湖泊表层沉积物翻耕对内源控制及底栖生物影响研究

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对污染沉积物的去除和改善均可达到减少新生表层沉积物污染负荷的目标,减少沉积物对上覆水的污染。翻耕(Plow-tillage)正是一种通过改善污染沉积物以减轻新生表层沉积物内源释放的修复措施,其通过物理手段对表层沉积物进行原位翻转,将富含营养盐等污染物的表层沉积物翻转至一定深度,成为新生的下部沉积物。同时,污染程度较低、质量相对较好的原下部沉积物则通过翻耕操作被翻转至表层,形成新的表层沉积物,以此达到改善水质目的。  本文通过室内模拟实验,研究了翻耕对太湖竺山湾表层沉积物理化性质和内源释放变化的影响,以及翻耕前后沉积物-水界面特征的物理变化。此外,对研究区域内具有代表性的大型底栖动物在翻耕后垂向迁移能力和死亡率进行了研究,并通过室内湖泛模拟实验对翻耕控制内源污染的效果进行了检验,主要结论如下:  1.翻耕可以很好地改善表层沉积物环境质量。翻耕处理后,新生表层沉积物为原先沉积物样品翻耕深度处的沉积物,而原先的表层沉积物则被埋藏在翻耕深度处。在翻耕180d后,处理组沉积物新生表层的烧失量(LOI)、总磷(TP)、总氮(TN)含量仍显著小于对照组。在整个实验周期内,各处理组沉积物中LOI、TP、TN含量的最大值均出现在相应翻耕深度处。  2.翻耕对沉积物新生表层的溶氧条件有一定的改善作用。随着培养时间的增加,处理组新生表层氧气渗透深度逐渐加深,表层沉积物的氧气消耗速率和界面处氧通量则逐渐减低,在实验后期以上指标均优于对照组。  在翻耕初期,处理组Eh和pH的剖面在进入沉积物-水界面后下降较快,数值达到稳定时的深度也小于对照组。在试验后期,处理组与对照组Eh和pH的剖面曲线形状接近。  3.翻耕处理对沉积物内源营养盐释放通量有明显的控制作用。在营养盐表观通量方面,处理组均小于对照组,其中翻耕20cm组的通量要小于翻耕10cm的通量。翻耕60d和180d后处理组营养盐的扩散通量均小于对照组,两个翻耕深度(10cm和20cm)的营养盐通量之间没有显著差异。实验周期内,在沉积物间隙水的营养盐分布剖面上,处理组间隙水中营养盐浓度最大值均出现在翻耕深度处。  4.受试底栖动物在翻耕深度为10cm时可以良好适应相应覆土压力。翻耕10cm后,铜锈环棱螺、河蚬和霍普水丝蚓均可通过垂向迁移到沉积物新生表层以适应翻耕,存活率为80.95-100%。翻耕20cm后,仅有个别铜锈环棱螺和河蚬可以迁移到沉积物表层,而85.83%的霍普水丝蚓可以顺利迁移到表层。铜锈环棱螺和河蚬可以承受5.12KPa的覆土压力,而霍普水丝蚓可以承受11.27KPa的覆土压力。铜锈环棱螺和河蚬在沉积物中的迁移和死亡对间隙水中营养盐的分布剖面影响较大,而投放霍普水丝蚓的翻耕处理组受到的影响较小,其间隙水中营养盐浓度接近未投加底栖动物的实验组。  5.合理的翻耕时间可有效预控藻源性湖泛的发生。对照组与翻耕1d的处理组上覆水均在色度和嗅觉上出现湖泛的特征,翻耕180d和翻耕540d的处理组在实验周期内没有发生色度和嗅觉上的变化。发生湖泛的沉积物柱样上覆水中营养盐浓度和挥发性硫化物含量均高于未发生湖泛的沉积物柱样。
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