疏浚对南四湖沉积物内源氮磷及重金属的控制模拟

摘要

湖泊生态系统中，沉积物是氮磷、重金属等物质重要的汇和源。沉积物内源污染负荷对湖泊水体的影响很大，尤其在外源污染逐步得到控制的情况下，沉积物内源污染释放潜能的影响将凸显。生态疏浚能够较彻底的移除沉积物污染层，在国内外已开展多年，并且规模不断扩大。然而，众多研究表明，并不是所有的疏浚工程都是有效的，湖泊不同区域应区别分析，在疏浚前进行室内控制模拟十分必要。随着周围经济的发展，南四湖富营养化及重金属污染逐渐加重，北部南阳湖区因有多条重要河流注入，污染更甚。本文以污染较重的南阳湖为研究对象，通过为期6个月的室内疏浚模拟实验，对比分析了疏浚对该湖区泗河河口与湖心区沉积物氮磷及重金属的控制效应，同时探讨了重金属形态垂向分布的影响因素及氮磷在沉积物疏浚新生界面的循环，得出以下主要结果与结论：
　　（1）河口区与湖心区沉积物多项理化指标垂向分布特征差异明显，湖心区沉积物理化指标多随深度增加逐渐减小，河口区沉积物在45 cm以上多项指标较为接近，变化较小，45cm以下陡增，较湖心区沉积序列有“倒置现象”。
　　（2）沉积物中Cu、Pb、Cd、Cr、Hg总量、金属可交换态、残渣晶格结合态同沉积物孔隙度、有机质相关系数多为正值，同粒度多为负值；有机质同有机物及硫化物结合态相关系数多为正值；碳酸盐结合态与孔隙度、有机质及粒度的关系各异，规律不明显。
　　（3）南阳湖湖心区沉积物多项理化指标在30 cm以上层基本有随深度增加而减小的趋势，且在30 cm附近出现较低值，综合各理化指标及实际经济因素，将疏浚深度确定为30 cm更为合理。
　　（4）疏浚30 cm对沉积物内源磷、氮、重金属的控制效应明显，湖心区芯样静态模拟180天后，疏浚沉积物氮磷及重金属释放速率为负，成为上覆水污染物的汇。疏浚后沉积物有机质及孔隙度下降，沉积物 NH4+-N及重金属释放潜能下降。疏浚后沉积物磷形态比重发生变化，较为活泼的LP、Fe/Al-P及 org-P明显下降，总体比未疏浚沉积物的磷形态活泼度下降，这有利于降低沉积物—水界面磷的循环速率。疏浚30 cm对湖心区沉积物的磷、氮、重金属的控制效果优于河口区。疏浚初期磷氮及重金属的释放速率高于未疏浚对照，持续数天后快速下降并低于未疏浚对照。
　　（5）通过FICK扩散定律计算的疏浚与未疏浚沉积物—水界面氮磷及重金属的扩散通量与静态培养释放速率趋势较为一致，但两者速率有一定差异。其中磷与重金属扩散通量F值普遍较静态释放速率R值小，而NH4+-N的扩散通量F值较R值大。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 研究背景与选题意义

1.2 国内外研究现状及趋势

1.3 研究内容及技术路线

2 研究区域概况、材料与方法

2.1 南四湖区概况

2.2 材料与方法

3 沉积物及孔隙水理化性质

3.1 沉积物含水率、孔隙度、有机质及粒度

3.2 沉积物氮形态垂向分布

3.3 沉积物磷形态垂向分布

3.4 沉积物重金属形态垂向分布及影响因素

3.5 沉积物孔隙水氮磷及重金属垂向分布

3.6 疏浚深度确定

4 疏浚对内源氮的控制效应及界面氮循环

4.1 疏浚对内源氮的控制效应

4.2 疏浚沉积物新生界面氮循环

5 疏浚对磷释放的控制效应及界面磷循环

5.1 疏浚对内源磷的控制效应

5.2 沉积物疏浚新生界面磷循环

6 疏浚对内源重金属的控制效应

6.1 沉积物静态培养重金属释放速率

6.2 沉积物—水界面重金属扩散通量

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢