藻苲淀沉积物营养成分含量及不同模拟方案下释放通量影响研究

王海波

（寿光市环境监测站，山东 潍坊 262700）

湖泊水体营养成分碳、氮、磷均为水生浮游植物生长所必需的元素，是水体富营养化的关键影响因子。水体沉积物是水体的内源性污染源，除控制外源性污染外，掌握内源性污染源的释放规律，对有效控制水体的污染状况有重要的作用[1]。

沉积物营养成分在检测分析时以有机质、氨氮、总磷等指标表示，而在释放通量的检测方面，目前没有标准方法选用，各研究、检测机构均自行设计方案，方案不同，得出的结果差异明显。本文以藻苲淀为研究对象，选用差别较大的两种模拟方案分别进行释放通量实验，通过对比分析释放规律、释放通量与沉积物中营养成分的关系，以期为水体富营养化污染控制提供依据[2]。

1 研究范围及基本情况

藻苲淀原为白洋淀内七个大淀之一，近几年雄安新区加大生态保护和退耕还淀的力度，淀区面积有所增加。在研究期间，淀子由许多相互联通或不联通的水面、水道、原有鱼塘组成，被围埝土壤分隔成很多个水体，水深约为0.9 m～7 m[3]。

本次从淀子内众多水体中尽量均匀分布地选取部分有代表性的区域，进行底泥采样，共布设22个采样点。点位见图1。

图1 藻苲淀区域底泥采样点分布图

2 模拟实验方案

2.1 采样方法

用柱状活塞式采样器现场采集未经扰动的沉积物，采集到圆状土为止，实际采样深度30 cm～70 cm。对采集的柱状样品按浮泥层、过渡层分别识别收集。1 m范围内多次采样，至各层样品量达到5 kg。

2.2 样品处理

分别对浮泥层、过渡层沉积物进行混匀，按四分法分样。1份用于沉积物营养成分检测，混匀、风干，研磨至过0.25 mm土壤筛后使用。3份用于释放通量模拟实验，样品不晾干、不除间隙水，当日铺设于模拟实验装置内。

2.3 检测方法的选择

沉积物中营养成分检测有机质、全氮、总磷3个指标，检测方法选用《土壤检测第6部分：土壤有机质的测定》（NY ／T1121.6-2006）《土壤质量 全氮的测定凯氏法》（HJ717-2014）《土壤 总磷的测定 碱熔-钼锑抗分光光度法》(HJ632-2011)。

释放通量检测COD、氨氮、总磷3个指标，检测方法选用《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》（HJ828-2017）《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》（HJ535-2009）《水质总磷的测定 钼酸铵分光光度法》（GB/T11893-1989）[4]。

2.4 模拟实验方案的选择

从公开的模拟实验案例看，各检测机构自行设计的方案各有不同，如用泥量100 mL到5 L不同，上覆水与泥量比由9:1到5:1，取样间隔包括12 h、1 d等。本次方案设计力求常见。

（1）方案1：①在1 L量筒底部密实铺设底泥100 mL；② 向量筒中徐徐加入上覆水至1 000 mL，不要扰动泥；③阴凉处静置，于第1、2、5、8、13、18、23、28天的固定时间取样。

（2）方案2：①在直径200 mm的有机玻璃柱底部密实铺设底泥2 L；②向装置中加入上覆水至50 cm高，不要扰动泥；③阴凉处静置，于第1、2、3、5、8、13、18、28天的固定时间取样。

本次采用的上覆水各营养成分的浓度分别为COD：18 mg/ L，氨氮：0.8 mg/L，总磷：0.04 mg/L。取样时在液面下15 cm取适量上覆水，经0.45 μm滤膜过滤测定。

3 结果与分析

3.1 沉积物营养成分的含量

藻苲淀22 个采样点沉积物浮泥层有机质含量范围为4.58～64.7 g/kg，平均值24.3 g/ kg；全氮为0.394～3.55 g/ kg，平均1.42 g/kg；总磷为0.309～1.51 mg/ kg，平均0.68 mg/ kg。过渡层有机质含量范围为4.19～58.1 g/k g，平均值21.3 g/ kg；全氮为0.394～3.18 g/kg，平均1.16 g/kg；总磷为0.374～1.47 mg/ kg，平均0.64 mg/kg。浮泥层3个指标含量范围均比过渡层略大约10%～22%。

3.2 方案1结果与分析

不同取样时间上覆水中各指标情况见表1。沉积物中各营养成分不同释放时间释放速率见表2。

3.2.1 释放通量变化规律

各营养成分释放速率随释放时间变化见图2。

从表1看，上覆水中各指标均呈现缓慢降低（COD、氨氮）或稳定（总磷）——快速降低——缓慢降低——趋于稳定的过程。由于同时存在水体自净作用，至18天后大部分点位上覆水COD、氨氮已经趋于未检出。

表1 不同取样时间上覆水中各营养成分浓度变化

从表2、图2看，COD、氨氮、总磷释放速率变化相似，实验前段释放速率变化大，呈现出快速下降的趋势；第8天开始趋于稳定，COD、氨氮开始表现为负释放。

表2 沉积物中各营养成分释放速率变化

图2 释放速率变化图

3.2.2 不同层营养成分释放通量的比较

前5天，浮泥层与过渡层营养成分的释放通量变化趋势基本一致，浮泥层释放速率略大于过渡层，相差约7%～45%，与沉积物营养成分含量变化方向相同。

3.2.3 营养成分含量与释放速率相关性

将沉积物营养成分含量与各释放时间的释放速率做相关性分析，在95%的显著性情况下，相关系数在-0.24～0.12之间，没有明显的相关性，说明沉积物中各营养成分含量不是影响释放速率的直接因素。

3.3 方案2结果与分析

上覆水中各营养成分浓度变化见表3。沉积物营养成分释放速率见表4。

表3 上覆水中各营养成分浓度变化

表4 各营养成分释放速率变化

3.3.1 释放通量变化规律

各营养成分释放速率随释放时间变化见图3。

从表3看，上覆水中各营养成分浓度均呈现快速上升——快速降低——缓慢降低——趋于稳定的过程。18天后COD、氨氮趋于未检出。

从表4和图3看，前2天COD、氨氮的释放速率逐渐增大，总磷变化不明显，随后快速下降，13天后趋于稳定，并出现负释放。

图3 营养成分释放速率变化图

3.3.2 不同层营养成分的释放通量比较

浮泥层与过渡层的释放通量变化趋势与方案1一致，浮泥层与过渡层释放速率相差约16%～54%。

3.3.3 营养成分含量与释放速率相关性

相关系数在-0.18～0.13之间，没有明显的相关性，说明沉积物中各营养成分含量不是影响释放速率的直接因素。

3.4 方案对比

通过上述分析，两个方案不同泥层的释放通量变化趋势、沉积物营养成分含量与释放速率的相关性均表现一致。两个方案释放通量随时间的变化、上覆水浓度变化规律略有区别，方案2前2天营养成分释放速率有上升趋势，而方案1则不明显。以上表明，释放通量受泥水比直接影响，泥水比越大，释放达到平衡的时间越长。

沉积物中营养成分释放的影响因素很多，温度、泥质、水体与沉积物污染程度、物质存在形式、沉积物及上覆水深度等都是影响其释放规律的重要因素。

4 结语

（1）通过模拟实验，样品采集期间，因藻苲淀水质较好，沉积物中营养成分在前几天均表现为正释放，对水质的改善起到了负面作用。在无换水的理想情况下13天左右后达到稳定。

（2）在藻苲淀沉积物营养成分平均含量、营养成分释放方面，浮泥层均大于过渡层，但是沉积物营养成分含量与各释放时间段的释放速率没有明显的相关性，说明沉积物中各营养成分含量不是影响释放速率的直接因素。

从已有的研究看出，沉积物营养成分释放通量的大小和方向与上覆水与沉积物空隙水间浓度势有关。而空隙水浓度受沉积物与空隙水的营养成分交换和上覆水与沉积物空隙水间交换共同作用影响，不能单纯依沉积物中成分含量来推断释放速率。

（3）从方案的比较看，沉积物营养成分释放通量受泥水比直接影响。

（4）沉积物中营养成分释放的影响因素很多，模拟实验只有与实际情况相似时才有相对的实际意义。