底泥营养盐释放及疏浚生态效应研究进展

底泥营养盐释放及疏浚生态效应研究进展1
沈乐操家顺
（河海大学环境科学与工程学院，江苏南京 210098）
E-mail：shsh_628@
摘要：本文通过对底泥与上覆水之间关系的分析，主要得出如下结论：（1）上覆水处于高溶解氧水平时，底泥会向上覆水中释放总氮、总磷会受到抑制；而底泥向上覆水体释放COD 不受水体中溶解氧水平的影响。

（2）当pH接近中性时，磷的释放会受到抑制，不管水质偏酸还是偏碱，均会有益于磷的释放。

（3）温度较高时，沉积物会释放较多的磷量。

较高的环境温度对应更高的间隙水相污染物浓度。

同时，本文还对污染底泥营养盐释放控制技术－疏浚研究成果进行分析，提出研究最佳疏浚程度的重要性。

关键词：底泥,上覆水,释放,SOD,疏浚
1.引言
底泥一般系指江河湖库的沉积物，是自然水域的重要组成部分。

氮、磷能通过颗粒物吸附、沉淀、水生生物死亡沉积等方式蓄存在底泥中；在适当条件下，氮和磷能从底泥中释放出来，为水生生物的生长提供必要的营养元素，进而加剧水体的富营养化。

内河底泥中的污染成分较复杂，主要污染物为重金属和有机污染物等。

底泥中的硫和氮含量较高，这也是内河黑臭的主要原因之一。

当内河污染较严重时，相对而言，底泥和河水之间存在着一种吸收和释放的动态平衡，污染物释放影响尚不明显，一旦河水污染物含量减少，则底泥中污染物的释放量有可能增加，造成二次污染。

因此深入了解内河底泥中各种污染物的转化降解和释放规律，对有效控制内河水体污染具有重要意义。

许多实验已经证明，水体底泥中的营养盐类、有毒化学物及毒性菌种的含量要比其在上层水体中的含量高出许多，受污染的底泥已在世界范围内对人类健康和环境构成了威胁。

美国EPA在1998年的调查报告中指出，美国已发生的2100起鱼类消费问题，经多次证实污染来自底泥；在我国，也已发现并证实了水体底泥具有生物毒性，如乐安江的沽口-香屯河段及深圳大沙河的沉积物。

此外，水体富营养化的解决关键也与底泥密切相关。

因此，污染底泥的治理已刻不容缓，势在必行。

2.底泥对上覆水的影响与影响因子
2.1 沉积物耗氧对上覆水溶解氧的影响
地表水体耗氧过程包括生化需氧（BOD）、底泥耗氧（SOD）、氨的硝化及浮游植物和1动物的呼吸等。

SOD约占河流中总耗氧量的40%～50%，因此当城市河道水质得到治理，两旁无污染源时，SOD指标仍将对河流中的DO指标有很大影响[1]。

1．本课题得到国家“863”课题—苏州城市水环境质量改善与综合示范（2003AA601070）的赞助。

作者简介：沈乐（1983-），女，江苏宿迁人，硕士研究生，从事水环境生态修复方面的研究。

EmaiL：shsh_628@。

沉积物耗氧是发生在沉积物与水层之间的复杂过程。

影响沉积物耗氧的因素很多，从物质和能量的观点看，上覆水溶解氧含量和沉积物内有机物质是沉积物耗氧过程中的物质和能量基础，因此从根本上说，这两者是决定沉积物耗氧过程的控制因素。

温度和沉积物厚度是影响沉积物耗氧的间接因素。

温度对沉积物耗氧过程的影响是通过提高微生物活性，增加反应速度和降低上覆水溶解氧含量来完成的，而沉积物厚度则是通过沉积物中有机物质总量的变化来影响沉积物耗氧过程的[1]。

2.2 污染底泥对上覆水体有机质含量的影响
底泥中的有机物在细菌作用下发生好氧和厌氧分解，前者消耗水体中的溶解氧，后者则产生有机酸、二氧化碳、甲烷、氨和硫化物等有臭味的物质[2]。

河道水质在净化后，水体中有机物不会很快上升，反而会继续有所下降，分析原因认为是由于沉积物耗氧导致水体缺氧反硝化，而此过程需要消耗碳源或有机物，进而导致水体中有机物浓度的下降。

2.3 污染底泥对上覆水体中氮化物的影响
大量研究结果表明，在好氧条件下，氮大部分是以硝态氮形式溶出，而在厌氧条件下，溶出的TN中，绝大部分为氨氮，好氧条件下比厌氧条件下溶出速度快。

2.4 底泥对上覆水体中磷的影响
当水体中磷含量比底泥中的磷含量少时，就很可能导致底泥中磷向水体中的释放。

随环境温度的升高，沉积物中的微生物活性增强，底栖生物活动也开始加强，提高了生物扰动作用和沉积物有机物的矿化速率，促使有机磷向无机态转化，将不溶性磷化物转化为可溶性磷[3]，从而促进沉积物中内源磷的释放。

此外，随微生物活动的增加，间隙水耗氧速率加快，水体中的溶解氧减少，使水体环境由氧化状态向还原状态转化，加速沉积物中铁结合态磷的释放。

3.底泥疏浚对上覆水体的影响研究进展
底泥疏浚是指通过清除底泥来削减河道底泥营养盐的现存量，希望以此来达到有效控制底泥营养盐释放与改善水环境的目得的一种水体修复技术[4]。

通过疏浚技术，可以降低底泥污染程度，从而进一步改善上覆水体的水质。

从20世纪70年代起，一些发达国家和地区就开始对受污染河湖进行环保疏浚[5]。

到90年代，Klapper等人[6-7]研究发现疏浚破坏了水生植物的生长环境，使其失去竞争优势，可能导致藻类大量增殖，并对底泥疏浚控制污染水体内源负荷提出了质疑。

研究发现环保疏浚不仅可清除湖泊重污染水域中的污染底泥，同时也应为水生生态系统的恢复创造条件。

欧美等国对疏浚区进行疏浚前除进行详细的调查分析外，还要进行一系列的室内模拟实验研究和生态风险评价，对疏浚过程采用伴随式研究[5]。

国内很早就开展了底泥疏浚对水体水质影响方面的研究。

早在50年代，杭州西湖进行了第一次工程疏浚[5]。

90年代刘元波、范成新等通过研究滇池草海疏浚，发现疏浚后内草海水体质量明显改善，内湖大部分水域水体透明度增加。

进入21世纪，疏浚研究已得到了一
定的成果[8-10]。

越来越多的研究强调不同于工程疏浚的环保疏浚的应用，洞庭湖环保疏浚后水质得到了改善。

疏浚对洞庭湖湿地的稳定，生物多样性的维持、调整土壤结构以及景观恢复和生态旅游等生态系统修复具有十分重要的作用[11]。

贺宝根（1999）[12]等认为底泥污染严重的河流，疏浚是必不可少的。

李文朝（1996）[13]对五里湖的水生植被进行重建实验时发现在富营养化水体中，开挖表层淤泥有助于创造水生植物生长的生态环境。

水体通过进行底泥疏浚，可以有效去除水体底质的有机污染物及金属污染物。

滇池草海[14]经过近一年的疏挖，使内草海水体质量有明显改善。

瑞典[15]的Trummen湖，清除表层1m厚的底泥后，水深增加1.1-1.7m，TP浓度迅速下降，这种状态维持了18年。

近年来，底泥疏浚对污染水体内源负荷控制的效果问题，相关专业人士提出质疑。

日本霞浦湖疏浚的相关实验研究[16]表明，疏浚深度为30cm时，在好氧条件下，其氮、磷释放量反而比未疏浚大。

濮培民等的研究表明在流域营养盐负荷未得到有效控制前，去除湖底的表面活动层，只能在短期内改善水质[17]。

有研究发现水体疏浚后经较长时间，水质会重新恶化[18]。

李文红等人[19]研究发现疏浚使得泥－水界面原有的稳定状态被破坏，若疏浚深度不足以疏浚掉大部分受污底泥，则疏浚对于抑制底泥向水体释放有机耗氧物质的作用是微乎其微的。

目前国内水体底泥疏浚研究发现的主要问题是：(1)水体环保疏浚方案研究不力，有些河道采用的疏浚方式无法达到生态修复的目的。

(2)不同的疏浚程度可能会导致截然相反的效果，很多研究未能定量分析疏浚工程对生态环境的影响程度。

（3）目前有不少关于生态恢复方面的研究，但是很多研究都把水生植物恢复等同于生态恢复，这种看法非常不准确。

4.结果和展望
自20世纪80年代以来，底泥氮磷释放对水环境的影响日益受到关注，至今仍然是研究热点。

疏浚对上覆水体的影响研究已获得了一定的进展。

而疏浚的环境效果结论各异。

有些专家提出的“适宜疏浚深度”的概念，笔者认为不同污染水体具有不同的生态环境，应根据实际情况进行调查研究，模拟分析该污染水体适合疏浚至何种特质的底泥，以确保在此疏浚情况下，污染水体水质改善，生态恢复健康。

确定疏浚方式和疏浚深度，对于预测疏浚工程后的环境效应十分重要，具有重要实践意义。

同时，目前有不少关于疏浚后生态恢复方面的研究，但大都是针对湖泊的污染问题，对于河流污染疏浚整治研究较少，且很多研究都把某种水生生物的生境恢复等同于生态恢复，这种看法非常不准确。

当前需要从河道不同疏浚程度对水体水质、营养盐释放、沉水植物、底栖生物及浮游植物等生长繁殖的影响角度同时开展研究，分析重污染河道不同疏浚程度的生态效应。

通过河道疏浚去除内源营养盐对控制水质恶化是否有效，对水体是否会产生潜在的生态风险，对
生态系统的重建有何影响，一直均无定论。

疏浚技术在富营养化湖泊生态修复方面的应用比较普遍，对于城市重污染河道治理方面的应用仍很少，对于重污染河道底泥疏浚的必要性和适宜的疏浚程度研究迫在眉睫。

参考文献：
[1] 张红军.多泥沙河流的沉积物耗氧研究[J].中国环境科学,1992,12（1）：24-28.
[2] 方宇翘，裘祖楠，姚振淮，等.城市河流底泥耗氧速率的测定及应用研究[J].环境化学，1989,8（2）：26-31.
[3] 尹大强，覃秋荣，阎航.环境因子对五里湖沉积物磷释放的影响[J].湖泊科学，1994,6（3）：240-244.
[4] 董晓丹，周琪，周晓东.我国河流湖泊污染的防治技术及发展趋势[J].地质与资源，2004，13（1）：26-29.
[5] 颜昌宙，范成新，杨建华,等.湖泊底泥环保疏浚技术研究展望[J].环境污染与防治，2004，26（3）：189-192.
[6] J.Eggleton，K.V.Thomas.A review of factors affecting the release and bioavailability of contaminants during sediment disturbance vents[J].Environment international，2004，30:973-980.
[7] Klapper,H.,translated by Bernard Hemmings.Control of eutrophication in inland waters[J].Ellis Horwood.1991.
[8] 李文红，陈英旭，孙建平.疏浚对影响底泥向上覆水体释放污染物的研究[J].农业环境科学学报，2003，22（4）：446-448.
[9] 朱敏，王国祥，王建等.南京玄武湖清淤前后底泥主要污染指标的变化[J].南京师范大学学报，2004，4（2）：66-69.
[10] Andrew M.Lohrer,Jennifer Jarrell Wetz.Dreding-induced nutrient release from sediments to the water column in a southeastern saltmarsh tidal creek[J].Marine Pollution Bulletin，2003,46:1156-1163.
[11] 李正最，周正达,李广源，等.洞庭湖河湖疏浚综合效益研究[J].水电能源科学，2003，21（4）：46-49.
[12] 贺宝根，周乃晟，袁宣民.底泥对河流的二次污染浅析[J].环境污染与防治.1999，21（3）：41-43.
[13] 李文朝.浅型富营养湖泊的生态恢复－五里湖水生植被重建实验[J].湖泊科学.1996，8（增刊）：1-10.
[14] 安琪，李发荣.滇池草海底泥疏挖对水体水质及底泥影响分析研究[J].云南地理环境研究.2002，14（2）：65-69.
[15] Holeren,C.,W.Jones,J. Taggart.Managing Lakes and Reservoirs.3rd edition Prep.by ke Manage.Soc.and Terrene Inst.,in coop.with U.S [M].EPA.,2001.
[16] FAN Cheng xin,etal. Preliminary study on the evaluation of sludge-dredging work in Lake Kasumigaurausing large-size core samples,Proceedings.of Ⅵ Conference on Conservation [J].&Management.ofLakes, Kasumigaura'95.1890-1893.
[17] 濮培民，王国祥，胡春华等.底泥疏浚能控制湖泊富营养化吗[J]？湖泊科学，2000，12（3）：269-279.
[18] 马蕊，林英，牛翠娟.淡水水域富营养化及其治理[J].生物学通报，2003，38（11）：5-9.
[19] 李文红，陈英旭，孙建平.疏浚对影响上覆水体自净能力的研究[J].农业环境科学学报.2003，22（3）：318-320.
Research Status and Development of Release of Nutrient from Sludge and the Ecological Effect of Dredging
SHEN Le, CAO Jia-shun
(College of Envionmental Science and Engineering, Hohai University, Nanjing 210098,China)
E-mail：shsh_628@
Abstract
In this paper, the relation of sludge and the overlying water was analyzed. The result showed that the release of TN was restrained by the high DO, while that of TP was controlled by high DO,neutral pH and lower temperature , and while that of COD was not controlled by the concentration of DO. At the same time, based on the status of dredging in controlling the release of nutrient in polluted sludge, the significance of the optimum dredging degree was put forward.
Keywords:sludge, overlying water, release, SOD, dredging。