【摘要】： 湖泊富營養(yǎng)化是水體衰老的表現(xiàn)。湖泊富營養(yǎng)化引起的水質污染和湖泊水生態(tài)系統(tǒng)失衡已成為制約社會和國民經濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。湖泊富營養(yǎng)化控制方法的研究是目前國內外環(huán)境科學和生態(tài)學領域的研究熱點。底泥疏浚作為湖泊富營養(yǎng)化內源污染治理的一種工程性措施其治理效果的有效性一直倍受爭議,湖泊底泥疏浚工程的生態(tài)效應既是湖泊富營養(yǎng)化控制研究中需要回答的科學問題,也是富營養(yǎng)化湖泊污染控制在技術選擇時面臨的實際問題。 論文以小型淺水富營養(yǎng)化湖泊-長春南湖為例,從構成湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的水質、底泥和生物三個方面對長春南湖底泥疏浚工程實施的生態(tài)效應進行了連續(xù)5年的監(jiān)測。通過水化學、底泥和浮游生物的采樣分析,比較了底泥疏浚前后南湖水體理化因子、底泥營養(yǎng)鹽和重金屬含量及浮游生物的種類組成、密度、生物量和多樣性指數的變化,揭示了南湖底泥疏浚和引水后水質、底泥營養(yǎng)鹽、重金屬變化規(guī)律,分析了底泥疏浚和引水工程實施后浮游藻類和浮游動物的演化趨勢,探討了底泥疏浚過程中營養(yǎng)鹽含量增高的原因,為科學評價底泥疏浚和引水工程控制富營養(yǎng)化湖泊的生態(tài)效應提供了實證。 在水質理化分析中測定了9項水質理化指標:pH值、透明度、溶解氧、懸浮物、BOD5、COD_(cr)、氨氮、總氮、總磷。研究結果表明: 1.底泥疏浚后水質如透明度增加36%、pH值增大,溶解氧升高,懸浮物未增加;引水稀釋提高了水體透明度,但對pH值、溶解氧和懸浮物變化影響不明顯。 2.底泥疏浚對水質BOD5和COD_(cr)的改善作用不大,但是引水稀釋有效了降低了COD_(cr)的含量。 3.底泥疏浚后短期內引起氨氮、總氮和總磷的營養(yǎng)鹽濃度的升高,但是在疏浚結束時它們分別比疏浚前下降了74%,44%和47%。從長期效應來看,底泥疏 浚有利于降低水體營養(yǎng)鹽的含量。引水稀釋降低了湖水營養(yǎng)鹽的含量。測定了底泥中pH值、總氮、總磷、有機質和8種重金屬(Zn,Pb, Cd,Cu,Cr,Ni,Hg和As)含量。運用生態(tài)風險評指數方法評價了南湖底泥疏浚前后重金屬的生態(tài)風險。研究結果表明: 1.底泥中總氮、總磷對疏浚工程的響應不同。與疏浚開始時相比,總磷含量在疏浚后下降了42%,出乎預料的是總氮沒有降低反而升高了49%。底泥總氮增加的最大可能性是疏浚過程中間隙水中氨氮的釋放造成的。 2.底泥疏浚對重金屬去除是有效的。疏浚結束后,重金屬Hg,Zn,As,Pb, Cd,Cu,Cr和Ni的去除率分別為97.0%,93.1%,82.6%,63.9%,52.7%,50.1%,32.0%和23.6%。 3.底泥重金屬生態(tài)風險評價表明,疏浚開始時,Zn和Hg為高污染因子;Pb, Cu, Cd, Cr, Ni和As為中污染因子。疏浚之后,配對t檢驗結果表明污染因子Zn,Cr和Hg的值極顯著下降(p0.01),而污染因子Ni,As,Pb,Cd and Cu值下降不顯著(p 0.05)。疏浚后重金屬綜合污染指數值Cd顯著下降(p 0.05),平均下降93.7%。 從生物角度看,南湖底泥疏浚和引水工程對浮游生物的生態(tài)學效應如下: 1.底泥疏浚后浮游藻類種類數均比疏浚前增加,浮游藻類種類最多增加了2倍;疏浚使南湖浮游藻類群落組成發(fā)生演替,由底泥疏浚前的綠藻-藍藻型轉變?yōu)榫G藻-硅藻型。 2.引水后南湖浮游植物種群結構多樣性增加,引水后浮游藻類種類數量增加了1.5倍以上。引水后南湖浮游藻類中出現(xiàn)金藻門,錐囊藻Dinobryon、魚鱗藻Mallomonas種類的出現(xiàn)為底泥疏浚和引水工程實施后南湖水質的改善提供了直接的證據。 3.南湖疏浚和引水工程實施前后葉綠素a含量均呈顯著下降趨勢(p0.05)。與疏浚前相比,疏浚期間葉綠素a最多下降了36%,引水后葉綠素a最多下降了68%。2006年,葉綠素a的含量達到歷年最低值,為44.86ug/L。葉綠素a對疏浚和引水工程的響應與營養(yǎng)鹽總氮和總磷在疏浚和引水后的變化是一致的。 4.南湖疏浚后浮游動物以仍以原生動物和輪蟲為主,大型浮游動物枝角類和橈足類數量較少。引水后,大型浮游動物枝角類和橈足類占浮游動物的比例上升,表明是引水使浮游動物大型化的趨勢。引水后輪蟲的優(yōu)勢種為刺蓋異尾輪蟲Trichocerca cylindrica(寡污型),為水質的改善提供了證據。 5.疏浚和引水實施后浮游動物數量值下降,疏浚結束時浮游動數量比疏浚前下降16%,引水后浮游動物數量下降45%。引水后Margalef多樣性指數升高,由疏浚時的1.96上升至5.99。 連續(xù)5年的長春南湖實底泥疏浚和引水稀釋水質、底泥和浮游生物監(jiān)測研究結果表明,盡管底泥疏浚過程中有營養(yǎng)鹽釋放等負面效應存在,總體來說,靜水吸泥式底泥疏浚技術在小型城市富營養(yǎng)化湖泊的控制上是有效的和可行的。對特定的湖泊而言,是否需要對其底泥進行徹底的疏浚,或者疏浚到什么程度,還需要進行細致周密的研究論證。湖泊是極為復雜的生態(tài)系統(tǒng),由于生態(tài)系統(tǒng)反饋的時滯性,疏浚工程的生態(tài)效應的評價應依據長期、連續(xù)的監(jiān)測數據,因為疏浚工程實施后水質變化規(guī)律難以在短期內顯示出來,如果以短期的監(jiān)測數據評價底泥疏浚是否改善湖泊的水質是不可靠的。
【圖文】：

布狀況取決于各種形態(tài)磷結合態(tài)的性質、含量及有機物數量。水體中磷循環(huán)的過程如圖1-5。圖1-5 湖內磷循環(huán)Figure 1-5 Phosphorus cycling in lake磷在湖泊營養(yǎng)元素的循環(huán)中占有極為重要的地位。底泥營養(yǎng)物質釋放與水中營養(yǎng)物質循環(huán)是國際湖沼學研究中一個異常活躍的領域[51]。與氮和碳不同，磷不能通過呼吸或反硝化作用離開湖泊水體，磷沒氣體狀態(tài)。因此，由人為因素引起的外源磷負荷能引起超出自然狀況的嚴重富營養(yǎng)化[52]，并且即使在外源負荷減少的情況下，底泥釋放的磷仍能使湖泊保持高的富營養(yǎng)化狀態(tài)[53]。湖泊中磷的循環(huán)是一個復雜生物地球化學循環(huán)過程。沉積物中磷的循環(huán)在一定程度上決定著富營養(yǎng)化的進程，對水體磷含量有深刻的影響[54]。底泥－水界面營養(yǎng)物質的生物地球化學行為對湖泊尤其是淺水湖泊的水環(huán)境質量與生態(tài)系統(tǒng)有著極為重要的影響。長期以來國內外學者對污染物的水沉積物界面過程開展了諸多的研究如采用放射性磷進行跟蹤研究、柱狀原樣室內模擬和實驗法原位圍隔模擬實驗法等。底泥磷釋放的發(fā)生至少通過2種機制實現(xiàn)：（1）顆粒狀的有機磷經細菌用作用轉化為無機磷，溶入孔隙水中；（2）通過分子擴散、風力和船只攪動、底棲動物擾動及氣體對流等物理作用形成泥水的界面交換，溶解態(tài)的磷被遷移進入水體[55]。然而直到20世紀70年代以前，，人們仍普通認為湖泊底泥是磷的一個凈匯[56]。最近人們認識到底泥磷不僅是一個匯

探討底泥疏浚和引水工程措施治理小型淺水城市富營養(yǎng)化湖泊的有2.1 材料與方法2.1.1 研究區(qū)概況長春南湖（43°51′N，125°18′E）位于長春市區(qū)，最大水深 10 m，平均大庫容量 300 萬 m3，湖水面積 0.96 km2。自然降水是南湖的主要水源間為 290 d 左右。南湖是一個小型半封閉內陸人工淺水湖泊，湖水交換停留時間長易于產生水體富營養(yǎng)化。南湖始建于 1935 年，原為一片低整修，蓄水而成。2.1.2 樣品采集2.1.2.1 采樣點的布設南湖是人工湖，面積小，不到 1 km2，考慮其湖盆形態(tài)、排污口和溢湖布設四個采樣點，采樣點分布見圖 2-1。
【學位授予單位】：東北師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：X524

【引證文獻】

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1 王瑩;王道瑋;李輝;趙世民;李兆欣;潘學軍;;內陸湖泊富營養(yǎng)化內源污染治理工程對比研究[J];地球與環(huán)境;2013年01期

2 姜霞;王雯雯;王書航;金相燦;;竺山灣重金屬污染底泥環(huán)保疏浚深度的推算[J];環(huán)境科學;2012年04期

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3 王秋娟;太湖北部三個湖區(qū)氮污染狀況及其底泥疏浚量的確定[D];東北林業(yè)大學;2012年

4 王雯雯;基于無機污染物風險分級的太湖污染底泥環(huán)保疏浚范圍的確定方法研究[D];中國環(huán)境科學研究院;2012年

5 周曉云;固定化生物催化劑用于富營養(yǎng)化水體藻類去除的研究[D];華南理工大學;2013年

本文編號：2660445