閩江養殖區底泥耗氧量研究

福建省環境監測中心站 郭 偉

隨著社會發展和生活水平的提高，人們對河流的生態環境給予越來越多的重視。水體中溶解氧含量是影響水環境的重要因素，是作為評價水質的重要指標，對水體中生物的生長繁殖產生極大作用。但是受到嚴重污染的河流，很多污染物積累在底部，大量消耗氧氣，底泥耗氧量(sediment oxygen demand，簡稱SOD)占了河流總耗氧的大部分，在特定的水體中，該比例可高達50%[1]。

底泥耗氧量通常指的是發生在底泥中生物和化學氧化過程中消耗水體溶解氧的量。底泥生物作用對底泥中溶解氧的影響主要表現為：底泥微生物利用氧氣進行新陳代謝，分解有機物；同時，底泥是多種底棲生物生存活動的空間，底泥中生物活動對底泥的擾動會促使底泥中物質(如氧氣、有機物，還有一些氨氮、硝酸鹽等化學組分)與水體交換量增加，加速對水體溶解氧的消耗。底泥中生物數量、種群類型、生物活性等因素與底泥與生物作用密切相關，從而影響底泥耗氧量[2]。水體中含氮和含磷量在某種程度上也與SOD有一定相關性，但是這些相關性并未在所有研究中顯示。底泥的生物擾動現象在湖泊和海洋中比較常見[3]，但在河流或水渠中也可能存在。本文以尤溪河尤溪口養殖區為對象，初步研究該區底泥耗氧情況，為尤溪口水產養殖提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗方法

測定SOD的裝置目前尚無統一規格，外形為圓柱或長方形，材質多為有機玻璃或鋼板[4]，本研究實驗裝置是由有機玻璃加工制作的圓柱狀容器，內徑30cm，高度30cm，同時該裝置有較高的密閉性，可以防止外界氧氣自由進入實驗水體引起測定誤差。根據Tohru Seiki等人的研究，下層底泥對SOD的貢獻很小，SOD由表層僅0.5cm厚的底泥控制[5]。上覆水人工加待測底泥表層水，水質均一。因為上覆水的溶解氧濃度以及上覆水體積和底泥面積之比（V/A）對SOD的測定有重要影響,Tohru Seiki 研究發現溶解氧大于 2～3mg/L時，生化SOD不受水體溶解氧濃度的影響[8]，而且V/A太小，上覆水需要不斷補充，其流動可能導致底泥泛起，但是如果V/A太大，上覆水中DO消耗緩慢，測定時間過長，耗氧曲線線性差。上覆水水深一般大于10cm。根據以上分析，本實驗底泥厚度取10cm，上覆水通過人工充氧使其接近飽和，然后采用虹吸法注入實驗裝置，深度取12cm，緩緩放入溶解氧測定儀（溶氧儀帶攪拌功能，放入前校準完畢，放置時輕拿輕放，以免擾動底泥），然后用封口膜將其口封住，以免空氣進入，啟動溶氧儀開始測定。同時用待測底泥表層水做空白實驗。整個實驗過程保持恒溫。

1.2 底泥采集

底泥采樣最重要的是要保持底泥受到的擾動最小，目前泥樣采集方法可分為柱狀采樣器采集和挖泥機采集，其中柱狀采樣器對底泥的擾動小，在目前研究中使用廣泛。柱狀采樣器的內徑在5～15cm之間，材質多為塑料或鋁質，采樣器桿一般是可伸縮型，最大長度在1～7m，可以在岸邊或船上采樣，也有人工潛入水底采樣的情況。

本次研究在尤溪口選擇有代表性的樣點，避開污染源，采用UWIDEC柱狀采泥器采集底泥，采泥器外徑7cm，內徑6cm，底泥采上船后對底泥進行密封，立即帶回實驗室進行測定，并且保證時間間隔不大于6h。

2 結果分析

底泥耗氧總量隨時間變化趨勢如圖1所示，從實驗數據得出，SOD數據的變化分三個比較明顯的階段：0～30min、30～60min、60min至實驗結束。第一階段，由于虹吸法注入上覆水可能對底泥有一定的擾動，因此溶解氧消耗比較快，SOD 數值比較大，為 1.17mg/（m2·d）；第二階段溶解氧變化較緩，SOD數值為0.61 mg/（m2·d）而且曲線相關性較好，R2=0.911；第三階段溶解氧濃度趨于穩定，SOD數值為0.07 mg/（m2·d）。因此對于所研究區域而言，第二階段是底泥樣品最佳測試時間。

圖1 底泥耗氧量隨時間變化趨勢圖

本實驗控制溫度和水流流速不變，由于試驗底泥為淤泥狀底泥，顆粒比較細，更容易吸附水體中的有機顆粒，為底泥生物的生長創造了良好的環境，生物作用引起底泥耗氧量的增加，因此本實驗開始階段可能是生物氧化和化學氧化一起作用，耗氧量比較顯著，隨著化學氧化作用的減弱耗氧量趨于平緩，直至穩定在一定水平。

3 結論

（1）通過對河流底泥耗氧研究，建立底泥耗氧隨時間變化規律曲線，底泥耗氧可以分為三個階段，第一階段耗氧較快，第二階段耗氧變緩，第三階段耗氧趨于平緩，基本保持不變。

（2）針對本次研究河段，底泥耗氧量約在 100min之內趨于穩定。

[1]HU W F，LO W，CHUA H，et a1.Nutrient release and sediment oxygen demand in a eutrophic land-locked embayment in HongKong[J].Environment International，2001，26(5)：369-375.

[2]鄧思思，朱志偉.河流底泥耗氧量測量方法及耗氧量影響因素[J].水利水運工程學報,2013（4）: 60-66.

[3]ZHANG L，SHEN Q S，HU H Y，et a1.Impacts of corbiculafluminea on oxygen uptake and nutrient fluxes across the sedimentwater interface[J].Water，Air&SoilPollution，2011，220(1-4)：399-411.

[4]Belanger T V ,Beutha.Oxygen demand inlakeapopkaFlorida[J].Water Res.1981，15（2）：267-274.

[5]Tohru Se1ki，HirofumIzawa，Etsuji Date et at.Sedimentoxygen demand in hiroshnnabay[J].Water Res.1994,28(2): 385-393.