上海世博園后灘濕地公園水體底泥特征與污染指數分析

唐士芳，龔玲玲，王江南，左書華

(1.上海世博發展(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”等工業遺存景觀與現代休閑體驗場所，創造了多種形式的近自然生態景觀[1-2]。但由于后灘所在區域的特征，現有后灘濕地公園的生態系統水質凈化功能退化，對標“世界一流公園”還存在一定差距。根據上海市要求，后灘公園作為世博文化公園主要部分，將定位為“自然生態、文化融合、科技創新、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，對于園區濕地景觀構建與水體生態恢復、建設綠色生態、可持續發展的大都市具有重要的現實意義。

水體底泥是水域生態系統和生態環境的主要組成部分。它可以不斷容納無機顆粒沉積物和有機生物殘體等物質，成為主要污染源營養物質的主要蓄積地。底泥性質不僅可反映水體污染狀況，也可對水體環境和水生生態系統產生重要影響。近年來, 底泥污染對水體富營養化、水質和生態風險的影響受到工程師和研究者的普遍關注[3-7]。本文以世博園區后灘濕地公園水體底泥為研究對象，分析底泥營養物質分布特征和有機污染指數，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治理提供科學依據。

2 材料與方法

2.1 底泥樣點布設與采集

由圖1可知，在后灘公園南端景觀建筑物望止橋至1#門區域，設置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值可直接現場分析。其他參數的測定，需將樣品在室內晾干，初步剔除其中的粗雜質，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(重鉻酸鉀容量法-外加熱法)。

采用有機指數評價水體底泥肥力，反映富營養化潛力[8]。底泥有機指數為有機碳和有機氮的乘積，有機碳=有機質(%) /1.24；有機氮=總氮(%)×0.95。

如有機指數<0.03 為貧清潔(I)；0.03～0.05 為中清潔(Ⅱ) ；>0.05 為肥污染(Ⅲ)。

3 結果與分析

3.1 底泥物理性狀

根據現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

根據上述分析方法，得到各監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為后灘公園各監測點底泥pH值。從結果看，各監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。根據相關研究表明[9]，城市水體底泥的pH值與區域內土壤的成分和特征有關。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育形成的石灰性沖積平原土壤，其酸堿性質多為中偏堿性。這與上述檢測結果一致。

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的產生造成影響，是制定底泥處置對策的關鍵。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

表1和圖3給出了后灘公園各監測點底泥的有機質含量。從中可知，后灘公園水體底泥有機質含量平均為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，有機質含量為39.0 g/kg；1#、4#、5#有機質含量分別為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含量普遍較低。

圖3 后灘公園水體底泥有機質含量

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

底泥中氮磷營養鹽是形成水體富營養化的主要因素，在一定程度上代表了水體或土壤中生物生產力的水平。氮磷含量是生態系統中水體氮磷沉積與釋放動態平衡的結果[6]。

依據1.2節中的方法計算有機指數，來反映底泥的營養化程度。有機指數計算結果見圖6。由此可見，后灘公園水體底泥有機污染指數平均為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、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和營養元素，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

通過對底泥營養物質理化指標的分析，說明后灘公園水體營養元素含量較大，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污染影響較為嚴重，引水河流生態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 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鹽、有機質含量、pH值和含水率等理化指標。結果表明，有機質為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。