上海世博園后灘濕地公園水體底泥氮磷及有機質(zhì)分布特征

龔玲玲，唐士芳，王江南，左書華

(1.上海世博實踐區(qū)商務(wù)有限公司，上海 200125；2.上海世博發(fā)展(集團)有限公司，上海 200125； 3.交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所，天津 300456)

1 引言

上海后灘濕地公園是上海世博園的核心綠地景觀之一，位于上海世博園區(qū)的西段，介于黃浦江東岸和世博大道之間區(qū)域，西端至倪家浜，北端至盧浦大橋，是一片狹長的濱江地帶，總面積14 hm2[1]。后灘公園采用立體景觀設(shè)計格局的方式，基于黃浦江沿岸原有生態(tài)濕地，分層建立了滴瀑水墻、梯地禾田、濕地水系、“空中花園”和漂浮的花園以及“機器的容器”等景觀與休閑場所，創(chuàng)造了多種形式的近自然生態(tài)景觀[1，2]。但由于后灘所在區(qū)域的特征，現(xiàn)有后灘濕地公園的生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)凈化功能退化，對標“世界一流公園”還存在一定差距。

水體底泥是生態(tài)環(huán)境的主要組成部分，也是生態(tài)系統(tǒng)的重要載體。它可以不斷容納無機顆粒沉積物和有機生物殘體等物質(zhì)，成為主要污染源營養(yǎng)物質(zhì)的主要蓄積地。底泥理化指標不僅可以反映水體污染狀況(或水質(zhì)情況)，也可對水體生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。多年來，底泥對水體富營養(yǎng)化、水質(zhì)和景觀生態(tài)的影響及其處理工藝受到眾多研究學(xué)者的普遍關(guān)注[3～7]。根據(jù)上海市要求，后灘公園作為世博文化公園主要部分，將定位為“自然生態(tài)、文化融合、科技創(chuàng)新、全民共享”的大公園。為了園區(qū)濕地景觀構(gòu)建與水體生態(tài)恢復(fù)，建設(shè)綠色生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展的“大公園”，有必要對目前后灘濕地公園水體底泥污染情況進行研究和評價。

今以世博園區(qū)后灘濕地公園水體底泥為研究對象，在研究底泥營養(yǎng)物質(zhì)分布特征的基礎(chǔ)上，對后灘工程水體底泥污染進行評價，以期為深入認識污染原因和后期生態(tài)治理提供依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 底泥樣點布設(shè)與采集

如圖1在后灘公園南端景觀建筑物望止橋至1#門區(qū)域，設(shè)置5個點位，用采樣器采集湖床表層沉積物(底泥)。

2.2 分析方法

用抓斗式采樣器采集湖床表層底泥樣品，現(xiàn)場密封，在實驗室4 ℃下冷藏保存。含水率及pH值可在現(xiàn)場采用簡易設(shè)備直接分析得出。

將保存的樣品在室內(nèi)晾干，剔除其中的粗雜質(zhì)，用玻璃研缽將其小心研碎后，過篩，測定氮、磷和有機質(zhì)等理化參數(shù)。

分析方法為pH值采用電位法、含水率采用干物質(zhì)和水分的測定重量法、全氮采用凱氏法、總磷采用堿熔-鉬銻抗分光光度法和有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定。

依據(jù)文獻[8]中提出的方法計算有機指數(shù)，評價水體底泥污染與肥力，以反映富營養(yǎng)化潛力[8]。底泥有機指數(shù)為有機碳和有機氮的乘積，有機碳=有機質(zhì)(%)/1.24；有機氮=總氮(%)×0.95。

如有機指數(shù)<0.03為Ⅰ級，貧清潔；0.03～0.05為Ⅱ級，中清潔；>0.05為Ⅲ級，肥污染。

圖1 后灘公園底泥采樣點分布

3 結(jié)果與分析

根據(jù)上述分析方法，得到各監(jiān)測點的底泥理化指標，見表1。

表1 后灘公園底泥理化指標

3.1 底泥物理性狀

現(xiàn)場采用抓斗式采樣器采集湖床表層底泥樣品。根據(jù)現(xiàn)場采集的底泥，記錄其物理性狀。從結(jié)果來看，后灘公園水體底泥為深黑色淤泥，泥質(zhì)較為松軟，無粘性，氣味發(fā)臭，且底泥中伴有草根、樹葉等植物腐敗殘體和一些破碎的生活垃圾等廢棄物。

3.2 pH值

圖2為后灘公園各監(jiān)測點底泥pH值。從結(jié)果看，各監(jiān)測點底泥均呈弱堿性，pH值在8.2～8.3之間。不論是自北向南還是自南向北均有沒有明顯的變化趨勢。根據(jù)相關(guān)研究表明[9]，城市水體底泥的pH值與區(qū)域內(nèi)土壤的成分和特征有關(guān)，上海市位于長江三角洲的前緣，其土壤是由長江攜帶的大量泥沙堆積發(fā)育形成的石灰性沖積平原土壤，其酸堿性質(zhì)多為中偏堿性。這與上述檢測結(jié)果一致。

3.3 含水率

含水率是制定底泥處置對策的一個重要因素。由于含水率的高低會顯著影響厭氧過程中微生物的代謝合成反應(yīng)，進而對水體底泥中的硫化物(H2S)的產(chǎn)生造成影響。由表1可以看出，后灘公園水體底泥的含水率為44.1%～48.6%，其中4#采樣點底泥含水率最低，為 44.1%。

3.4 有機質(zhì)

表1和圖3給出了后灘公園各監(jiān)測點底泥的有機質(zhì)含量。從中可知，后灘公園水體底泥有機質(zhì)含量平均為38.84 g/kg(圖3)，沿程總體呈“中間高兩頭低”的分布，其中3#點位最高47.6 g/kg，其次是2#點位，有機質(zhì)含量為39.0 g/kg，1#、4#、5#有機質(zhì)含量分別為32.1 g/kg、36.8 g/kg、38.7 g/kg。由此可以看出，各采樣點底泥中的有機質(zhì)含量普遍較低。

圖2 后灘公園水體底泥pH值分布

圖3 后灘公園水體底泥有機質(zhì)含量分布

3.5 氮與氮

后灘公園水體底泥中全氮和總磷含量見圖4、圖5。從結(jié)果看，后灘公園底泥中全氮含量均值為778 mg/kg，以3#采樣點最高，為916 mg/kg；總磷含量均值為615 mg/kg，同樣以3#采樣點最高，為720 mg/kg；全氮和總磷的分布基本一致。

圖4 后灘公園水體底泥全氮含量分布

4 討論

底泥中氮磷等營養(yǎng)鹽的含量是形成水體富營養(yǎng)化的主要因素，在一定程度上代表了水體或土壤中生物生產(chǎn)力的水平。氮磷含量是生態(tài)系統(tǒng)中水體氮磷沉積與釋放動態(tài)平衡的結(jié)果[6]。

依據(jù)2.2節(jié)中的方法計算有機指數(shù)，來反映底泥的營養(yǎng)化程度。有機指數(shù)計算結(jié)果見圖6。由此可見，后灘公園水體底泥有機污染指數(shù)介于0.202～0.352，平均值為0.245，是評價標準0.05的5 倍左右，為Ⅲ級肥污染，污染較嚴重，其中以3#采樣點(0.352)污染最嚴重。從理化指標看，3#采樣點的有機質(zhì)、pH值、全氮和總磷含量均非常高，說明3#采樣點水域底泥有機污染比較嚴重。結(jié)合前述底泥物理性狀，表明底泥中已經(jīng)蓄積了大量有機物質(zhì)和營養(yǎng)元素，有機物分解生成大量硫化物和氨氮，造成底泥發(fā)黑，氣味發(fā)臭[6,10]。

圖5 后灘公園水體底泥總磷含量分布

圖6 后灘公園水體底泥有機指數(shù)

通過對底泥營養(yǎng)物質(zhì)理化指標和有機污染指數(shù)的分析，說明后灘公園水體營養(yǎng)元素含量較高，有機污染較為嚴重，其主要原因在于引水支流如白蓮涇等支流受上游工業(yè)污染影響較為嚴重，引水河流生態(tài)風(fēng)險成為后灘公園水體污染的潛在因素，因此在對后灘公園水體本身采用一定治理措施外，必須對引入的水源加以防治。

5 結(jié)論

基于上海世博園后灘公園水域湖床表層沉積物(底泥)，分析了底泥中氮磷營養(yǎng)鹽、有機質(zhì)含量、pH值和含水率等理化指標，結(jié)果表明：有機質(zhì)為32.1～47.6 g/kg，全氮為648～916 mg/kg，總磷為545～720 mg/kg。采用有機指數(shù)方法評價底泥污染, 后灘公園水體底泥有機污染指數(shù)介于0.202～0.352，平均值為0.245，是評價標準(>0.05)的5倍左右，為III級肥污染，污染較嚴重。其主要原因在于引水支流等上游工業(yè)污染影響較為嚴重，建議在今后后灘公園水體引入時必須加強對引入水源的前置治理。