（环境科学专业论文）长春南湖底泥疏淩工程效果研究.pdf

总磷平均值下降较小，仅为3 3 3 。总磷含量疏浚后变幅较大，变异系 数为9 5 ，i 站含量明显偏高导致疏浚后总磷平均值的偏高，影响了底 泥疏浚的效果。同疏浚前相比，疏浚后底泥中c d 含量降低；z n 和c u 含 量增高，原因是位于南湖大桥西南i 站的点源污染引起的。疏浚后底泥 中重金属元素积累顺序为：z n ( 1 8 1 5 ) h g ( 6 6 7 ) p b ( 5 6 4 ) c d ( 2 6 ) c u ( 2 5 4 ) n i ( 1 7 2 ) cr ( 1 0 2 ) a s ( i ) 。目前南湖底泥中重金属中cr 和 a s 为土壤环境质量i 级标准( g b l 5 6 1 8 - 1 9 9 5 ) ，c u 、c d 、n i 、p b 和h g 介于i 级和i i 级之间，z n 达不n i i i 级。在南湖底泥重金属中z n 污染最为 严重。 关键词：疏浚，水化学，水生生物，底泥，南湖 a b s t r a c t e n v i r o n m e n t a le f f e c t s o fs e d i m e n t d r e d g i n g e v e n t sh a v eb e e n u n c o m m o n l yr e p o r t e d f o rs h a l l o wl a k ei nc h i n a ap r o j e c to fb o t t o m s e d i m e n td r e d g i n gh a sb e e nc a r r i e da tt h el a k en a n h us i n c e2 0 0 0i no r d e r t oc o n t r o li t s e u t r o p h i c a t i o n + d u r i n gt h ep e r i o d f r o mm a y 幻o c t o b e r m o n t h l yi n2 0 0 2 2 0 0 3 ，t h ec h a r a c t e r i s t i co f t h ew a t e rp h y s i c a l c h e m i c a l ， t h e p l a n k t o n ，z o o b e n t h o s a n dt h e p o l l u t a n t s i ns e d i m e n th a db e e n i n v e s t i g a t e d f r o m4 s a m p l es i t e s t h eo b j e c t i v e o ft h i s p a p e rw a st o d e t e r m i n et h ee f f e c t so f h y d r a u l i cs e d i m e n td r e d 9 4 n ga tt h el a k en a n h u p r i o r t oa n da f t e rd r e d g i n g t h ee f f e c t so ns i l a g ew a t e rp ha n ds e c c h id i s kd e p t h ( s d ) w e r e n e g i i g i b l eb u td i s s o l v e do x y g e n ( d o ) a n dc h e m i c a lo x y g e nd e m a n db y k 2 c a 0 7m e t h o d ( c o d , r ) w a si n c r e a s e d w 瓤l e t o t a l n i t r o g e n ( r n ) ， a m m o n i an i t r o g e n ( n h 4 - n ) ，m t r a t e n i t r o g e n ( n 0 3 - n ) ，n i t r i t en i t r o g e n ( n 0 2 - n ) ，t o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) a n db i o l o g i c a lo x y g e nd e m a n df o rf i v e d a y s ( b o d s ) w e r ed e c r e a s e d f a c t o ra n a l y s i so fw a t e rq u a l i t yi n d i c a t e d m a tt h ef i r s tf a c t o r sw e l et pa n dc o d c nt h es e c o n dw e r et na n dn h 4 - n p r i o rt od r e d g i n g h o w e v e r , t h ef i r s tf a c t o r sw e r ep h v a l u ea n db o d 5 ，t h e s e c o n dw e r es u s p e n d e ds o l i d s ( s s ) a f i e l d r e d 西n g t h er e s u l to fp a i r e d s a m p l e tt e s tp r i o rt oa n da f t e rd r e d g i n gs h o w e dt h a tt h ew a t e r q u a l i t yh a d n o tb e e nc h a n g e d s i g n i f i c a n t l y a f t e r d r e d g i n g ，t h es p e c i e sn u m b e ro f p h y t o p l a n k t o nw a s 2 8 5a n d3 3 4 r e s p e c t i v e l y ，b e t w e e n2 0 0 2a n d2 0 0 3 t h ed o m i n a t e ds p e c i e sw a ss t a b l ei n 2 0 0 2 - 2 0 0 3 ，鼹l e p h y t o p l a n k t o ng o r g u t l l l u i t y t o o ks u c c e s s i o nf r o m c h l o r o p h y t a c y a n o p h y t a d i a t o m o f p r i o r t o d r e d g i n g t o c h l o r o p h y t a - d i a t o m c y a n o p h y t ao fp o s td r e d g i n g 。t h es p e c i e sn u m b e r so f z o o p l a n h o nw e r e13 4a n dl17r e s p e c t i v e l y , b e t w e e n2 0 0 2a n d2 0 0 3 t h e d o m i n a t e ds p e c i e sw a ss t a b l ei n2 0 0 2 2 0 0 3 n ez o o p l a n k t o nc o m m u n i t y c h a n g e d t h ez o o p l a n k t o nc o m m u n i t yw a sm a i n l yc o n s i s t e do fp r o t o z o a a n dr o t i f e r , a n dt h en u m b e ro fc l a d o c e r aa n dc o p e p o d aw e r el e s st h a n1 p e r c e n t t h ep h e n o m e n a ，w h i c h t h en u m b e ro f z o o p l a n k t o nw a su pa n dt h e b i o m a s sw a sd o w n , d e m o n s t r a t e dm i n i a t u r i z a t i o nt r e n do ft h ez o o p l a n k t o n w a so b v i o u s t h es e d i m e n td r e d g i n gh a ds i g n i f i c a n ti m p a c to nm o l l u s c a t h em a r g a l e fi n d e xo fb e n t h i ca n i m a lc o m m u n i t yd e c r e a s e df i i o m3 4 5t o 1 8 7 i n v e s t i g a t i o no f t h es e d i m e n ts h o w e dt h a tt h em e a nc o n c e n t r a t i o n so f o r g a n i cc a r b o na n dt h em e a nt o t a ln i t r o g e nd e c r e a s e d1 7p e r c e n ta n d3 6 p e r c e n tr e s p e c t i v e l y ，c o m p a r e dw i t hp r i o rt os e d i m e n td r e d g i n g b u tt h e c o n c e n t r a t i o n st o t a l p h o s p h o r u so n l y d e c r e a s e d3 3 3 p e r c e n t 田1 e d i s c r e p a n c y o ft o t a l p h o s p h o r u s b e t w e e nd i f f e r e n t s a m p l e s i t e sw a s s i g n i f i c a n t t h em e a nc o n c e n t r a t i o n so ft ps a m p l es i t e1w a ss i g n i f i c a n t h i g h e rt h a nt h a to ft h r e eo t h e r s t h ec o n c e n t r a t i o n so ft h ec di ns e d i m e n t d e c r e a s e dt h a nt h a to f p r i o rt od r e d g i n g ，1 1 i l et h ec o n c e n t r a t i o n so f z na n d c ui n c r e a s e dt h a nt h a to f p r i o rt od r e d g i n g t h ec a u s ea t t r i b u t e dt ot h e p o i n t s o u r c es i t u a t e di ns a m p l es i t ei t h eh e a v ym e t a li ns e d i m e n tc o n t a m i n a t i o n f a c t o r sw e r e v e r yh i g h f o r z n ( 1 8 15 ) ，h g ( 6 6 7 ) ，p b ( 5 6 4 ) a n d c o n s i d e r a b l ef o rc d ( 2 6 ) ，c u ( 2 5 4 ) ，n i ( 1 7 2 ) ，cr ( 1 0 2 ) ，a s ( 0 0 9 8 ) cr a n da st h e p o l l u t i o no f z nw a sm o s ts e r i o u si na 1 1e i g h th e a v ym e t a l s a n a l y z e d ，i t sc o n c e n t r a t i o nd i dn o tm e e ts o i le n v i r o n m e n t a lq u a l i t y s t a n d a r d ( g b l 5 6 18 19 9 5 ) k e y w o r d s ：s e d i m e n t - d r e d g i n g ， w a t e r q u a l i t y , p h y t o p l a n k t o n ，z o o p l a n k t o n , n a r t h u 独锅牲声瞬 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下避行的研究工作 及取得的研究成果。搬我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 辨，论文中不包含萁德久已经发表或攒写过静研究咸菜，也不包含为 获得东北师范大学或其他教育机构的举位或证书而使用过的材料。与 我一黼工作静同志对本磅究掰做戆柽簿贡蘸稳已在论文中中# 了明确辩 说明并表示谢意。 一 学位论文作者签名：至! ! ：! 塑 曰期：盘! 熊笸 学位论文版权使用授权书 本学证论文作者究全了解东魏帮魏大学鸯关保窗、使用学位论文 的规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文豹复印锌帮磁擞，允诲论文被套淹弱氆藏。本入授较畚j l 耀藏 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行梭索，可 | 噩采用影印、缀露或葜它复豢手段保存、汇编学整论文。 ( 保密的学位论文猩解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：三! ：固指导教师签名：丝f ： 鹾 簸：塑三垒w 糕：! 篁：! ：1 7 学位论文作者毕业舞去国： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 1 引言 1 引言 1 1 选题背景 湖泊底泥指能够向湖泊释放污染物的湖泊沉积物的表层。底泥是 湖泊水生生态系统的重要组成部分，是湖泊营养物质循环的中心环节， 也是水土界面物质的积极交替带，水体中许多重要的污染物可溶性、 归宿和迁移都和底泥中营养物质的循环有关。在外界水动力因素作用 下，底泥向上覆水体释放的营养物质影响着湖泊水质和富营养化状态， 因此它也是浅水湖泊生态系统的个性特征之_ ”。底泥释放的营养物对 藻类的增长有着重要的影响，尤其是浅水湖泊，底泥营养物是支持藻 类水平的主要营养源，随着夏季来临水温升高，湖泊底泥趋于厌氧， 氧化还原电位e h 急剧下降，表层底泥处于还原状态，促使储藏在底泥 中的营养物质以还原态释放出来，加入水体和营养循环。当湖泊污染 较严重时，相对而言，底泥与湖水之间存在着一种吸收和释放之间的 动态平衡，污染物释放尚不明显，当湖泊外源减少或完全被截污后， 沉积在湖底的污染物中的营养盐会逐步释放出来，由于水体和底泥之 间不停进行着物质交换，即使湖泊外源得到有效控制后，底泥中养分 的季节性再悬浮使水体的富营养化持续数十年( s a sh ，1 9 8 9 ) 。 氮磷的释放的机制不同。前者取决于氮化合物分解的程度，而后 者与其化学沉淀的形态有关。氮化合物在细菌的作用下可以相互转化， 不同形态的氮释放能力不同，溶出的溶解态无机氮在底泥表面的水层 进行扩散。由于表面水层含氧量不同，溶出的情况也不同。若厌气时， 以氨态氮溶出为主；好气时，则以硝酸盐氮溶出，其溶出速度比厌气 时为快。底泥中磷主要是无机态的下磷酸盐占大部分。一旦出现利于 钙、铝、铁等不溶性磷酸盐沉淀物溶解的条件，磷将会释放【2 】。 一般情况下释放出的营养盐首先进入底泥的间隙水中，逐步扩散 到沉积物表面，进而向湖泊底泥的上层水混合扩散，从而对湖泊水体 的富营养化发生作用。 底泥疏浚可以去除累积于水体底层的营养物质和污染物，增大水 引言 体容量，起到稀释养分的作用，但同时底泥疏浚也有负面作用如把底 栖生物、微生物一起带走，打破水体的生态平衡，水体氮、磷营养平 衡被破坏，达不到底泥疏浚的预期效果，引起新的环境问题等。底泥 疏浚是近l o 几年来新兴的控制湖泊富营养化的一种工程性措施，目前 为止系统开展湖泊底泥疏浚效果的研究尚不多见。正是这种情况下， 东北师范大学冯江教授申请吉林省环保局、长春市科学技术局“疏浚 对长春南湖水生生态系统的影响与生态恢复技术”课题( 0 2 0 6 9 5 0 4 ) ， 作为该课题的参加人对长春南湖底泥疏浚进行连续2 年的研究，论文 是基于这些研究实践来完成的。本文以长春南湖实施的底泥疏浚为研 究对象，旨在研究长春南湖底泥疏浚工程的效果。 1 2 国内外研究现状 底泥疏浚是采用水力或机械方法挖掘水下的土石方，并进行输移 处理的一种工程措施。根据疏浚目的不同，疏浚可分为工程疏浚和环 境疏浚，工程疏浚主要为某种工程的需要如疏通航道、增容等；环境 疏浚主要是为治理湖泊富营养化内源污染，其目的是通过底泥的疏挖 去除湖泊底泥所含的污染物，清除污染水体的内源，减少底泥污染物 向水体的释放，并为水生生态系统的恢复创造条件。由于环境底泥疏 浚费用较高，而且疏浚出来沉积的有毒物质处置问题使得在是否进行 底泥疏浚问题上一般地比较谨慎。在美国，底泥采取任何工程措施前， 必须提供详尽的底泥样品和分析报告、古生物学和古湖沼学的研究报 剖3 】( 李小平，2 0 0 0 ) 。国内外也均有采取底泥疏浚技术来治理湖泊富 营养化的，如美国路易斯安那卅lb a t o nr o u g e 的城市公园湖【4 、匈牙利 的b a l a t o n 湖、瑞典的f 坷a s j o n 湖、英国b a t t c r s c ap a r k 湖、日本的霞 浦湖、s u w a 湖、佐鸣湖等等。国内采取底泥疏浚的湖泊如滇池草海、 巢湖、杭州西湖、南京玄武湖、宁波月湖、云南的星云湖等。国家已 正式批准的太湖水污染防治“九五”计划及2 0 1 0 年规划中将底泥疏浚 工程作为太湖综合治理措施之一。尽管许多报道都对疏浚抱有很高的 期望( a n d e r s s o ne ta l ，1 9 7 3 ，h a n s o na n ds t e f a n ，1 9 8 4 ，m u r p h y ， 1 9 9 0 ，卢云涛1 9 9 8 ，刘丽萍1 5 1 1 9 9 9 ) ，也有个别成功的例子( m u r p h y a n dh o d g e ， 1 9 9 5 ) ，但也有很多失败的案例，如南京玄武湖、滇池、 2 杭州西湖、日本s u w a 湖掣卅( 濮培民，2 0 0 0 ) 。 目前，国外在底泥疏浚对湖泊水生生态系统影响的研究尚不多见h j ( b y ，b r e tc 1 9 9 8 ) 。国外工程疏浚主要用于河e l 、港湾等的清淤， 环境疏浚主要为了去除河流、港湾重金属及p c b s 等持久性有机污染物， 如美国e p a 在h u d s o n 河及其流域实施1 0 年之久的清除p c b s 底泥疏 浚项目 8 。因此，国外的底泥疏浚效果研究较多的是河1 3 、港湾的疏浚 对环境的影响。在环境疏浚方面，水化学很多研究集中在底泥的再悬 浮上( d ej o n g e ，1 9 9 5 ) ，f a l c a o m 等研究了葡萄牙南部沿海水域疏浚 前后底泥和上覆水的物理和化学变化【9 】，v a n d e r d o e sj 对比评价了荷兰 “绿色心脏”地区同时采取消减外源负荷污和底泥疏浚措施的g e e p l a s 湖和只采取外源截污而没有进行疏浚的n i e u w k o o p 湖，结果表明两个 湖泊水体内磷的削减效果基本相同【1 。高桥、成行【l i 】研究日本佐鸣湖 疏浚后总磷含量降低，但c o d 没有降低。在生物方面，底泥疏浚效果 的研究多见对底栖大型无脊椎动物的影响上，s r j e n k i n s 1 2 1 和j u l i e a m a g u i r e t l 3 】研究了底泥疏浚引起的对贝类( s c a l l o p ) 等底栖动物的胁 迫和影响；英格兰东南部疏浚的海岸初步研究表明疏浚停止4 年后底 栖动物仍受到干扰【1 4 】；疏浚显著影响底栖动物的多样性和密度 1 ”。 在国内，环境疏浚是近1 0 年来新兴的控制湖泊富营养化的一种工 程性措施，关于湖泊富营养化底泥疏浚工程效果的系统研究开展的很 少。范成新针对我国许多湖泊开展污染底泥疏浚的问题，以太湖为例， 率先在我国开展了湖泊底泥模拟疏浚及疏浚的预后效果研究。濮培民 等1 9 9 8 年从水质变化研究南京玄武湖疏浚效果，疏浚后底泥释放实验 结果表明，疏浚降低营养盐溶液向水体释放在疏浚后的短时段内有一 定的效果，但在数月后底泥释放量就会恢复甚至超过原来的水平，或 达到与新的水质相平衡的释放量。玄武湖疏浚后半年内透明度、c o d 和 t p 基本不变，t n 略有改掣。吴洁等从浮游植物群落结构和数量变化 研究了杭州西湖包括底泥疏浚、截污和引水冲洗的等综合生态效应， 西湖自2 0 世纪8 0 年代以来，已建成环湖截污工程、疏浚底泥及钱塘 江引水工程，但没有单独进行研究底泥疏浚的生态效应。西湖经十几 年治理后浮游植物优势种仍然为蓝藻门的富营养化指示藻种，优势种 1 引言 小型化发展加速 1 。韩伟明的试验结果表明，清淤挖泥对西湖水质改 善效果并不显著，而且叶绿素c h l a 还有上升的趋势i l “。陆子川从总氨、 总磷的变化研究了宁波城区月湖底泥疏浚效果，结果表明底泥疏浚后 水体中氮和磷( 特别是磷) 的浓度反而增加l l 。目前为止，在国内尚 未见从浮游动物和底栖动物方面开展对湖泊底泥疏浚效果研究的。 1 3 研究目的和意义 本文以长春南湖底泥疏浚工程为研究对象，在南湖底泥疏浚期间， 经过2 0 0 2 2 0 0 3 年连续2 年每年5 1 0 月) 水化学、浮游生物、底栖 生物和底泥的采样分析，从构成湖泊水生生态系统的三个方面即水化 学、水生生物和底泥来研究底泥疏浚的实际效果。通过对比分析南湖 底泥疏浚前后水化学、浮游生物和底栖生物的变化，探讨疏浚后南湖 水化因子、浮游生物、底栖生物和底泥演化趋势。 湖泊富营养化是世界上很多国家共同面临的难题，联合国环境规 划署( u n e p ) 一项调查表明全球范围3 0 一4 0 湖泊和水库遭受不同程度 富营养化的影响。在中国，湖泊富营养化控制已成为最紧迫的水环境 问题之一，湖泊富营养化已经引起国家的高度重视。按照富营养化与 污染控制理论，富营养化防治对策主要有控源对策、生态修复对策和 管理对策。控源对策包括：( 1 ) 限制或减少有害物质进入湖泊( 外源性 物质的消除) ，( 2 ) 对湖内营养物质化进行治理。在减少外源营养物质 的输入方面，已有很多措施，但在湖泊内源控制措施却很少。底泥疏 浚作为湖泊富营养化内源治理的一种措施，虽然国内外都有采取此方 法来治理湖泊富营养化，但是对于底泥疏浚能否消除水体的富营养化 ( 濮培民，2 0 0 0 ) 以及底泥对湖泊营养盐浓度的影响( s a k a m o t om ， h a y a s h ih o t s u k iae ta l ，) 至今尚有争议【6 j 。特别是在国内若干湖 泊和城市河道已经疏浚，但未见水质稳定改善，湖泊实施底泥疏浚工 程治理后达不到预期的目的，底泥疏浚效果急待需要研究。底泥疏浚 研究是目前湖沼学研究中异常活跃的领域 j ”，也是湖泊富营养化治理 研究迫切需要加强的九个方面之一【2 0 。 底泥疏浚能在多大程度上解决湖泊富营养是一个很实际问题，本 文对长春南湖底泥疏浚效果的研究具有重要的实际意义：能掌握南湖 4 1 引言 底泥疏浚的真实效果，为底泥疏浚能在多大程度上解决湖泊的富营养 化问题提供科学的证据：为其它小型城市湖泊富营养化底泥疏浚工程 治理提供有参考价值的经验。此外，国内目前未见有从浮游动物和底 栖生物方面研究底泥疏浚效果的，本项目在这方面开展的研究具有一 定的创新性。 2 研究方法 2 研究方法 2 1 研究区概况 长春南湖( 4 3 5 1 7 n ，1 2 5 。1 8 7 e ) 位于长春市区南部是一个小型 半封闭内陆人工湖泊，最大水深1 0 m ，平均水深2 3 m ，最大库容量 3 0 0 万m 3 ，湖水面积0 9 1 k i n 2 ，平均水力学时间为2 9 0 d 左右，湖水交 换速度慢，易于产生水体富营养化【2 l 】。 南湖是长春市民休息、旅游、划船、游泳等娱乐活动的重要场所， 也是市内唯一的水上风景区和天然浴场，6 0 年代以前水质良好，7 0 年 代中期后由于人为活动影响，排入湖中的生活污水逐年增加，每年湖 体受纳城市污水约为1 5 0 2 0 0 万m 3 ，最高年份可达3 0 0 万m 3 ，使南湖 水质污染严重，呈严重富营养化状态。1 9 8 0 年和1 9 8 9 年南湖局部水面 发生“水华”，南湖存在污染问题是富营养化。南湖的富营养化治理经 历了8 0 年代截污，9 0 年代生态工程治理，虽然这些措施在一定程度上 改善了南湖的水质状况，但水体富营养化没有得到根本改善。据长春 市政工程设计院勘察，白1 9 3 5 年成湖以来至1 9 9 9 年，南湖共沉积淤 泥总量1 1 6 5 万m 3 ，淤泥最大厚度2 5 m 。底泥中氮、磷等营养物质不断 向水中释放影响着南湖的富营养化状态。 为进一步治理南湖的富营养化，长春市政府决定由长春疏浚工程 公司实施对南湖的底泥疏浚工程治理。2 0 0 0 年由长春疏浚工程公司采 用静水吸泥式疏浚方法实施对南湖的底泥疏浚工程治理，底泥疏浚工 程疏浚的底泥总量为8 3 8 万i l l 3 ，占南湖淤泥总量的7 2 ，预计四年内 完成。疏浚工程在整个南湖分成a 、b 、c 三个作业区( 见图2 1 ) ，图 中深蓝色代表疏浚7 次，蓝色代表疏浚5 次，浅蓝色代表疏浚3 次， 单次疏浚厚度o 4 m 。2 0 0 0 年在a 区和b 区疏浚，疏浚量分别为1 3 3 万n 1 3 ；2 0 0 1 年在c 区疏浚，疏浚量分别为2 0 1 万m 3 ；2 0 0 2 年在a 区 疏浚，疏浚量为1 4 3 万m 3 ；2 0 0 3 年在b 区，疏浚量为1 2 6 万m 3 。 2 研究方法 圈2 - 1 南潮底泥琉浚工程总体布置圈 7 2 研究方法 2 2 样品采集 2 2 1 采样点的布设 南湖是人工湖，面积小，不到i k m 2 ，再考虑到湖盆形态、排污口 和溢流口分布，在全湖布设四个采样点，采样点分布见图2 2 。水化学、 水生生物和底泥的采样点全都一致。 o 番体所 图2 - 2 长春南湖采样点示意图 i 号采样点位于南湖大桥南侧5 0 1 0 0 m ，i i 号采样点位于干字桥西 5 0 m 的位置，i i i 号采样点位于湖心岛西南5 0 i o o m ，v i 号采样点位于 四亭桥西5 0 m 。各采样点的水域特征及疏浚情况详见表2 1 。 2 研究方法 2 2 2 采样时间 水化学、浮游生物共采样1 2 次，采样时间是2 0 0 2 年和2 0 0 3 年5 1 0 月每月中旬；底栖生物共采样6 次，采样时间是2 0 0 3 年5 1 0 月每月中 旬；底泥中总氮、总磷采样2 次，时间是2 0 0 2 年和2 0 0 3 年的1 0 月中 旬，重金属采样1 次，时间是2 0 0 3 年的1 0 月中旬。 2 3 测定项目及方法 2 3 1 水化学 水化学测定1 2 项水质指标，分别是：温度，透明度( s d ) 、p h 值、 悬浮物( s s ) 、溶解氧( d 0 ) 、五日生化需氧量( b o d 5 ) 、化学需氧量 ( c o d 。，) 、氨氮( n l - h - n ) 、亚硝酸盐氮( n 0 2 - n ) 、硝酸盐氮( n 0 3 - n ) 、 总氮( n 4 ) 、总磷( t p ) 。温度和透明度在现场测定，其它项目带回实 验室，在2 4 小时内分析。 温度用温度计：s d 用2 5 c m 塞氏盘；p h 值的测定采用玻璃电极分 析p h 计测定；悬浮物用1 0 3 1 0 5 。c 烘干的不可滤残渣法( 醋酸纤维 滤膜) ；d o 用碘量法：c o d c r 用重铬酸钾法；n h 4 - n 用纳氏试剂光度 法；n 0 2 - n 用n 一( 1 - 萘基) 乙二胺光度法；n 0 3 n 用酚二磺酸光度法； t n 用过硫酸钾氧化，紫外分光光度法；t p 用钼锑抗分光光度法 2 2 - 2 3 】。 2 3 2 水生生物 浮游植物定性样品的是用2 5 号浮游生物网，在水面下0 5 m 处以 每秒2 0 - 3 0 e m 的速度作o 。形循回缓慢拖动3 分钟，用l u g o l 氏液固定， 在显微镜下分类、鉴定。浮游植物定量样品与原生动物、轮虫的定量 9 2 研究方法 样品采集处理相同，在显微镜下计数，推算各种类的数量( i n d l ) 。 浮游动物定性样品用1 3 号浮游生物网，在水面下一形捞取5 分钟， 用b o u i n 氏液固定。原生动物、轮虫定量用1 0 0 0 m l 颠倒式采水器在水 面下o 5 m 处取水样，用l u g o l 氏液固定，甲壳类定量用5 0 0 0 m l 颠倒式 采水器在水面下0 5 m 处取水样，用2 5 号网过滤，加4 福尔马林固定。 水样分别沉淀至3 0 m l ，以o 1 m l 、l m l 、5 m l 计数框镜检计数，推算1 0 0 0 m l 水中浮游动物的个体数量( i n d ) 和生物量( g l ) 2 4 - 2 5 】。 底栖动物的采样方法有二种：一是小型底栖动物( 摇蚊幼虫、寡毛 类) 使用p e t e r s o n 采 泥器( 1 6 0 m 2 ) ，在每个样站连续采集2 次，混合为代 表样品：二是大型底栖动物( 蚌、螺) 用三角拖网每次拖1 0 m ，采样后 即用湖水冲洗好样品，然后将把采集的样品装入塑料袋带回实验室用 4 0 目分样筛筛洗，挑出肉眼可见的生物，软体动物用7 5 的酒精固定 保存，水生昆虫先用5 的酒精固定，然后移入5 酒精中保存；水生 寡毛类先用4 甲醛溶液固定，再移入7 5 酒精中保存。 底栖动物种类鉴定主要文献【2 印的方法，然后分门类计数、称重， 换算成个体数量( i n d m 2 ) 和生物量( g m 2 ) 。 2 3 4 底泥 用彼得生采泥器采表层泥样。岸边设对照点一个。每个采样点采 样二次混合成一个样品，经室内阴凉处自然风干，除去残存的动植物 体及石块等杂物，用木棒碾碎后，过1 8 目尼龙筛，用四分法弃取，最 后留出足够分析用量，装瓶备用。 计算结果时，样品重量均换算成1 0 5 1 1 0 c 下烘干至恒重的底质量， 以此作为基数。 2 0 0 2 年分析项目有总氮、总磷；2 0 0 3 年分析项目有p h 值、有机 质、总氮、总磷和重金属( 包括c u 、c d 、c r 、z n 、n i 、h g 、a s ) 。 p h 值用p h - 3 b 精密p h 计( 上海雷磁仪器厂) ：底泥中有机质含量 测定采用高温外加热k 2 c r 2 0 7 氧化容量法。总氮t n 采用凯氏定氮法 啊e l d a h l ) , 总磷t p 采用硝酸高氯酸分解，钼锑抗比色法。所用方法 为文献 2 7 2 8 】推荐的标准方法。 c u 、c d 、c r 、z n 、n i 和p b 采用原子吸收分光光度法；h g 采用冷 1 0 2 研究方法 原子吸收荧光法；a s 采用冷原子荧光法。重金属的分析由东北师范大 学分析测试中心完成。 2 4 数据统计 水化因子分析数据采用采用数学平均值及标准差表示，疏浚前后 水质因子分析采用主因子分析，水质的差异性检验采用成对样本t 检 验。水生生物和底泥分析数据的平均值及误差估计采用数学平均值及 标准差表示。浮游植物数量与总氮、总磷，底泥中有机质和总氮、总 磷的相关性用用p e a r s o n 相关分析，所有统计分析例都采用s p s sf o r w i n d o w s l l o 软件完成。 3 结果与讨论 3 结果与讨论 3 1 南湖疏浚前后水化学特征 3 1 1 疏浚前后水化学变化 以1 9 9 9 年作为疏浚前本底值，表3 - 1 列出南湖疏浚后( 2 0 0 3 、2 0 0 2 、 2 0 0 1 、2 0 0 0 年) 与疏浚前( 19 9 9 年) 的水比较结果。疏浚前后各水化学变 化见图3 1 。 表3 - 1 南湖疏浚前后水化学特征 注：+ 年平均值，来自长春南湖富营养化综合治理效果监测及评价报告，松辽 水环境研究所；数据未获取 年平均值4 - 标准差，来自本项目 3 1 1 1 疏浚前后水体的某些物理和化学性质 透明度( s d )透明度是水质的特征表征指标之一，透明度与水 体悬浮物、浮游植物数量有关。根据1 9 9 9 2 0 0 3 年实测数据，南湖疏浚 前后湖水透明度变化不大，疏浚前透明度为0 6 1 m ，疏浚后透明度在 0 5 2 0 6 3 m ，在时空分布上无明显差异。 p h 值疏浚后南湖p h 值变动于8 1 0 - 8 5 2 之间，平均值为8 2 8 与疏浚前8 2 5 相比几乎没有改变，p h 值几乎为水平线，疏浚前后南湖 湖水属于弱碱性，都在地表水i i i 类水质6 9 之间( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 。 悬浮物( s s )疏浚前悬浮物为5 0 3 m g l ，疏浚后2 0 0 0 年悬浮物 数据缺测，疏浚后三年s s 变动于1 9 2 8 - 2 4 6 4 m g l 之间。 1 2 3 结果与讨论 溶解氧( d o )疏浚后溶解氧变动于7 5 4 - 1 0 8 5 m g l 之间，饱和 度分别为8 8 1 2 7 ，疏浚前溶解氧6 5 2 m g l ，饱和度为7 6 ，1 3 。 1 0 8 毛6 省 苦4 2 0 1 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 3 年 一6 詈5 ， ! ； i ： 。5 0 善4 0 善3 0 82 0 l l 1 0 星o o3 o2 5 o 0 2 吾0 。1 5 i 01 00 5 o 图3 - 1 疏浚前后s d 、p h 、d o 、b o d 5 、c o d e r 、n i - i + 4 n 、n o z - n 、n o s - n t n 和t p 的变化 3 1 1 2 疏浚前后水体的有机物污染 从湖水污染的角度而言，凡有机物耗氧量超过4m g l 的湖泊，则 表示湖水已受到有机物的污染【3 0 】。 生化需氧量( b o d s )疏浚后生化需氧量变动于5 1 4 7 1 0 m g l 之间，疏浚前生化需氧量8 3l r a g l ，疏浚后b o d 5 均比疏浚前降低， 2 0 0 0 2 0 0 3 年依次降低2 3 9 5 、3 2 0 1 、3 8 和1 4 5 6 。 化学耗氧量( c o d 。，) 疏浚前c o d c ，为3 4 4 7 m g l ，疏浚后c o d c 。 变动在3 4 4 5 4 2 0 7 m g l 之间，疏浚后除2 0 0 1 年略有降低外，疏浚后 化学耗氧量均比疏浚前有所增加，2 0 0 0 、2 0 0 2 和2 0 0 3 年分增加2 7 9 和1 4 和2 2 0 5 。 3 1 1 3 疏浚前后水体的生物营养元素 生物营养物质包括氮化合物和磷化合物等。本研究中在测定总 3 结果与讨论 氮( t n ) 的同时，还分别测定了氨氮( n h 4 - n ) 、亚硝态氮( n 0 2 - n ) 和 硝态氮( n 0 3 - n ) 。 氮化物疏浚后的氨氮变动于o 2 7 1 9 0 m g l 之间，疏浚前氨氮 的含量o 9 2 m g l 。与疏浚前的1 9 9 9 年相比，疏浚后第一年2 0 0 0 年比 疏浚前增加1 0 6 5 ，2 0 0 1 年下降显著，下降了7 0 6 5 ，2 0 0 3 年下降 了3 3 2 2 ，2 0 0 2 年只下降近1 ；南湖的亚硝态氮含量很低，疏浚后 n 0 2 - n 变动在0 0 3 9 5 8 0 1 6 m g l 之间，疏浚前为o 0 7 m g l ，疏浚后平 均为0 0 8 5 m g l ；疏浚后n 0 3 - n 变动在o 0 4 4 81 0 4 m g l 之间，疏浚 前为1 1 3 m g l ，与疏浚前的1 9 9 9 年相比，疏浚后四年依次下降7 9 6 、 7 9 6 、6 1 9 、9 6 0 3 。 南湖水体氮化物中亚硝态氮和硝态氮含量低，氨氮相对较高。疏 浚后水体营养盐中氮化物的含量并没有一直下降。疏浚后，氨氮和总 氮的变化趋势非常相近，都是在疏浚后第一年即2 0 0 0 年出现峰值，2 0 0 1 和2 0 0 2 出现最低值，2 0 0 3 年开始回升。 总磷( t p )疏浚后t p 变动在0 1 3 o 2 4 m g l 之间，疏浚前1 9 9 9 年为o 2 0 m g l ，疏浚后第一年( 即2 0 0 0 年) 高于疏浚前，t p 增加2 0 ， 但是2 0 0 1 、2 0 0 2 和2 0 0 3 年水体中t p 含量均低于疏浚前，其中2 0 0 1 和2 0 0 2 年相近，分别下降1 9 9 9 年的3 5 和3 6 ，2 0 0 3 年t p 下降了 1 4 4 。疏浚后总磷的变化在疏浚后第一年即2 0 0 0 年出现峰值，2 0 0 1 和2 0 0 2 出现最低值，2 0 0 3 年开始有上升的趋势。 3 1 2 南潮疏浚前后水质主因子分析 底泥疏浚前后测定了1 2 项水质指标( 温度、透明度s d 、p h 值、 悬浮物s s 、溶解氧d o 、五日生化需氧量b o d 5 、化学需氧量c o d 。，、 氨氮n i l 4 n 、亚硝酸盐氮n 0 2 _ n 、硝酸盐氮n 0 3 - n 、总氮t n 、总磷 t p ) ，但这些水质指标都是各自独立的，难以综合反映底泥疏浚的效果。 主成分分析方法能将原始监测数据化简而浓缩为少数几个综合因子， 揭示这些独立变量间的潜在内在联系，是分析水质的有效的方法 3 1 - 3 2 】。 采用主因子分析方法对长春南湖底泥疏浚工程实施前后水质进行统计 和分析，找出疏浚前后影响南湖水质的主要因子，掌握南湖疏浚前后 水质的动态变化【3 3 j 。 1 4 ! 丝墨兰塑堡 在湖泊污染中，因子常相当于污染物质的来源、氧化还原条件和 生物生活环境等。特征值代表各因子对诸水质总方差贡献的大小。由 表3 2 可知，疏浚前后第1 第3 主因子特征值累积贡献率分别达 9 0 7 0 9 、9 5 3 0 1 ，已远超过因子分析选取综合指标要保证信息含量 等于或大于8 5 要求。因此，前3 个特征值就己能提取原始数据变化 9 0 以上信息，可以认为这3 个因子已经较好地反映出疏浚前后南湖 水化学的变化情况。 表3 - 2 疏浚前后水质的特征值、方差贡献率及累积贡献率 疏浚前后因子载荷见表3 3 。疏浚前第主因子特征值4 6 4 ，贡献 率为4 6 3 8 ，是最突出的一个综合因子。正轴方向负荷量较大的是硝 酸氮、d o 、b o d s ，最大的是总磷；负轴方向负荷大的是氨氮、最大 的是c o d c ，。主因子1 的载荷表明疏浚前水质硝酸氮、d o 、b o d 5 、总 磷、氨氮、c o d c ，与其有密切关系，总磷可作为标识因子，这说明 南湖疏浚前总磷污染较重。南湖总磷来源于两方面：外源位于南湖 周围居民点汇水区地表径流中磷的平均入湖浓度高达0 5 1 9 m g l z l 】； 内源湖泊沉积物是湖泊营养盐重要积蓄库。据资料。南湖底泥o 0 5 m 层总含磷量为3 5 1 0 4 k g 。实验测得平均释放率为6 4 ，每年可向湖水 中释放2 2 4 k g ，仅o 0 5 m 底泥中磷的释放可使南湖维持富营养化达1 6 年之久。通过因子分析得到主因子1 在正轴方向负荷量最大的是总磷， 说明在南湖的富营养化中总磷的作用最为突出。疏浚后第一主因子特 征值5 1 2 ，贡献率为5 1 2 3 ，是最突出的一个综合因子。疏浚后j 下轴 3 结果与讨论 方向负荷大的是p h 值、b o d 5 、氨氮；负轴方向是硝酸盐氮、c o d c ， 最大的是亚硝酸氮，b o d 5 可作为标识因子。疏浚后对主因子负荷贡献 最大的不再是总磷，而是p h 值以及b o d 5 和氨氮。这可能是由于疏浚 底泥减少了底泥中磷向湖水中的释放，从而降低了水体中总磷的浓度， b o d ；较大表明疏浚后有机物成为南湖的主要污染物。 表3 - 3疏浚前后因子载荷 疏浚前疏浚后 项目主成分1主成分2主成分3主成分1主成分2 主成分3 d i - 10 6 5 00 3 6 90 0 4 2 50 9 9 50 0 8 2 9- 0 0 1 9 4 n i - 1 4 - n- 0 1 4 00 9 8 5- 0 0 8 7 2 0 9 2 80 ，1 9 70 0 4 4 6 n 0 2 - n 0 1 4 00 2 6 40 9 3 20 6 2 70 3 0 90 5 9 1 n 0 3 - n 0 8 9 70 3 7 40 1 8 00 4 6 60