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生态疏浚新生泥水界面氮磷迁移过程

4、生态与可持续发展 > 专题5：生态界面过程与生物有效性

底泥内源氮、磷负荷是导致并加剧水体富营养化的主要驱动因素之一。作为水体中氮、磷的主要汇集地，底泥经过长期氮、磷富集过程后，在风浪扰动、底栖扰动、氧化还原状况改变等因素作用下，通过泥水界面向上覆水体中不断释放氮、磷，成为富营养化整治过程中面临的主要难题之一。生态疏浚是当前削减底泥内源负荷的主要措施之一，然而，其整治效果一直存在着诸多争议。本研究由生态疏浚新生泥水界面着手，从泥水界面微尺度延伸至湖泊水质变化过程，将室内研究与野外原位观测相结合，在数月至十五年的不同时间尺度上，对新生泥水界面氮、磷迁移过程的变化及其对水质的影响进行了研究。结果发现，生态疏浚后新生泥水界面磷酸盐（SRP）交换通量迅速降低，而铵态氮（NH4+-N）通量则会在疏浚后4~6个月内出现显著的上升。疏浚后新暴露出的下层还原态底泥及间隙水中的高NH4+-N浓度是导致这一现象的主要原因。然而，随着疏浚后时间的推移以及外源污染沉降等因素的不断影响，新生泥水界面氮、磷的交换将发生截然不同的转变。在没有外源污染输入的情况下，疏浚后新生界面逐渐被氧化，促使泥水界面NH4+-N通量不断下降，约6个月后，泥水界面NH4+-N的释放通量会得到有效的削减，SRP通量也将持续保持在疏浚后的低水平，整个泥水界面达到一个新的平衡状态。外源污染颗粒物在新生泥水界面的沉降则将打破这一平衡。这些沉降颗粒物由于粒径较小，易吸附水体中有机质及氮、磷，且其中有效态氮、磷的组分比例显著高于附近水域内底泥中的比例。在这些颗粒物不断沉降的影响下，疏浚新生泥水界面有机质含量增加，扩散边界层氧的穿透深度降低，从而加剧泥水界面NH4+-N和SRP的释放。在颗粒物沉降量较大的河口区域，生态疏浚后一年左右SRP通量即可能回复至疏浚前的水平，NH4+-N通量回复速度虽慢于SRP通量，但也会在2~3年的时间内显著回复，沉降颗粒物对新生界面的影响甚至要大于疏浚工程残渣。在相对较为封闭、外源污染输入较少的湖泊内，生态疏浚后泥水界面NH4+-N和SRP通量则可能在更长的时间尺度上得到削减，且水体中NH4+-N浓度的削减比SRP浓度的削减可能更加显著。因此，在外源输入得到控制的情况下，通过生态疏浚削减底泥内源氮、磷负荷是有效的。而在外源污染输入突出的河口等区域，可能会面临需要反复疏浚的问题，疏浚的量及频次须在工程实施前进行相应的调研及评估。