藻苲淀沉積物營(yíng)養(yǎng)成分含量及不同模擬方案下釋放通量影響研究

王海波

（壽光市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，山東 濰坊 262700）

湖泊水體營(yíng)養(yǎng)成分碳、氮、磷均為水生浮游植物生長(zhǎng)所必需的元素，是水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵影響因子。水體沉積物是水體的內(nèi)源性污染源，除控制外源性污染外，掌握內(nèi)源性污染源的釋放規(guī)律，對(duì)有效控制水體的污染狀況有重要的作用[1]。

沉積物營(yíng)養(yǎng)成分在檢測(cè)分析時(shí)以有機(jī)質(zhì)、氨氮、總磷等指標(biāo)表示，而在釋放通量的檢測(cè)方面，目前沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)方法選用，各研究、檢測(cè)機(jī)構(gòu)均自行設(shè)計(jì)方案，方案不同，得出的結(jié)果差異明顯。本文以藻苲淀為研究對(duì)象，選用差別較大的兩種模擬方案分別進(jìn)行釋放通量實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比分析釋放規(guī)律、釋放通量與沉積物中營(yíng)養(yǎng)成分的關(guān)系，以期為水體富營(yíng)養(yǎng)化污染控制提供依據(jù)[2]。

1 研究范圍及基本情況

藻苲淀原為白洋淀內(nèi)七個(gè)大淀之一，近幾年雄安新區(qū)加大生態(tài)保護(hù)和退耕還淀的力度，淀區(qū)面積有所增加。在研究期間，淀子由許多相互聯(lián)通或不聯(lián)通的水面、水道、原有魚(yú)塘組成，被圍埝土壤分隔成很多個(gè)水體，水深約為0.9 m～7 m[3]。

本次從淀子內(nèi)眾多水體中盡量均勻分布地選取部分有代表性的區(qū)域，進(jìn)行底泥采樣，共布設(shè)22個(gè)采樣點(diǎn)。點(diǎn)位見(jiàn)圖1。

圖1 藻苲淀區(qū)域底泥采樣點(diǎn)分布圖

2 模擬實(shí)驗(yàn)方案

2.1 采樣方法

用柱狀活塞式采樣器現(xiàn)場(chǎng)采集未經(jīng)擾動(dòng)的沉積物，采集到圓狀土為止，實(shí)際采樣深度30 cm～70 cm。對(duì)采集的柱狀樣品按浮泥層、過(guò)渡層分別識(shí)別收集。1 m范圍內(nèi)多次采樣，至各層樣品量達(dá)到5 kg。

2.2 樣品處理

分別對(duì)浮泥層、過(guò)渡層沉積物進(jìn)行混勻，按四分法分樣。1份用于沉積物營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)，混勻、風(fēng)干，研磨至過(guò)0.25 mm土壤篩后使用。3份用于釋放通量模擬實(shí)驗(yàn)，樣品不晾干、不除間隙水，當(dāng)日鋪設(shè)于模擬實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)。

2.3 檢測(cè)方法的選擇

沉積物中營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)有機(jī)質(zhì)、全氮、總磷3個(gè)指標(biāo)，檢測(cè)方法選用《土壤檢測(cè)第6部分：土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定》（NY ／T1121.6-2006）《土壤質(zhì)量 全氮的測(cè)定凱氏法》（HJ717-2014）《土壤 總磷的測(cè)定 堿熔-鉬銻抗分光光度法》(HJ632-2011)。

釋放通量檢測(cè)COD、氨氮、總磷3個(gè)指標(biāo)，檢測(cè)方法選用《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鹽法》（HJ828-2017）《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》（HJ535-2009）《水質(zhì)總磷的測(cè)定 鉬酸銨分光光度法》（GB/T11893-1989）[4]。

2.4 模擬實(shí)驗(yàn)方案的選擇

從公開(kāi)的模擬實(shí)驗(yàn)案例看，各檢測(cè)機(jī)構(gòu)自行設(shè)計(jì)的方案各有不同，如用泥量100 mL到5 L不同，上覆水與泥量比由9:1到5:1，取樣間隔包括12 h、1 d等。本次方案設(shè)計(jì)力求常見(jiàn)。

（1）方案1：①在1 L量筒底部密實(shí)鋪設(shè)底泥100 mL；② 向量筒中徐徐加入上覆水至1 000 mL，不要擾動(dòng)泥；③陰涼處?kù)o置，于第1、2、5、8、13、18、23、28天的固定時(shí)間取樣。

（2）方案2：①在直徑200 mm的有機(jī)玻璃柱底部密實(shí)鋪設(shè)底泥2 L；②向裝置中加入上覆水至50 cm高，不要擾動(dòng)泥；③陰涼處?kù)o置，于第1、2、3、5、8、13、18、28天的固定時(shí)間取樣。

本次采用的上覆水各營(yíng)養(yǎng)成分的濃度分別為COD：18 mg/ L，氨氮：0.8 mg/L，總磷：0.04 mg/L。取樣時(shí)在液面下15 cm取適量上覆水，經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾測(cè)定。

3 結(jié)果與分析

3.1 沉積物營(yíng)養(yǎng)成分的含量

藻苲淀22 個(gè)采樣點(diǎn)沉積物浮泥層有機(jī)質(zhì)含量范圍為4.58～64.7 g/kg，平均值24.3 g/ kg；全氮為0.394～3.55 g/ kg，平均1.42 g/kg；總磷為0.309～1.51 mg/ kg，平均0.68 mg/ kg。過(guò)渡層有機(jī)質(zhì)含量范圍為4.19～58.1 g/k g，平均值21.3 g/ kg；全氮為0.394～3.18 g/kg，平均1.16 g/kg；總磷為0.374～1.47 mg/ kg，平均0.64 mg/kg。浮泥層3個(gè)指標(biāo)含量范圍均比過(guò)渡層略大約10%～22%。

3.2 方案1結(jié)果與分析

不同取樣時(shí)間上覆水中各指標(biāo)情況見(jiàn)表1。沉積物中各營(yíng)養(yǎng)成分不同釋放時(shí)間釋放速率見(jiàn)表2。

3.2.1 釋放通量變化規(guī)律

各營(yíng)養(yǎng)成分釋放速率隨釋放時(shí)間變化見(jiàn)圖2。

從表1看，上覆水中各指標(biāo)均呈現(xiàn)緩慢降低（COD、氨氮）或穩(wěn)定（總磷）——快速降低——緩慢降低——趨于穩(wěn)定的過(guò)程。由于同時(shí)存在水體自凈作用，至18天后大部分點(diǎn)位上覆水COD、氨氮已經(jīng)趨于未檢出。

表1 不同取樣時(shí)間上覆水中各營(yíng)養(yǎng)成分濃度變化

從表2、圖2看，COD、氨氮、總磷釋放速率變化相似，實(shí)驗(yàn)前段釋放速率變化大，呈現(xiàn)出快速下降的趨勢(shì)；第8天開(kāi)始趨于穩(wěn)定，COD、氨氮開(kāi)始表現(xiàn)為負(fù)釋放。

表2 沉積物中各營(yíng)養(yǎng)成分釋放速率變化

圖2 釋放速率變化圖

3.2.2 不同層營(yíng)養(yǎng)成分釋放通量的比較

前5天，浮泥層與過(guò)渡層營(yíng)養(yǎng)成分的釋放通量變化趨勢(shì)基本一致，浮泥層釋放速率略大于過(guò)渡層，相差約7%～45%，與沉積物營(yíng)養(yǎng)成分含量變化方向相同。

3.2.3 營(yíng)養(yǎng)成分含量與釋放速率相關(guān)性

將沉積物營(yíng)養(yǎng)成分含量與各釋放時(shí)間的釋放速率做相關(guān)性分析，在95%的顯著性情況下，相關(guān)系數(shù)在-0.24～0.12之間，沒(méi)有明顯的相關(guān)性，說(shuō)明沉積物中各營(yíng)養(yǎng)成分含量不是影響釋放速率的直接因素。

3.3 方案2結(jié)果與分析

上覆水中各營(yíng)養(yǎng)成分濃度變化見(jiàn)表3。沉積物營(yíng)養(yǎng)成分釋放速率見(jiàn)表4。

表3 上覆水中各營(yíng)養(yǎng)成分濃度變化

表4 各營(yíng)養(yǎng)成分釋放速率變化

3.3.1 釋放通量變化規(guī)律

各營(yíng)養(yǎng)成分釋放速率隨釋放時(shí)間變化見(jiàn)圖3。

從表3看，上覆水中各營(yíng)養(yǎng)成分濃度均呈現(xiàn)快速上升——快速降低——緩慢降低——趨于穩(wěn)定的過(guò)程。18天后COD、氨氮趨于未檢出。

從表4和圖3看，前2天COD、氨氮的釋放速率逐漸增大，總磷變化不明顯，隨后快速下降，13天后趨于穩(wěn)定，并出現(xiàn)負(fù)釋放。

圖3 營(yíng)養(yǎng)成分釋放速率變化圖

3.3.2 不同層營(yíng)養(yǎng)成分的釋放通量比較

浮泥層與過(guò)渡層的釋放通量變化趨勢(shì)與方案1一致，浮泥層與過(guò)渡層釋放速率相差約16%～54%。

3.3.3 營(yíng)養(yǎng)成分含量與釋放速率相關(guān)性

相關(guān)系數(shù)在-0.18～0.13之間，沒(méi)有明顯的相關(guān)性，說(shuō)明沉積物中各營(yíng)養(yǎng)成分含量不是影響釋放速率的直接因素。

3.4 方案對(duì)比

通過(guò)上述分析，兩個(gè)方案不同泥層的釋放通量變化趨勢(shì)、沉積物營(yíng)養(yǎng)成分含量與釋放速率的相關(guān)性均表現(xiàn)一致。兩個(gè)方案釋放通量隨時(shí)間的變化、上覆水濃度變化規(guī)律略有區(qū)別，方案2前2天營(yíng)養(yǎng)成分釋放速率有上升趨勢(shì)，而方案1則不明顯。以上表明，釋放通量受泥水比直接影響，泥水比越大，釋放達(dá)到平衡的時(shí)間越長(zhǎng)。

沉積物中營(yíng)養(yǎng)成分釋放的影響因素很多，溫度、泥質(zhì)、水體與沉積物污染程度、物質(zhì)存在形式、沉積物及上覆水深度等都是影響其釋放規(guī)律的重要因素。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，樣品采集期間，因藻苲淀水質(zhì)較好，沉積物中營(yíng)養(yǎng)成分在前幾天均表現(xiàn)為正釋放，對(duì)水質(zhì)的改善起到了負(fù)面作用。在無(wú)換水的理想情況下13天左右后達(dá)到穩(wěn)定。

（2）在藻苲淀沉積物營(yíng)養(yǎng)成分平均含量、營(yíng)養(yǎng)成分釋放方面，浮泥層均大于過(guò)渡層，但是沉積物營(yíng)養(yǎng)成分含量與各釋放時(shí)間段的釋放速率沒(méi)有明顯的相關(guān)性，說(shuō)明沉積物中各營(yíng)養(yǎng)成分含量不是影響釋放速率的直接因素。

從已有的研究看出，沉積物營(yíng)養(yǎng)成分釋放通量的大小和方向與上覆水與沉積物空隙水間濃度勢(shì)有關(guān)。而空隙水濃度受沉積物與空隙水的營(yíng)養(yǎng)成分交換和上覆水與沉積物空隙水間交換共同作用影響，不能單純依沉積物中成分含量來(lái)推斷釋放速率。

（3）從方案的比較看，沉積物營(yíng)養(yǎng)成分釋放通量受泥水比直接影響。

（4）沉積物中營(yíng)養(yǎng)成分釋放的影響因素很多，模擬實(shí)驗(yàn)只有與實(shí)際情況相似時(shí)才有相對(duì)的實(shí)際意義。