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湖泊的富营养化是当今全世界共同面临的一个重要的水环境问题,导致湖泊水体富营养化的营养盐主要为外源与内源。底泥疏浚是控制湖泊内源污染甚至富营养化最为常用的措施之一,在我国对污染湖泊的底泥疏浚已开展多年,并且近年来有规模扩大的趋势。然而,前人的研究表明底泥疏浚对内源的控制并不都是非常有效的,底泥疏浚能否从根本上解决水体的富营养化问题国内外还存在很大的争议。另外底泥疏浚后强烈的营养盐循环是否立即得到恢复,底泥疏浚对营养盐的释放是否具有长效的控制效果,这些问题都亟待回答。
太湖是我国主要污染湖泊之一,其北部梅梁湾是太湖富营养化治理的重点区域,在相关的治理规划中已有底泥疏浚计划酝酿。本文以太湖梅梁湾为研究对象,采用沉积物-水柱模拟疏浚微环境试验,研究了梅梁湾表层底泥疏浚后新生表层生物地球化学过程,重点探讨疏浚对氮磷营养盐释放的控制效果,同时也讨论了影响沉积物中氮磷循环的因素,从内在机制方面进行了探讨,并获得了如下主要结果与结论:
(1)疏浚30cm可以有效的减少沉积物中的磷负荷,并有效的减少间隙水中溶解性活性磷浓度,在一年试验周期内疏浚与为疏浚柱沉积物—水界面的磷通量分别为-143.8~14.4与-237.3~3047.6μgm-2d-1。疏浚沉积物的磷释放通量总体上要低于未疏浚沉积物磷释放通量,从2006年3月到10月疏浚柱的磷通量显著低于未疏浚柱。在一年的试验过程中,疏浚沉积物中磷具有较小的释放潜力。疏浚30cm可以有效的控制沉积物—水界面磷释放。
(2)疏浚30cm同样可有效减少沉积物有机质含量,并能够有效的减少间隙水中NH4+浓度,在一年试验周期内疏浚与未疏浚柱沉积物—水界面NH4+-N通量分别为5.3~18.6与.9.4~67.5mgm-2d-1。疏浚柱NH4+通量总体上低于未疏浚柱NH4+通量,从2006年5月到12月间疏浚柱NH4+通量显著低于未疏浚柱NH4+通量,底泥疏浚对沉积物NH4+释放具有较好的控制作用。
(3)在一年的培养过程中,疏浚与未疏浚沉积物反硝化潜力的范围分别为6.9~31.8与21.6~102.7nmolN2gd.w.-1h-1,除2006年2月外的其他月份,疏浚沉积物的反硝化潜力显著低于未疏浚沉积物的反硝化潜力。环境因子条件试验表明:疏浚与未疏浚沉积物的反硝化潜力明显受温度的限制,硝态氮浓度是疏浚与未疏浚沉积物反硝化潜力最重要的限制因子;疏浚沉积物反硝化潜力受有机碳限制,而未疏浚沉积物反硝化却不受限制,底泥疏浚导致的疏浚沉积物反硝化潜力减弱,可以认为是沉积物脱氮的一个潜在的负效应。
(4)疏浚沉积物微生物活性显著低于未疏浚沉积物的微生物活性,疏浚对沉积物微生物活性影响较大且在一年的试验周期内难以恢复。底泥疏浚对沉积物微生物功能多样性产生影响,疏浚后初期新生表层沉积物的微生物群落多样性指数显著低于未疏浚沉积物。底泥疏浚可改变了沉积物中微生物群落组成,并会导致微生物多样性降低。底泥疏浚对微生物活性与微生物群落功能多样性产生影响,从而对沉积物中氮磷的循环产生影响。
底泥疏浚改变了沉积物物理、化学、生物性质,对氮磷的生物地球化学循环产生影响,使疏浚沉积物中氮磷循环过程变缓,从而能够较好控制沉积物氮磷的释放。本文的结果表明,在太湖流域外源得到有效控制的条件下,在梅梁湾研究区实施底泥疏浚可以认为是一个改善水质与重建研究区水生生态系统有效的措施。