何　偉，陳煜權(quán)，顧春新，范成新，蔡麗婧

(1：上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434)

(2：無錫市錫山區(qū)水利局，無錫 214101)

(3：中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，南京 210008)

表層底泥翻耕對(duì)太湖藻源性湖泛的預(yù)控作用*

何偉1，陳煜權(quán)1，顧春新2，范成新3**，蔡麗婧1

(1：上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434)

(2：無錫市錫山區(qū)水利局，無錫 214101)

(3：中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，南京 210008)

摘要：表層底泥已被證實(shí)是引發(fā)或誘發(fā)太湖湖泛發(fā)生的主要因素，但能否通過像控制湖泊內(nèi)源污染的翻耕方式對(duì)湖泛形成預(yù)控，則有待與過程有關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究.模擬研究太湖易發(fā)湖泛區(qū)底泥翻耕對(duì)藻源性湖泛的控制作用，跟蹤監(jiān)測(cè)不同翻耕深度和翻耕后時(shí)長(zhǎng)，對(duì)照和處理組上覆水的視覺、嗅覺、營(yíng)養(yǎng)鹽和揮發(fā)性硫化物濃度，以及表層底泥理化性質(zhì)的變化.結(jié)果表明，未翻耕的對(duì)照組在模擬實(shí)驗(yàn)中發(fā)生了湖泛，翻耕10cm和翻耕20cm差異不大，但翻耕后時(shí)長(zhǎng)對(duì)湖泛發(fā)生影響較大.剛翻耕后(1d)即進(jìn)行藻源性湖泛模擬的處理組發(fā)生了湖泛，但在程度和持續(xù)時(shí)間上均低于對(duì)照組；翻耕180d和540d的處理組，10cm和20cm翻耕深度均未發(fā)生湖泛.合理選擇翻耕的施工時(shí)間，可以有效預(yù)防和控制湖泛的發(fā)生.

關(guān)鍵詞：表層底泥；翻耕模擬；湖泛；理化性質(zhì)；揮發(fā)性硫化物

*江蘇省太湖水污染治理專項(xiàng)(TH2013214)、中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所“一三五”戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(NIGLAS2012135008)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41103033)聯(lián)合資助.2014-06-06收稿；2014-09-22收修改稿.何偉(1985～)，男，博士；E-mail：hewei1022@gmail.com.

湖泛(black bloom)又叫黑水團(tuán)或污水團(tuán)，是近年來在太湖、巢湖、滇池等湖泊頻繁發(fā)生的一種水體嚴(yán)重污染現(xiàn)象.在太湖等長(zhǎng)江中下游湖泊，湖泛主要是由水華藍(lán)藻聚集、死亡分解引起的，因此也稱為藻源性湖泛.湖泛最典型的感官特征就是視覺上的“黑”和嗅覺上的“臭”，同時(shí)伴有溶解氧濃度極低(甚至出現(xiàn)完全厭氧)，化學(xué)耗氧量、氨氮、硫化物和二甲基硫醚類等物質(zhì)濃度高的特點(diǎn)[1].2007年5月29日，太湖無錫貢湖水廠南泉取水口發(fā)生湖泛，造成水廠停產(chǎn)、近200萬居民飲用水短缺的嚴(yán)重事件，引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注[1-3].相關(guān)研究表明，湖泛水體的黑色是由硫化物與底泥中的金屬離子結(jié)合形成的金屬硫化物[4-5]，其臭味主要是由二甲基三硫醚等揮發(fā)性硫化物產(chǎn)生的[1，2，6].

Yang等[2]認(rèn)為湖泛氨氮濃度的增加幅度超過了僅由藻華發(fā)生而引起氨氮濃度的增加幅度.孔繁翔等[7]通過對(duì)2007年太湖湖泛成因進(jìn)行分析，認(rèn)為湖泛是由于藍(lán)藻水華淤積在沉積物上，厭氧降解形成溶解性有機(jī)物釋放進(jìn)入水體而形成的.盛東等[4]通過實(shí)驗(yàn)證明僅有藻類無法形成湖泛，需有污染沉積物的參與.陸桂華等[8]通過對(duì)太湖全湖的巡查認(rèn)為湖泛主要發(fā)生在湖泊淤泥和流泥分布較厚、藻類易聚積的區(qū)域.因此目前預(yù)防湖泛的技術(shù)手段中，除了控制湖泊外源污染物的輸入，移除藍(lán)藻以防止其大量堆積外，最有效的手段就是將富含營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)物的表層沉積物通過工程技術(shù)手段進(jìn)行移除[7-8].通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為對(duì)太湖月亮灣、南泉水廠和符瀆港等區(qū)域表層污染嚴(yán)重的沉積物進(jìn)行疏浚后，可以有效控制湖泛的發(fā)生和程度[9].

底泥翻耕是一種借用機(jī)械設(shè)備，改變或顛覆水下底質(zhì)性質(zhì)和物理位置的作業(yè)方法，常用于受海洋養(yǎng)殖污染影響的濱岸帶水質(zhì)改善[10-11].經(jīng)對(duì)太湖沉積物的模擬，認(rèn)為底泥翻耕也可以高效地治理湖泊氮、磷內(nèi)源污染[12].該法通過犁等工具使一定厚度的沉積物形成翻轉(zhuǎn)，將污染物含量較高的表層沉積物埋至中下部，而將較為清潔的下部沉積物翻轉(zhuǎn)至表層，一方面可明顯改善表層沉積物質(zhì)量，抑制其對(duì)水底環(huán)境的不良影響；另一方面重建沉積物-水界面，達(dá)到控制污染物向上覆水釋放等目的.古小治等對(duì)南四湖沉積物改良的研究表明，對(duì)沉積物的耕作能夠有效地改善沉積物的物理結(jié)構(gòu)及氧氣的垂向分布，實(shí)現(xiàn)原位處理且花費(fèi)少[13-14].

目前針對(duì)湖泛的研究主要集中在野外跟蹤監(jiān)測(cè)和成因推測(cè)上[2，3，15]，由于湖泛暴發(fā)的隨機(jī)性和湖泛樣品的不穩(wěn)定性，難以對(duì)湖泛進(jìn)行深入研究.因此，采用室內(nèi)模擬手段，再現(xiàn)藻源性湖泛，對(duì)湖泛的發(fā)生過程及其機(jī)理研究有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義[5，8，16-17].現(xiàn)有防治湖泛的工程措施花費(fèi)大，難以大面積施工，而翻耕作為一種有效控制沉積物內(nèi)源污染的方式，具有操作簡(jiǎn)單、易實(shí)施、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是在控制湖泛的效果上尚無相關(guān)研究.因此本文通過實(shí)驗(yàn)室模擬太湖湖泛發(fā)生的自然條件，研究沉積物不同翻耕深度和翻耕后的時(shí)長(zhǎng)對(duì)湖泛發(fā)生、發(fā)展過程控制或減緩作用，以期更好地為預(yù)防太湖藻源性湖泛的發(fā)生提供新的技術(shù)手段和理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究點(diǎn)概況

竺山灣位于太湖西北部，北起百瀆口，南至馬山咀一線，面積57.2km2，該湖區(qū)水體多受西部太滆運(yùn)河、殷村港等河道污水匯入影響，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度高，已是太湖水質(zhì)污染最嚴(yán)重且惡化速率最快的湖灣之一[18-19].由于開口向南，竺山灣夏季極易涌入大量藻體，也是太湖近年來湖泛易發(fā)區(qū)[8].為避開灣內(nèi)正在實(shí)施或計(jì)劃進(jìn)行生態(tài)疏浚的區(qū)域，將沉積物樣品采樣點(diǎn)設(shè)定在竺山灣灣口處(31.39°N，120.05°E).

1.2 樣品的采集及處理

采用大口徑柱狀采樣器(Φ110mm，L500mm Rigo Co.， Japan)進(jìn)行采樣，采集深度大于30cm的沉積物柱狀樣；利用采水器采集采樣點(diǎn)湖水用于模擬實(shí)驗(yàn)；利用浮游生物網(wǎng)于竺山灣湖區(qū)采集藻類，用于實(shí)驗(yàn)中人為投加藻類模擬藻華[5，16-17].

沉積物處理共設(shè)置翻耕10cm(PT-10)和翻耕20cm(PT-20)兩組深度.以翻耕10cm為例，利用一個(gè)長(zhǎng)10cm的有機(jī)玻璃管，將表層10cm厚的沉積物翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后的沉積物移到原柱狀樣中相應(yīng)深度處，再用輸液用點(diǎn)滴軟管無擾動(dòng)地加入過濾后的湖水.經(jīng)過翻耕處理的沉積物柱樣，原先營(yíng)養(yǎng)鹽含量高的表層沉積物被覆蓋在設(shè)計(jì)的翻耕深度處，原先翻耕深度處營(yíng)養(yǎng)鹽含量較低的底層沉積物被翻耕到沉積物表面，與上覆水共同作用形成新的沉積物-水界面.

制備的沉積物柱樣上端敞口，沉積物部分用鋁箔包裹避光，在水桶中培養(yǎng)，桶內(nèi)水位高出柱樣15～20cm，按照采樣點(diǎn)的水溫進(jìn)行培養(yǎng)(誤差±2℃)，水桶中間歇曝氣，曝氣頭位于桶底處，培養(yǎng)使用過濾藻類后的湖水，每2周更換1次.樣品中對(duì)照和翻耕后1d的兩個(gè)處理水平在水桶中培養(yǎng)3d，而翻耕后180和540d的樣品均在翻耕后在水桶中培養(yǎng)，分別培養(yǎng)180和540d.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)7根柱狀樣，分別為對(duì)照(CK)、翻耕后1d(PT-10-d1、PT-20-d1)、翻耕后180d(PT-10-d180、PT-20-d180)、翻耕后540d(PT-10-d540、PT-20-d540).

實(shí)驗(yàn)所用柱狀樣長(zhǎng)約2m，沉積物高35～40cm，模擬水深為160cm，在實(shí)驗(yàn)的第2d稱取瀝干水分的藻體30.50g(約5000g/m2)[5，16-17]加入各柱樣中，環(huán)境溫度控制為25±1℃，模擬2008年5月湖泛時(shí)太湖的平均氣溫，實(shí)驗(yàn)在自然光照條件下進(jìn)行，底部管體用鋁箔包裹以避光.

沉積物在模擬實(shí)驗(yàn)之后按0～1、1～2、2～3、3～4、4～5和5～6cm的厚度將上層沉積物分層，一部分鮮樣迅速用氮?dú)馀趴盏拿芊獯４?，用于分析含水率；剩下的樣品?jīng)冷凍干燥機(jī)凍干之后，研磨，過100目篩，分析沉積物的燒失重(LOI)、總磷(TP)和總氮(TN).

1.4 樣品分析

1.4.1 水體的視覺和嗅覺上覆水中水色和嗅味上均出現(xiàn)明顯變化的柱狀樣定義為湖泛的發(fā)生.為了對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的過程進(jìn)行描述，將實(shí)驗(yàn)中水體呈現(xiàn)的顏色和氣味均人為定義為4個(gè)等級(jí)[9，20]，水色：無色、灰色、淺黑、黑色；嗅味：無味、輕微、中度、重度.分別以0、1、2、3代表水色和嗅味上由輕到重的4個(gè)等級(jí)程度.

1.4.2 水體中致臭物質(zhì)揮發(fā)性硫化物包括揮發(fā)性無機(jī)硫化物硫化氫(H2S)和揮發(fā)性有機(jī)硫化物甲硫醇(MeSH)、甲硫醚(DMS)、二甲基二硫醚(DMDS)和二甲基三硫醚(DMTS)，揮發(fā)性硫化物通常具有強(qiáng)烈的惡臭氣味，嗅閾值低，即使在較低濃度時(shí)也會(huì)對(duì)水或食物的味道產(chǎn)生很大影響.因此對(duì)上覆水中上述5種物質(zhì)進(jìn)行分析測(cè)定.

利用頂空固相微萃取法(HS-SPME)對(duì)揮發(fā)性硫化物進(jìn)行富集，然后與Agilent 7890A GC-FPD(Agilent， USA)系統(tǒng)組合完成對(duì)揮發(fā)性硫化物濃度的測(cè)定.

頂空固相微萃取手柄和萃取頭購(gòu)自Supelco公司，萃取頭表面的吸附涂層為CAR/PDMS(75μm，No.57318，USA)，Agilent 7890A GC-FPD氣相色譜-火焰光度檢測(cè)器，惰性化進(jìn)樣口，色譜柱為Gas pro毛細(xì)管柱(60m×0.32mm)，棕色玻璃萃取瓶的容積為40ml，與PTFE涂層硅膠墊配合使用.

頂空固相微萃取的溫度為65℃，攪拌速率為500轉(zhuǎn)/min，萃取時(shí)間為30min.GC-FDA載氣為高純氦氣，流量為3ml/min，氫氣流量為50ml/min，空氣流量為65ml/min[21-22].

2 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)持續(xù)22d，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期中，7根沉積物柱狀樣品中共有3根柱樣出現(xiàn)湖泛特征，即上覆水長(zhǎng)時(shí)間發(fā)黑發(fā)臭，根據(jù)以往湖泛室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)合后期水體揮發(fā)性硫化物和理化指標(biāo)的檢測(cè)，認(rèn)為這3根柱狀樣發(fā)生了湖泛，分別是柱樣CK、PT-10-d1和PT-20-d1.

2.1 水體視覺和嗅覺的變化

在第12d時(shí)柱樣CK和PT-10-d1柱樣上覆水顏色開始發(fā)灰，1d后PT-20-d1柱樣也出現(xiàn)了水色的變化，與此同時(shí)，CK組水色變深，呈淺黑色，在第14d時(shí)，CK組水色繼續(xù)加深，呈黑色，持續(xù)2d后CK組上覆水的顏色開始變淺，至第22d水色恢復(fù)為無色.而翻耕1d后的2根沉積物柱樣(PT-10-d1、PT-20-d1)在上覆水水體顏色上要明顯淺于CK組，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期中，這2根沉積物柱樣上覆水的水色在發(fā)黑之后均保持在灰色和淺黑色，沒有變成黑色，說明在色度指標(biāo)上，這2根沉積物柱樣要優(yōu)于CK組(表1).

表1 湖泛模擬實(shí)驗(yàn)中上覆水體的水色變化

在嗅覺方面，發(fā)生湖泛的柱樣上覆水出現(xiàn)臭味要較視覺變化提前1d，在第11d時(shí)CK和PT-20-d1柱樣的上覆水便出現(xiàn)臭味，在第12d，PT-10-d1柱樣也開始出現(xiàn)臭味.CK和PT-10-d1柱樣上覆水一直持續(xù)到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)還有輕微臭味，而最早出現(xiàn)臭味的PT-10-d1柱樣則在第21d時(shí)水體中的臭味消失(表2).

表2 湖泛模擬實(shí)驗(yàn)中上覆水體的嗅味變化

實(shí)驗(yàn)中有3根柱樣發(fā)生湖泛，因此認(rèn)為翻耕1d后的處理組(PT-10-d1、PT-20-d1)無論是在水體黑臭程度上還是持續(xù)時(shí)間上都要輕于CK組.在目前對(duì)湖泛尚無系統(tǒng)和完整的理論性研究的情況下，水體的視覺和嗅覺指標(biāo)雖然直觀，但由于是人為判定，所以在使用上還需要結(jié)合其它指標(biāo)，才能做出更加客觀的判斷.

國(guó)外的湖泊和近海中也有類似黑臭水體的報(bào)道，有關(guān)美國(guó)伊利諾伊州的露天湖礦和Lower Mystic湖的研究表明，這2個(gè)湖泊的黑水均為金屬硫化物所致[27-28]，而后者的臭味則是H2S從湖中逸散造成的.通過對(duì)德國(guó)Wadden海自然發(fā)生和模擬的黑水團(tuán)進(jìn)行一系列研究，認(rèn)為其黑色和臭味是在高有機(jī)物負(fù)荷下，硫酸還原作用在有機(jī)物分解中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，生成黑色的硫化物和H2S[20， 29-31].

相關(guān)研究表明，太湖藻源性湖泛的黑色物質(zhì)主要是金屬硫化物，臭味主要是由DMTS等揮發(fā)性硫化物產(chǎn)生的[2].因此，在對(duì)水色和嗅味做感官記錄的同時(shí)，對(duì)水體中的揮發(fā)性硫化物也進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)，以做到相互印證.

2.2 水體中致臭物質(zhì)

實(shí)驗(yàn)第11d，各柱樣上覆水中H2S濃度開始明顯提高，CK、PT-20-d1和PT-10-d1 3根柱樣上覆水中H2S濃度增長(zhǎng)速度最快，均在第14d達(dá)到最高，最大值分別為2384.40、2017.20和1358.55μg/L，之后開始下降，但是在實(shí)驗(yàn)后期仍明顯高于其余4根柱樣中的H2S濃度(圖1).值得注意的是，在實(shí)驗(yàn)第9d，PT-10-d180柱樣有輕微的臭味，而此時(shí)該柱樣僅H2S濃度較高，因此在湖泛的發(fā)生中，僅H2S濃度高于900μg/L時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生輕微嗅覺上的不適.

由于實(shí)驗(yàn)中投加藻體是在第2d開始的，因此所有柱樣上覆水的MeSH濃度在第2d小幅增長(zhǎng)，但很快消失.從第6d開始，CK和PT-10-d1柱樣的MeSH濃度就開始增加，其中CK柱樣在第10d的增幅變大.而在第11d，7根柱樣上覆水的MeSH濃度都有一個(gè)爆發(fā)式增加的過程，在接下來的數(shù)天中，7根柱樣上覆水的MeSH濃度走勢(shì)開始有較大的分化，其中CK、PT-10-d1和PT-20-d1柱樣的MeSH濃度在第11d時(shí)增長(zhǎng)幅度最高，然后保持穩(wěn)定的趨勢(shì)，并在第17d開始逐步下降，但是一直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束，這3根沉積物柱樣的MeSH濃度還是要高于其它4根柱樣(圖1).

7根柱樣上覆水中的DMS濃度在實(shí)驗(yàn)前期處于較低水平，均在1μg/L以下，第10d和第11d時(shí)，所有柱樣上覆水中的DMS濃度均開始大幅上升，CK、PT-10-d1和PT-20-d1柱樣的DMS濃度大幅增長(zhǎng)之后，是其余4個(gè)柱樣的1倍左右.第17d時(shí)，所有柱樣上覆水中的DMS濃度均開始下降，這也與嗅味記錄中湖泛柱樣在實(shí)驗(yàn)后期臭味減輕的現(xiàn)象相一致.

柱樣上覆水中DMDS和DMTS濃度的變化趨勢(shì)較為一致，在實(shí)驗(yàn)第2d投加了瀝干藻體之后，DMDS和DMTS濃度均有較大幅度提高，但是很快下降，這可能是投加的藻體很快被分解所致，兩者分別在第6d和第11d時(shí)濃度大幅提高.CK、PT-10-d1和PT-20-d1柱樣上覆水中的DMDS和DMTS濃度要高于其它4個(gè)柱樣.在實(shí)驗(yàn)后期，所有柱樣上覆水中的DMDS和DMTS濃度均開始下降，沒有發(fā)生湖泛的4根柱樣上覆水的DMDS和DMTS濃度恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)初始水平，而發(fā)生湖泛的CK、PT-10-d1和PT-20-d1柱樣的DMDS和DMTS濃度要高于自身的初始水平，說明湖泛明顯提高了水體揮發(fā)性硫化物的濃度.

H2S是好氧水體及其沉積物中痕量揮發(fā)性硫化物的主要前驅(qū)物，H2S被甲基化后生成MeSH，而MeSH進(jìn)一步甲基化生成DMS，H2S還可以通過生物氧化過程轉(zhuǎn)化為無機(jī)多硫化物，然后經(jīng)過生物化學(xué)途徑被某些能作為甲基供體的物質(zhì)如腐殖質(zhì)中含甲基基團(tuán)物質(zhì)、含甲氧基的芳香族化合物甲基化生成DMDS、DMTS等[32].Zhang等對(duì)太湖湖泛的研究則認(rèn)為水體臭味的主要來源是甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫化物和二甲基三硫化物等揮發(fā)性硫化物.生活污水中的硫跟藻華中的硫不是一個(gè)數(shù)量級(jí)的，前者不是主要來源，臭味中的硫主要來源于厭氧環(huán)境下沉積物釋放到水相中的硫化物[6].通過對(duì)臭味指標(biāo)的記錄和對(duì)揮發(fā)性硫化物濃度的監(jiān)測(cè)，認(rèn)為揮發(fā)性硫化物濃度與湖泛發(fā)生中臭味的出現(xiàn)和程度變化情況有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，其中又以H2S濃度與臭味記錄值的對(duì)應(yīng)性較高，因此，在模擬實(shí)驗(yàn)中人為所記錄到的臭味以H2S為主，揮發(fā)性硫化物濃度能在一定程度上表征湖泛發(fā)生的過程和程度.

2.3 理化性質(zhì)變化

2.3.1 上覆水理化性質(zhì)變化一般認(rèn)為湖泛的發(fā)生使有機(jī)物分解，降低底部水體的DO濃度，造成局部厭氧環(huán)境，表層污染程度較高的沉積物在大量沉降的藻體和厭氧環(huán)境共同作用下形成湖泛現(xiàn)象.實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，各柱樣上覆水中的DO濃度接近8mg/L，接近實(shí)驗(yàn)溫度下的飽和DO濃度，但是在投加藻類之后，DO濃度直線下降，當(dāng)水體DO濃度小于2mg/L時(shí)，水體為厭氧狀態(tài)，而投加的藻類使各柱樣上覆水中DO濃度在第4d時(shí)降至接近0，此后水體的DO濃度也一直保持在0～1mg/L之間(圖2a).

圖2 實(shí)驗(yàn)期間上覆水中和濃度變化Fig.2 Changes of dissolved -N(b) and -P(c) concentrations during the experiment

劉國(guó)鋒等在模擬湖泛實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)投加藻體之后，沉積物柱樣上覆水的DO濃度在很短時(shí)間內(nèi)就下降到接近0的水平[16]，即使在模擬湖泛結(jié)束后，沒有形成湖泛的柱樣上覆水體中的DO濃度也不超過1mg/L[9].因此，湖泛模擬實(shí)驗(yàn)中上覆水體中的DO濃度受到投加藻體的影響，大量死亡的藻體腐爛分解導(dǎo)致水體中DO濃度迅速下降到厭氧狀態(tài).

2.3.2 沉積物理化性質(zhì)變化(圖3)PT-10-d1和PT-20-d1柱樣的表層含水率要低于對(duì)照和其它翻耕時(shí)間較長(zhǎng)的柱樣，翻耕180d的2根柱樣的含水率高于翻耕1d處理組，但低于對(duì)照，PT-10-d180和PT-20-d180柱樣的表層含水率分別為58.85%和58.65%，翻耕540d的處理組柱樣表層含水率與對(duì)照組相近.翻耕處理組的沉積物柱樣在不同翻耕后時(shí)長(zhǎng)和不同翻耕深度下表層沉積物處的LOI基本保持在一個(gè)水平上，其中PT-20-d1柱樣的LOI要比其它翻耕處理的略低，表層LOI為4.84%，其它翻耕處理的沉積物柱樣表層LOI在5.24%～5.42%之間，而對(duì)照組的沉積物表層LOI高達(dá)6.67%，說明翻耕處理對(duì)沉積物的表層LOI有較好的控制，對(duì)照組的表層有機(jī)質(zhì)含量要高于翻耕處理組.

圖3 沉積物柱樣理化性質(zhì)Fig.3 Vertical profiles of physicochemical properties in the sediments

沉積物的TN和TP含量的垂向剖面比較相似，均為表層沉積物對(duì)照組要高于翻耕處理組，其中又以TP含量的垂向剖面最為明顯，CK柱樣的表層沉積物TP含量高達(dá)630.44mg/kg，而在翻耕處理組中表層沉積物TP含量最高的PT-20-d180柱樣也僅有419.28mg/kg，其余柱樣沉積物表層TP含量則分布在288.55～343.42mg/kg之間.由此可見，在翻耕處理后，翻耕處理組的沉積物表層LOI、TP和TN含量等會(huì)大幅下降，物理修復(fù)手段可以形成污染物含量低的表層沉積物.

3 結(jié)論

1) 對(duì)污染較嚴(yán)重的表層沉積物翻耕可以形成新的沉積物-水界面，新生的表層沉積物和其間隙水營(yíng)養(yǎng)鹽含量均較低，可以有效改善湖泊表層底泥和底部水體污染狀況，是一種有效治理湖泊內(nèi)源污染的手段，該方法具有操作簡(jiǎn)單、易實(shí)施、成本低的特點(diǎn).

2) 表層底泥翻耕可以有效控制湖泛的發(fā)生和程度.在模擬實(shí)驗(yàn)中，對(duì)照組和模擬翻耕后1d不同深度的柱樣出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，但翻耕后1d的處理組無論是在湖泛發(fā)生的持續(xù)時(shí)間上還是黑臭程度上均遠(yuǎn)遠(yuǎn)輕于對(duì)照組，翻耕后180d和540d的處理在模擬實(shí)驗(yàn)中未發(fā)生湖泛.

3) 模擬實(shí)驗(yàn)的嗅覺記錄中所有柱樣上覆水的臭味變化與揮發(fā)性硫化物濃度變化具有較高的一致性，揮發(fā)性硫化物尤其是H2S濃度的升高，是實(shí)驗(yàn)中發(fā)生湖泛水體產(chǎn)生臭味的主要原因.

4) 翻耕對(duì)于預(yù)控藻源性湖泛的發(fā)生有較好的作用，在湖泛易發(fā)時(shí)段(5-7月)之前，提前進(jìn)行翻耕作業(yè)，將會(huì)有效控制湖泛的發(fā)生.因此科學(xué)地管理翻耕施工時(shí)間(如在秋、冬季施工)，將對(duì)易發(fā)區(qū)藻源性湖泛起到有效預(yù)控作用.本研究采用的10cm和20cm模擬翻耕深度對(duì)控制湖泛的效果差異不明顯，因此從工程經(jīng)濟(jì)性考慮，還可以在以后的工作中繼續(xù)研究小于10cm的適合太湖底泥翻耕的深度.

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?2015 byJournalofLakeSciences

Effects of plow-tillage on the prevention and control of algae-caused black bloom

HE Wei1， CHEN Yuquan1， GU Chunxin2， FAN Chengxin3& CAI Lijing1

(1：ShanghaiInvestigation，Design&ResearchInstituteCo.，Ltd.，Shanghai200434，P.R.China)

(2： Wuxi Xishan District Water Resources Bureau， Wuxi 214101， P.R.China)

(3： Nanjing Institute of Geography and Limnology， Chinese Academy of Sciences， Nanjing 210008， P.R.China)

Abstract：Black-bloom was an environment issue that often occurred recently and the polluted surface sediment was known as the most important reason for its occurrence. Plow-tillage was a cost-effective and practicable engineering measure which was designed for internal loading control. Based on the simulated experiment in laboratory， effects of plow-tillage on the prevention and control of algae-caused black bloom was studied. The color and odor， nutrient concentration of overlaying water， the concentrations of volatile sulfur compounds and physicochemical characteristic of sediment were measured. The results were showed as follows： black bloom occurred in both control check set and treatment sets l day after plow-tillage for the two diffirent plow-tillage depths， but its duration and degree in control check set were more serious than those in treatment sets l day after plow-tillage. The treatment sets of 180 and 540 days after plow-tillage of both depths didn’t experienced black bloom during the whole simulated experiment. Overall， the appropriate project time of plow-tillage can prevent the occurrence and control the degree of algae-caused black bloom.

Keywords：Surface sediment； plow-tillage； black bloom； physicochemical properties； volatile sulfur compounds

通信作者**；E-mail：cxfan@niglas.ac.cn.

DOI10.18307/2015.0407