發(fā)布時(shí)間：2020-05-12 15:39

【摘要】： 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化是水體衰老的表現(xiàn)。湖泊富營(yíng)養(yǎng)化引起的水質(zhì)污染和湖泊水生態(tài)系統(tǒng)失衡已成為制約社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。湖泊富營(yíng)養(yǎng)化控制方法的研究是目前國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)和生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。底泥疏浚作為湖泊富營(yíng)養(yǎng)化內(nèi)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(zhēng)議,湖泊底泥疏浚工程的生態(tài)效應(yīng)既是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化控制研究中需要回答的科學(xué)問(wèn)題,也是富營(yíng)養(yǎng)化湖泊污染控制在技術(shù)選擇時(shí)面臨的實(shí)際問(wèn)題。 論文以小型淺水富營(yíng)養(yǎng)化湖泊-長(zhǎng)春南湖為例,從構(gòu)成湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的水質(zhì)、底泥和生物三個(gè)方面對(duì)長(zhǎng)春南湖底泥疏浚工程實(shí)施的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行了連續(xù)5年的監(jiān)測(cè)。通過(guò)水化學(xué)、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(yíng)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(shù)的變化,揭示了南湖底泥疏浚和引水后水質(zhì)、底泥營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬變化規(guī)律,分析了底泥疏浚和引水工程實(shí)施后浮游藻類和浮游動(dòng)物的演化趨勢(shì),探討了底泥疏浚過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)鹽含量增高的原因,為科學(xué)評(píng)價(jià)底泥疏浚和引水工程控制富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的生態(tài)效應(yīng)提供了實(shí)證。 在水質(zhì)理化分析中測(cè)定了9項(xiàng)水質(zhì)理化指標(biāo):pH值、透明度、溶解氧、懸浮物、BOD5、COD_(cr)、氨氮、總氮、總磷。研究結(jié)果表明: 1.底泥疏浚后水質(zhì)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(duì)pH值、溶解氧和懸浮物變化影響不明顯。 2.底泥疏浚對(duì)水質(zhì)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(nèi)引起氨氮、總氮和總磷的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的升高,但是在疏浚結(jié)束時(shí)它們分別比疏浚前下降了74%,44%和47%。從長(zhǎng)期效應(yīng)來(lái)看,底泥疏 浚有利于降低水體營(yíng)養(yǎng)鹽的含量。引水稀釋降低了湖水營(yíng)養(yǎng)鹽的含量。測(cè)定了底泥中pH值、總氮、總磷、有機(jī)質(zhì)和8種重金屬(Zn,Pb, Cd,Cu,Cr,Ni,Hg和As)含量。運(yùn)用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)指數(shù)方法評(píng)價(jià)了南湖底泥疏浚前后重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。研究結(jié)果表明: 1.底泥中總氮、總磷對(duì)疏浚工程的響應(yīng)不同。與疏浚開(kāi)始時(shí)相比,總磷含量在疏浚后下降了42%,出乎預(yù)料的是總氮沒(méi)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(guò)程中間隙水中氨氮的釋放造成的。 2.底泥疏浚對(duì)重金屬去除是有效的。疏浚結(jié)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明,疏浚開(kāi)始時(shí),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(duì)t檢驗(yàn)結(jié)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(shù)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(duì)浮游生物的生態(tài)學(xué)效應(yīng)如下: 1.底泥疏浚后浮游藻類種類數(shù)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(lán)藻型轉(zhuǎn)變?yōu)榫G藻-硅藻型。 2.引水后南湖浮游植物種群結(jié)構(gòu)多樣性增加,引水后浮游藻類種類數(shù)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(shí)施后南湖水質(zhì)的改善提供了直接的證據(jù)。 3.南湖疏浚和引水工程實(shí)施前后葉綠素a含量均呈顯著下降趨勢(shì)(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(dá)到歷年最低值,為44.86ug/L。葉綠素a對(duì)疏浚和引水工程的響應(yīng)與營(yíng)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(dòng)物以仍以原生動(dòng)物和輪蟲為主,大型浮游動(dòng)物枝角類和橈足類數(shù)量較少。引水后,大型浮游動(dòng)物枝角類和橈足類占浮游動(dòng)物的比例上升,表明是引水使浮游動(dòng)物大型化的趨勢(shì)。引水后輪蟲的優(yōu)勢(shì)種為刺蓋異尾輪蟲Trichocerca cylindrica(寡污型),為水質(zhì)的改善提供了證據(jù)。 5.疏浚和引水實(shí)施后浮游動(dòng)物數(shù)量值下降,疏浚結(jié)束時(shí)浮游動(dòng)數(shù)量比疏浚前下降16%,引水后浮游動(dòng)物數(shù)量下降45%。引水后Margalef多樣性指數(shù)升高,由疏浚時(shí)的1.96上升至5.99。 連續(xù)5年的長(zhǎng)春南湖實(shí)底泥疏浚和引水稀釋水質(zhì)、底泥和浮游生物監(jiān)測(cè)研究結(jié)果表明,盡管底泥疏浚過(guò)程中有營(yíng)養(yǎng)鹽釋放等負(fù)面效應(yīng)存在,總體來(lái)說(shuō),靜水吸泥式底泥疏浚技術(shù)在小型城市富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的控制上是有效的和可行的。對(duì)特定的湖泊而言,是否需要對(duì)其底泥進(jìn)行徹底的疏浚,或者疏浚到什么程度,還需要進(jìn)行細(xì)致周密的研究論證。湖泊是極為復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),由于生態(tài)系統(tǒng)反饋的時(shí)滯性,疏浚工程的生態(tài)效應(yīng)的評(píng)價(jià)應(yīng)依據(jù)長(zhǎng)期、連續(xù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),因?yàn)槭杩９こ虒?shí)施后水質(zhì)變化規(guī)律難以在短期內(nèi)顯示出來(lái),如果以短期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)底泥疏浚是否改善湖泊的水質(zhì)是不可靠的。
【圖文】：

布狀況取決于各種形態(tài)磷結(jié)合態(tài)的性質(zhì)、含量及有機(jī)物數(shù)量。水體中磷循環(huán)的過(guò)程如圖1-5。圖1-5 湖內(nèi)磷循環(huán)Figure 1-5 Phosphorus cycling in lake磷在湖泊營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)中占有極為重要的地位。底泥營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放與水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)是國(guó)際湖沼學(xué)研究中一個(gè)異�；钴S的領(lǐng)域[51]。與氮和碳不同，磷不能通過(guò)呼吸或反硝化作用離開(kāi)湖泊水體，磷沒(méi)氣體狀態(tài)。因此，由人為因素引起的外源磷負(fù)荷能引起超出自然狀況的嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化[52]，并且即使在外源負(fù)荷減少的情況下，底泥釋放的磷仍能使湖泊保持高的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)[53]。湖泊中磷的循環(huán)是一個(gè)復(fù)雜生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程。沉積物中磷的循環(huán)在一定程度上決定著富營(yíng)養(yǎng)化的進(jìn)程，對(duì)水體磷含量有深刻的影響[54]。底泥－水界面營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物地球化學(xué)行為對(duì)湖泊尤其是淺水湖泊的水環(huán)境質(zhì)量與生態(tài)系統(tǒng)有著極為重要的影響。長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)污染物的水沉積物界面過(guò)程開(kāi)展了諸多的研究如采用放射性磷進(jìn)行跟蹤研究、柱狀原樣室內(nèi)模擬和實(shí)驗(yàn)法原位圍隔模擬實(shí)驗(yàn)法等。底泥磷釋放的發(fā)生至少通過(guò)2種機(jī)制實(shí)現(xiàn)：（1）顆粒狀的有機(jī)磷經(jīng)細(xì)菌用作用轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷，溶入孔隙水中；（2）通過(guò)分子擴(kuò)散、風(fēng)力和船只攪動(dòng)、底棲動(dòng)物擾動(dòng)及氣體對(duì)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(jìn)入水體[55]。然而直到20世紀(jì)70年代以前，，人們?nèi)云胀ㄕJ(rèn)為湖泊底泥是磷的一個(gè)凈匯[56]。最近人們認(rèn)識(shí)到底泥磷不僅是一個(gè)匯

探討底泥疏浚和引水工程措施治理小型淺水城市富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的有2.1 材料與方法2.1.1 研究區(qū)概況長(zhǎng)春南湖（43°51′N，125°18′E）位于長(zhǎng)春市區(qū)，最大水深 10 m，平均大庫(kù)容量 300 萬(wàn) 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(gè)小型半封閉內(nèi)陸人工淺水湖泊，湖水交換停留時(shí)間長(zhǎng)易于產(chǎn)生水體富營(yíng)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(diǎn)的布設(shè)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(shè)四個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖 2-1。
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X524

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2660445