上海世博园后滩湿地公园水体底泥特征与污染指数分析

唐士芳，龚玲玲，王江南，左书华

(1.上海世博发展(集团)有限公司，上海 200125； 2.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456)

1 概 述

上海后滩湿地公园是上海世博园的核心绿地景观之一，位于上海世博园区之西端，地处黄浦江东岸和世博大道之间，西至倪家浜，北望卢浦大桥，为狭长的滨江地带，总面积14 hm2[1]。后滩公园的设计采用立体分层的景观格局方式，依托黄浦江沿岸原生湿地，建立了滴瀑水墙、梯地禾田、湿地水系、“空中花园”和漂浮的花园以及“机器的容器”等工业遗存景观与现代休闲体验场所，创造了多种形式的近自然生态景观[1-2]。但由于后滩所在区域的特征，现有后滩湿地公园的生态系统水质净化功能退化，对标“世界一流公园”还存在一定差距。根据上海市要求，后滩公园作为世博文化公园主要部分，将定位为“自然生态、文化融合、科技创新、全民共享”的大公园。因此，研究和评价目前后滩湿地公园水体底泥污染特征，对于园区湿地景观构建与水体生态恢复、建设绿色生态、可持续发展的大都市具有重要的现实意义。

水体底泥是水域生态系统和生态环境的主要组成部分。它可以不断容纳无机颗粒沉积物和有机生物残体等物质，成为主要污染源营养物质的主要蓄积地。底泥性质不仅可反映水体污染状况，也可对水体环境和水生生态系统产生重要影响。近年来, 底泥污染对水体富营养化、水质和生态风险的影响受到工程师和研究者的普遍关注[3-7]。本文以世博园区后滩湿地公园水体底泥为研究对象，分析底泥营养物质分布特征和有机污染指数，对后滩水体底泥污染进行评价，以期为深入认识污染原因和后期生态治理提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 底泥样点布设与采集

由图1可知，在后滩公园南端景观建筑物望止桥至1#门区域，设置5个点位，用采样器采集湖床表层沉积物(底泥)。

图1 后滩公园底泥采样点分布

2.2 分析项目及方法

用底泥采样器采集表层底泥样品，密封、遮光，在实验室4℃下冷藏保存。含水率及pH值可直接现场分析。其他参数的测定，需将样品在室内晾干，初步剔除其中的粗杂质，用玻璃研钵将其小心研碎后，过筛，备用。

分析项目和分析方法为pH值(电位法)、含水率(干物质和水分的测定重量法)、全氮(凯氏法)、总磷(碱熔-钼锑抗分光光度法)和有机质(重铬酸钾容量法-外加热法)。

采用有机指数评价水体底泥肥力，反映富营养化潜力[8]。底泥有机指数为有机碳和有机氮的乘积，有机碳=有机质(%) /1.24；有机氮=总氮(%)×0.95。

如有机指数<0.03 为贫清洁(I)；0.03～0.05 为中清洁(Ⅱ) ；>0.05 为肥污染(Ⅲ)。

3 结果与分析

3.1 底泥物理性状

根据现场采集的底泥物理性状来看，其性状为深黑色淤泥，气味臭，泥质较为松软，且含有草根、树叶、螺壳等生物残体和一些破碎的生活垃圾等废弃物。

3.2 底泥理化指标

根据上述分析方法，得到各监测点的底泥理化指标，见表1。

表1 后滩公园底泥理化指标

3.2.1 pH值

图2为后滩公园各监测点底泥pH值。从结果看，各监测点底泥均呈弱碱性，pH值在8.2～8.3之间。不论是自北向南还是自南向北均没有明显的变化趋势。根据相关研究表明[9]，城市水体底泥的pH值与区域内土壤的成分和特征有关。上海市位于长江三角洲的前缘，其土壤是由长江携带的大量泥沙堆积发育形成的石灰性冲积平原土壤，其酸碱性质多为中偏碱性。这与上述检测结果一致。

图2 后滩公园水体底泥pH值

3.2.2 含水率

一般而言，含水率的高低会显著影响厌氧过程中微生物的代谢合成反应，从而对城市水体中的H2S的产生造成影响，是制定底泥处置对策的关键。由表1可以看出，后滩公园水体底泥的含水率为44.1%～48.6%，其中4#采样点底泥含水率最低，为 44.1%。

3.2.3 有机质

表1和图3给出了后滩公园各监测点底泥的有机质含量。从中可知，后滩公园水体底泥有机质含量平均为38.84 g/kg(图3)，沿程总体呈“中间高两头低”的分布。其中，3#点位最高47.6 g/kg；其次是2#点位，有机质含量为39.0 g/kg；1#、4#、5#有机质含量分别为32.1、36.8和38.7 g/kg。由此可以看出，各采样点底泥中的有机质含量普遍较低。

图3 后滩公园水体底泥有机质含量

3.2.4 氮 磷

后滩公园水体底泥中全氮和总磷含量见图4、图5。从结果看，后滩公园底泥中全氮含量均值为778 mg/kg，以3#采样点最高，为916 mg/kg；总磷含量均值为615 mg/kg，同样以3#采样点最高，为720 mg/kg；全氮和总磷的分布基本一致。

图4 后滩公园水体底泥全氮含量

图5 后滩公园水体底泥总磷含量

3.3 有机污染指数

底泥中氮磷营养盐是形成水体富营养化的主要因素，在一定程度上代表了水体或土壤中生物生产力的水平。氮磷含量是生态系统中水体氮磷沉积与释放动态平衡的结果[6]。

依据1.2节中的方法计算有机指数，来反映底泥的营养化程度。有机指数计算结果见图6。由此可见，后滩公园水体底泥有机污染指数平均为0.245，超过评价标准5 倍以上，为III级肥污染，其中以3#采样点(0.352)污染最严重。从理化指标看，3#采样点的有机质、pH值、全氮和总磷含量都非常高，说明3#采样点水域有机污染严重，蓄积了大量有机物质和营养元素，有机物分解生成大量硫化物和氨氮，造成底泥黑臭[6，10]。

图6 后滩公园水体底泥有机指数

通过对底泥营养物质理化指标的分析，说明后滩公园水体营养元素含量较大，有机污染较为严重。其主要原因在于引水支流如白莲泾等支流受上游工业污染影响较为严重，引水河流生态风险成为后滩公园水体污染的潜在因素，因此在对后滩公园水体本身采用一定治理措施外，必须对引入的水源加以防治。

4 结 论

基于上海世博园后滩公园水域湖床表层沉积物(底泥)，分析了底泥中氮磷营养盐、有机质含量、pH值和含水率等理化指标。结果表明，有机质为32.1～47.6 g/kg，全氮为648～916 mg/kg，总磷为545～720 mg/kg，底泥有机污染指数平均为0.245，超过评价标准5 倍以上，为III级肥污染，污染较严重。其主要原因在于引水支流等上游工业污染影响较为严重，建议在今后后滩公园水体保护时必须重视对引入水源的前置治理。