闽江养殖区底泥耗氧量研究

福建省环境监测中心站 郭 伟

随着社会发展和生活水平的提高，人们对河流的生态环境给予越来越多的重视。水体中溶解氧含量是影响水环境的重要因素，是作为评价水质的重要指标，对水体中生物的生长繁殖产生极大作用。但是受到严重污染的河流，很多污染物积累在底部，大量消耗氧气，底泥耗氧量(sediment oxygen demand，简称SOD)占了河流总耗氧的大部分，在特定的水体中，该比例可高达50%[1]。

底泥耗氧量通常指的是发生在底泥中生物和化学氧化过程中消耗水体溶解氧的量。底泥生物作用对底泥中溶解氧的影响主要表现为：底泥微生物利用氧气进行新陈代谢，分解有机物；同时，底泥是多种底栖生物生存活动的空间，底泥中生物活动对底泥的扰动会促使底泥中物质(如氧气、有机物，还有一些氨氮、硝酸盐等化学组分)与水体交换量增加，加速对水体溶解氧的消耗。底泥中生物数量、种群类型、生物活性等因素与底泥与生物作用密切相关，从而影响底泥耗氧量[2]。水体中含氮和含磷量在某种程度上也与SOD有一定相关性，但是这些相关性并未在所有研究中显示。底泥的生物扰动现象在湖泊和海洋中比较常见[3]，但在河流或水渠中也可能存在。本文以尤溪河尤溪口养殖区为对象，初步研究该区底泥耗氧情况，为尤溪口水产养殖提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验方法

测定SOD的装置目前尚无统一规格，外形为圆柱或长方形，材质多为有机玻璃或钢板[4]，本研究实验装置是由有机玻璃加工制作的圆柱状容器，内径30cm，高度30cm，同时该装置有较高的密闭性，可以防止外界氧气自由进入实验水体引起测定误差。根据Tohru Seiki等人的研究，下层底泥对SOD的贡献很小，SOD由表层仅0.5cm厚的底泥控制[5]。上覆水人工加待测底泥表层水，水质均一。因为上覆水的溶解氧浓度以及上覆水体积和底泥面积之比（V/A）对SOD的测定有重要影响,Tohru Seiki 研究发现溶解氧大于 2～3mg/L时，生化SOD不受水体溶解氧浓度的影响[8]，而且V/A太小，上覆水需要不断补充，其流动可能导致底泥泛起，但是如果V/A太大，上覆水中DO消耗缓慢，测定时间过长，耗氧曲线线性差。上覆水水深一般大于10cm。根据以上分析，本实验底泥厚度取10cm，上覆水通过人工充氧使其接近饱和，然后采用虹吸法注入实验装置，深度取12cm，缓缓放入溶解氧测定仪（溶氧仪带搅拌功能，放入前校准完毕，放置时轻拿轻放，以免扰动底泥），然后用封口膜将其口封住，以免空气进入，启动溶氧仪开始测定。同时用待测底泥表层水做空白实验。整个实验过程保持恒温。

1.2 底泥采集

底泥采样最重要的是要保持底泥受到的扰动最小，目前泥样采集方法可分为柱状采样器采集和挖泥机采集，其中柱状采样器对底泥的扰动小，在目前研究中使用广泛。柱状采样器的内径在5～15cm之间，材质多为塑料或铝质，采样器杆一般是可伸缩型，最大长度在1～7m，可以在岸边或船上采样，也有人工潜入水底采样的情况。

本次研究在尤溪口选择有代表性的样点，避开污染源，采用UWIDEC柱状采泥器采集底泥，采泥器外径7cm，内径6cm，底泥采上船后对底泥进行密封，立即带回实验室进行测定，并且保证时间间隔不大于6h。

2 结果分析

底泥耗氧总量随时间变化趋势如图1所示，从实验数据得出，SOD数据的变化分三个比较明显的阶段：0～30min、30～60min、60min至实验结束。第一阶段，由于虹吸法注入上覆水可能对底泥有一定的扰动，因此溶解氧消耗比较快，SOD 数值比较大，为 1.17mg/（m2·d）；第二阶段溶解氧变化较缓，SOD数值为0.61 mg/（m2·d）而且曲线相关性较好，R2=0.911；第三阶段溶解氧浓度趋于稳定，SOD数值为0.07 mg/（m2·d）。因此对于所研究区域而言，第二阶段是底泥样品最佳测试时间。

图1 底泥耗氧量随时间变化趋势图

本实验控制温度和水流流速不变，由于试验底泥为淤泥状底泥，颗粒比较细，更容易吸附水体中的有机颗粒，为底泥生物的生长创造了良好的环境，生物作用引起底泥耗氧量的增加，因此本实验开始阶段可能是生物氧化和化学氧化一起作用，耗氧量比较显著，随着化学氧化作用的减弱耗氧量趋于平缓，直至稳定在一定水平。

3 结论

（1）通过对河流底泥耗氧研究，建立底泥耗氧随时间变化规律曲线，底泥耗氧可以分为三个阶段，第一阶段耗氧较快，第二阶段耗氧变缓，第三阶段耗氧趋于平缓，基本保持不变。

（2）针对本次研究河段，底泥耗氧量约在 100min之内趋于稳定。

[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]邓思思，朱志伟.河流底泥耗氧量测量方法及耗氧量影响因素[J].水利水运工程学报,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.