不同覆盖方式对底泥内源营养盐释放的控制效果

表 1 底泥覆盖方案 Table 1 Design of sediment cover patterns
序号 Number 1 2 3 4 5 6
处理 Treatment 底泥 2 kg+石英砂 100 g 底泥 2 kg+斜发沸石 150 g 底泥 2 kg+方解石 570 g 底泥 2 kg+包装塑料袋 底泥 2 kg+硝酸钙 16 g 底泥 2 kg（ 对照）
பைடு நூலகம்
1678
应用生态学报
23 卷
从外源进入水中的氮、磷等营养元素，有相当一 部分会沉积到底泥，浓度较高时会向水中释放，严重 时导致水体富营养化［1－3］． 在污染底泥上部覆盖一 层或多层材料使底泥与上覆水分隔，从而阻止底泥 内源营养盐的释放，是目前国内外具有广阔发展前 途的底泥覆盖技术［4－6］． 传统的覆盖材料一般采用 沙子和砾石等，国内外已经做了大量的研究，但相关 报道主要集中反映单一材料对底泥内源营养盐释放 的抑制效果［7－9］． 林建伟等［1］研究了斜发沸石控制 底泥氮磷释放的影响因素，表明斜发沸石可有效控 制氨氮的释放，并且能降低总磷的释放速率． 童昌华 等［10］采用水生植物与塑料包被（ 物理方法） 来控制 底泥中氮磷的释放，结果表明，底泥包被不是控制底 泥营养盐释放的有效方法和根本途径． 纵观国内外 文献［11－12］，迄今为止针对塑料包被、斜发沸石、石英 砂、方解石和硝酸钙等覆盖材料，同时考察各自对底 泥总磷、总氮、硝态氮和铵态氮释放的控制效果，从 而系统评判不同覆盖技术抑制能力优劣程度的报道 几乎空白． 为此，本文通过室内模拟，首次考察了 5 种覆盖层对底泥内源营养盐释放的抑制效果并进行 了排序，研究成果将为我国受污染水体的修复提供 科学依据和技术支持．
Key words： sediment covering； nitrogen； phosphorus； release control．
* 国家自然科学基金项目 （ 40901148，40871223 ） 、国 家 重 点基 础 研究发 展计划项目 （ 2011CB200904 ） 、水 体 污染 控 制与 治理科 技重大 专项 （ 2012ZX07115） 、林业公益性行业科研专项（ 201104088） 和中央高校基本科研业务费专项（ WB0911011） 资助． ＊＊通讯作者． E-mail： wzhang@ ecust． edu． cn 2011-07-28 收稿，2012-01-19 接受．
Control effect of different covering patterns on indigenous nutrient release from sediment． ZHANG Wei1，2 ，XIONG Bang1，2 ，LIN Kuang-fei1，2 ，LI Hai-fang1，2 ，GUO Mei-jin3 ，CUI Xinhong4 ，WANG Bin4 （ 1 State Environmental Protection Key Laboratory of Environmental Risk Assessment and Control on Chemical Process / Shanghai Key Laboratory of Functional Materials Chemistry， East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China； 2 School of Resources and Environmental Engineering， East China University of Science and Technology， Shanghai 200237，China； 3 School of Biotechnology，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237， China； 4 Shanghai Institute of Landscape Gardening， Shanghai 200232， China） ． -Chin． J． Appl． Ecol． ，2012，23（ 6） ： 1677－1681． Abstract： A laboratory simulation experiment was conducted to study the release of sediment phosphorous and nitrogen under the effects of coating the sediment with plastic，clinoptilolite，calcite， quartz sand，and calcium nitrate，aimed to provide scientific basis and technical support to control the sediment nutrient release under the background of water environment pollution by different concentrations of nitrogen and phosphorus． The control efficacy of test coating materials for sediment total phosphorous release was in the order of plastic ＞ calcium nitrate ＞ clinoptilolite ＞ calcite ＞ quartz sand，and that for sediment total nitrogen release was in the order of clinoptilolite ＞ plastic ＞ calcite ＞ quartz sand ＞ calcium nitrate． As for the release of sediment NO3 － -N，the control efficacy of test coating materials was calcium nitrate ＞ quartz sand ＞ clinoptilolite ＞ calcite ＞ plastic coating； whereas for the release of sediment NH4 + -N，the sequence was calcium nitrate ＞ plastic coating ＞ clinoptilolite ＞ calcite ＞ quartz sand． Water temperature had definite relativity to the sediment nutrient release． With the increase of water temperature，the concentrations of water total phosphorous and nitrogen and NO3 － -N increased，while the concentration of water NH4 + -N presented a declining trend．
室内模拟试验设计了 6 种底泥覆盖方法（ 含对 照） ，方案见表 1． 采用 20 L 塑料水 桶 （ 桶 高 约 50 cm） ，每桶盛装处理后的底泥 2 kg，厚度约 10 cm，底 泥表面积约 400 cm2 ，分别在底泥上表面均匀铺设不 同覆盖层，然 后 用 虹 吸 方 法 加 蒸 馏 水 至 统 一 刻 度 （ 20 L） ，加水过程中尽量避免干扰底泥，防止底泥 泛起．
1 材料与方法
1. 1 试验材料 利用彼得森采样器采集上海市黄浦江支流进木
港的底泥，自然风干，研磨后过 100 目筛，测定样品 理化性质，pH 7． 72、有机质 6． 39 （ g·kg－1 ） 、总磷 0． 75 （ g·kg－1 ） 、总氮 1． 21 （ g·kg－1 ） ．
石英砂和硝酸钙为分析纯，粒径为 20 ～ 40 目； 方解石购自浙江长兴南方微粉厂，粒径为 800 目； 斜 发沸石购自浙江省缙云县鸿达沸石厂，粒径为 3 ～ 5 mm，孔径为 35 ～ 40 nm，热稳定性 750 ℃ ，阳离子交 换容量为 130 ～ 180 Meq·g－1 ，Si / Al 为 4． 25 ～ 5． 25； 大型黑色塑料袋． 1. 2 试验方法
图 1 不同覆盖方式对底泥总磷释放的影响 Fig． 1 Effects of different sediment cover patterns on TP release．
Ⅰ： 石英砂 Quartz sand； Ⅱ： 斜发沸石 Clinoptilolite； Ⅲ： 方解石 Calcite； Ⅳ： 塑料包被 Plastic coating； Ⅴ： 硝酸钙 Calcium nitrate； CK： 对 照 Control． 下同 The same below．
2 结果与分析
2. 1 不同覆盖方式对底泥总磷释放的影响 从图 1 可以看出，5 种处理方法均能明显抑制
底泥总磷进入上覆水，其中塑料包被的效果最明显 且在试验期内比较稳定，总磷浓度从 0． 057 mg·L－1 （ 7 d） 降到 0． 001 mg·L－1（ 63 d） ，比对照分别减少 了 67． 3% ～ 99． 7% ． 这可能是由于该技术能隔绝底 泥与上覆水的接触，从而对底泥总磷释放起到很好 的抑制作用，其他 4 种覆盖法效果相似； 前 5 周水样 中的总磷含量均呈现下降趋势，35 d 时对照总磷浓 度为 0． 16 mg·L－1 ，而石英砂、斜发沸石、方解石、 塑料包被和硝酸钙处理总磷浓度分别为0. 016、
类型 Type 底泥覆盖 底泥覆盖 底泥覆盖 底泥包被 底泥覆盖 底泥裸露
每个处理设置 3 个重复． 每日上午 10： 00 测量 水温，每隔 1 周采样（ 虹吸法） 测定处理和对照上覆 水中总磷、总氮、硝态氮和铵态氮浓度． 参照《水和 废水监测分析方法》（ 第 4 版） ［13］，总磷采用过硫酸 钾氧化-钼锑抗分光光度法测定，总氮采用过硫酸钾 氧化-紫外分光光度法测定，硝态氮采用紫外分光光 度法测定，铵态氮采用纳氏试剂分光光度法测定．
应 用 生 态 学 报 2012 年 6 月 第 23 卷 第 6 期
Chinese Journal of Applied Ecology，Jun． 2012，23（ 6） ： 1677－1681
不同覆盖方式对底泥内源营养盐释放的控制效果*
张 卫1，2＊＊ 熊 邦1，2 林匡飞1，2 李海芳1，2 郭美锦3 崔心红4 王 斌4
（ 1 国家环境保护化工过程环境风险评价与控制重点实验室 / 上海市功能性材料化学重点实验室，上海 200237； 2 华东理工大 学资源与环境工程学院，上海 200237； 3 华东理工大学生物工程学院，上海 200237； 4 上海市园林科学研究所，上海 200232）
摘 要 通过底泥内源营养盐释放控制室内模拟试验，考察了塑料包被、斜发沸石、方解石、 石英砂和硝酸钙 5 种覆盖材料对底泥氮磷释放效率的影响，系统分析了各自优劣程度，为实 际环境中不同污染背景水体选择适宜的控制技术提供科学依据． 结果表明： 不同覆盖材料对 底泥总磷释放的控制效果依次为： 塑料包被＞硝酸钙＞斜发沸石＞方解石＞石英砂； 不同覆盖材 料对底泥总氮释放的控制效果依次为： 斜发沸石＞塑料包被＞方解石＞石英砂＞硝酸钙； 不同覆 盖材料对底泥硝态氮释放的控制效果依次为： 塑料包被＞斜发沸石＞方解石＞石英砂＞硝酸钙； 不同覆盖材料对底泥铵态氮释放的控制效果依次为： 硝酸钙＞石英砂＞斜发沸石＞方解石＞塑 料包被； 温度和底泥内源营养盐释放有对应关系，水样中总磷、总氮和硝态氮浓度会随着温度 上升而增加，而铵态氮浓度呈下降趋势． 关键词 底泥覆盖 氮 磷 释放控制 文章编号 1001－9332（ 2012） 06－1677－05 中图分类号 X524 文献标识码 A