上海世博園后灘濕地公園水體底泥特征與污染指數(shù)分析

唐士芳，龔玲玲，王江南，左書華

(1.上海世博發(fā)展(集團)有限公司，上海 200125； 2.交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津 300456)

1 概 述

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)之西端，地處黃浦江東岸和世博大道之間，西至倪家浜，北望盧浦大橋，為狹長的濱江地帶，總面積14 hm2[1]。后灘公園的設(shè)計采用立體分層的景觀格局方式，依托黃浦江沿岸原生濕地，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”等工業(yè)遺存景觀與現(xiàn)代休閑體驗場所，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。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。因此，研究和評價目前后灘濕地公園水體底泥污染特征，對于園區(qū)濕地景觀構(gòu)建與水體生態(tài)恢復、建設(shè)綠色生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展的大都市具有重要的現(xiàn)實意義。

水體底泥是水域生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境的主要組成部分。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。底泥性質(zhì)不僅可反映水體污染狀況，也可對水體環(huán)境和水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。近年來, 底泥污染對水體富營養(yǎng)化、水質(zhì)和生態(tài)風險的影響受到工程師和研究者的普遍關(guān)注[3-7]。本文以世博園區(qū)后灘濕地公園水體底泥為研究對象，分析底泥營養(yǎng)物質(zhì)分布特征和有機污染指數(shù)，對后灘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)治理提供科學依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 底泥樣點布設(shè)與采集

由圖1可知，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)。

圖1 后灘公園底泥采樣點分布

2.2 分析項目及方法

用底泥采樣器采集表層底泥樣品，密封、遮光，在實驗室4℃下冷藏保存。含水率及pH值可直接現(xiàn)場分析。其他參數(shù)的測定，需將樣品在室內(nèi)晾干，初步剔除其中的粗雜質(zhì)，用玻璃研缽將其小心研碎后，過篩，備用。

分析項目和分析方法為pH值(電位法)、含水率(干物質(zhì)和水分的測定重量法)、全氮(凱氏法)、總磷(堿熔-鉬銻抗分光光度法)和有機質(zhì)(重鉻酸鉀容量法-外加熱法)。

采用有機指數(shù)評價水體底泥肥力，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 為貧清潔(I)；0.03～0.05 為中清潔(Ⅱ) ；>0.05 為肥污染(Ⅲ)。

3 結(jié)果與分析

3.1 底泥物理性狀

根據(jù)現(xiàn)場采集的底泥物理性狀來看，其性狀為深黑色淤泥，氣味臭，泥質(zhì)較為松軟，且含有草根、樹葉、螺殼等生物殘體和一些破碎的生活垃圾等廢棄物。

3.2 底泥理化指標

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

3.2.1 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。

圖2 后灘公園水體底泥pH值

3.2.2 含水率

一般而言，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，從而對城市水體中的H2S的產(chǎn)生造成影響，是制定底泥處置對策的關(guān)鍵。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%。

3.2.3 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、36.8和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3 后灘公園水體底泥有機質(zhì)含量

3.2.4 氮 磷

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

圖5 后灘公園水體底泥總磷含量

3.3 有機污染指數(shù)

底泥中氮磷營養(yǎng)鹽是形成水體富營養(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)1.2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)平均為0.245，超過評價標準5 倍以上，為III級肥污染，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、全氮和總磷含量都非常高，說明3#采樣點水域有機污染嚴重，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，造成底泥黑臭[6，10]。

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)理化指標的分析，說明后灘公園水體營養(yǎng)元素含量較大，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。

4 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，底泥有機污染指數(shù)平均為0.245，超過評價標準5 倍以上，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保護時必須重視對引入水源的前置治理。