底泥與生物作用密切相關，從而影響底泥耗氧量[2]。水體中含氮和含磷量在某種程度上也與SOD有一定相關性，但是這些相關性并未在所有研究中顯示。底泥的生物擾動現(xiàn)象在湖泊和海洋中比較常見[3]，但在河流或水渠中也可能存在。本文以尤溪河尤溪口養(yǎng)殖區(qū)為對象，初步研究該區(qū)底泥耗氧情況，為尤溪口水產(chǎn)養(yǎng)殖提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗方法

測定SOD的裝置目前尚無統(tǒng)一規(guī)格，外形為圓柱或長方形，材質(zhì)多為有機玻璃或鋼板[4]，本研究實驗裝置是由有機玻璃加工制作的圓柱狀容器，內(nèi)徑30cm，高度30cm，同時該裝置有較高的密閉性，可以防止外界氧氣自由進入實驗水體引起測定誤差。根據(jù)Tohru Seiki等人的研究，下層底泥對SOD的貢獻很小，SOD由表層僅0.5cm厚的底泥控制[5]。上覆水人工加待測底泥表層水，水質(zhì)均一。因為上覆水的溶解氧濃度以及上覆水體積和底泥面積之比（V/A）對SOD的測定有重要影響,Tohru Seiki 研究發(fā)現(xiàn)溶解氧大于 2～3mg/L時，生化SOD不受水體溶解氧濃度的影響[8]，而且V/A太小，上覆水需要不斷補充，其流動可能導致底泥泛起，但是如果V/A太大，上覆水中DO消耗緩慢，測定時間過長，耗氧曲線線性差。上覆水水深一般大于10cm。根據(jù)以上分析，本實驗底泥厚度取10cm，上覆水通過人工充氧使其接近飽和，然后采用虹吸法注入實驗裝置，深度取12cm，緩緩放入溶解氧測定儀（溶氧儀帶攪拌功能，放入前校準完畢，放置時輕拿輕放，以免擾動底泥），然后用封口膜將其口封住，以免空氣進入，啟動溶氧儀開始測定。同時用待測底泥表層水做空白實驗。整個實驗過程保持恒溫。

1.2 底泥采集

底泥采樣最重要的是要保持底泥受到的擾動最小，目前泥樣采集方法可分為柱狀采樣器采集和挖泥機采集，其中柱狀采樣器對底泥的擾動小，在目前研究中使用廣泛。柱狀采樣器的內(nèi)徑在5～15cm之間，材質(zhì)多為塑料或鋁質(zhì)，采樣器桿一般是可伸縮型，最大長度在1～7m，可以在岸邊或船上采樣，也有人工潛入水底采樣的情況。

本次研究在尤溪口選擇有代表性的樣點，避開污染源，采用UWIDEC柱狀采泥器采集底泥，采泥器外徑7cm，內(nèi)徑6cm，底泥采上船后對底泥進行密封，立即帶回實驗室進行測定，并且保證時間間隔不大于6h。

2 結(jié)果分析

底泥耗氧總量隨時間變化趨勢如圖1所示，從實驗數(shù)據(jù)得出，SOD數(shù)據(jù)的變化分三個比較明顯的階段：0～30min、30～60min、60min至實驗結(jié)束。第一階段，由于虹吸法注入上覆水可能對底泥有一定的擾動，因此溶解氧消耗比較快，SOD 數(shù)值比較大，為 1.17mg/（m2·d）；第二階段溶解氧變化較緩，SOD數(shù)值為0.61 mg/（m2·d）而且曲線相關性較好，R2=0.911；第三階段溶解氧濃度趨于穩(wěn)定，SOD數(shù)值為0.07 mg/（m2·d）。因此對于所研究區(qū)域而言，第二階段是底泥樣品最佳測試時間。

圖1 底泥耗氧量隨時間變化趨勢圖

本實驗控制溫度和水流流速不變，由于試驗底泥為淤泥狀底泥，顆粒比較細，更容易吸附水體中的有機顆粒，為底泥生物的生長創(chuàng)造了良好的環(huán)境，生物作用引起底泥耗氧量的增加，因此本實驗開始階段可能是生物氧化和化學氧化一起作用，耗氧量比較顯著，隨著化學氧化作用的減弱耗氧量趨于平緩，直至穩(wěn)定在一定水平。

3 結(jié)論

（1）通過對河流底泥耗氧研究，建立底泥耗氧隨時間變化規(guī)律曲線，底泥耗氧可以分為三個階段，第一階段耗氧較快，第二階段耗氧變緩，第三階段耗氧趨于平緩，基本保持不變。

（2）針對本次研究河段，底泥耗氧量約在 100min之內(nèi)趨于穩(wěn)定。

[1]HU W F，LO W，CHUA H，et a1.Nutrient release and sediment oxygen demand in a eutrophic land-locked embayment in HongKong[J].Environment International，2001，26(5)：369-375.

[2]鄧思思，朱志偉.河流底泥耗氧量測量方法及耗氧量影響因素[J].水利水運工程學報,2013（4）: 60-66.

[3]ZHANG L，SHEN Q S，HU H Y，et a1.Impacts of corbiculafluminea on oxygen uptake and nutrient fluxes across the sedimentwater interface[J].Water，Air&SoilPollution，2011，220(1-4)：399-411.

[4]Belanger T V ,Beutha.Oxygen demand inlakeapopkaFlorida[J].Water Res.1981，15（2）：267-274.

[5]Tohru Se1ki，HirofumIzawa，Etsuji Date et at.Sedimentoxygen demand in hiroshnnabay[J].Water Res.1994,28(2): 385-393.