馬曉磊，徐繼榮，張德民，高華生，陳和平

1.寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院，浙江 寧波 315211

2.寧波大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院，浙江 寧波 315211

3.中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所，廣東 廣州 510301

城市內(nèi)河強(qiáng)還原性沉積物耗氧及相關(guān)因素研究

馬曉磊1，2，徐繼榮1，3*，張德民2，高華生1，陳和平1

1.寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院，浙江 寧波 315211

2.寧波大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院，浙江 寧波 315211

3.中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所，廣東 廣州 510301

2009年7—8月間選擇浙江省寧波市4條污染程度不同的內(nèi)河，采集沉積物和水質(zhì)樣品.采用自制的多管、多電極沉積物耗氧研究裝置測(cè)得沉積物耗氧(SOD)值高達(dá)13.8～9.4×104mg/(m2·h)，其中張桂河路林市場(chǎng)段(ST2站)SOD為87.0 mg/(kg·h);同時(shí)測(cè)定了各站水質(zhì)、沉積物理化指標(biāo).結(jié)果表明：水體水溫和沉積物w(氨氮)與 SOD有較高的相關(guān)性，而有機(jī)質(zhì)、底層ρ(DO)和ρ(CODCr)與SOD的相關(guān)性較差.表觀污染嚴(yán)重的站位其沉積物表現(xiàn)出強(qiáng)烈的“瞬時(shí)耗氧”現(xiàn)象，這很可能是造成水體缺氧的主要原因之一.

城市內(nèi)河;強(qiáng)還原性沉積物;SOD;瞬時(shí)耗氧

隨著城市化進(jìn)程的加快，污水排放總量不斷增加，城市內(nèi)河的污染負(fù)荷越來(lái)越大.在過(guò)去的幾十年里，我國(guó)多數(shù)城市內(nèi)河水質(zhì)都經(jīng)歷了從可飲用到魚(yú)蝦絕跡、黑臭難耐的惡化過(guò)程，內(nèi)河水環(huán)境治理已成為當(dāng)務(wù)之急.目前對(duì)于城市內(nèi)河水環(huán)境的研究多集中于水體有機(jī)物污染和富營(yíng)養(yǎng)化［1-7］，對(duì)沉積物的研究主要集中在重金屬元素［8-13］的存在形態(tài)方面.而城市內(nèi)河沉積物中有機(jī)質(zhì)累積造成的內(nèi)源性污染，尤其是沉積物的耗氧引發(fā)的水體缺氧癥往往是水環(huán)境改善的瓶頸.

沉積物耗氧(SOD)指水體底部沉積物消耗上覆水中溶解氧(DO)的速率［14］.研究［15］指出，沉積物耗氧約占整個(gè)水體耗氧的90%，對(duì)其上覆水DO含量影響很大［16-19］.影響 SOD的根本因素是沉積物生物學(xué)成分，如沉積物有機(jī)質(zhì)含量和宏觀生物或微生物密度.其他比較重要的影響因素有沉積物－水界面的溫度、河流深度［20-21］和上覆水流速［22-23］等.TODD等［24］測(cè)得佐治亞洲黑水河 SOD值為20.5～591.2 mg/(m2·h)，高于文獻(xiàn)報(bào)道［25］的 18 倍以上，并且指出，固體有機(jī)碳和總有機(jī)碳可以作為SOD的預(yù)測(cè)指標(biāo).UTLEY等［26］指出，不同河流的低溶解氧含量和SOD值較高問(wèn)題可能受不同因素的影響.國(guó)內(nèi)對(duì)蘇州河的研究［27］發(fā)現(xiàn)，SOD季節(jié)變化明顯.水體長(zhǎng)期缺氧使得水體和沉積物環(huán)境發(fā)生一系列變化，如沉積物－水界面宏觀底棲生物消失，微生物代謝對(duì)有機(jī)質(zhì)的作用從好氧降解變?yōu)閰捬踅到?，CO2，H2O，NO3－和SO42－作為氧的電子供體轉(zhuǎn)變?yōu)镃H4，NH3，H2S和有機(jī)酸等還原性物質(zhì)［28］. 研究城市內(nèi)河強(qiáng)還原性沉積物耗氧量及其環(huán)境因子的相關(guān)性，是該研究的主要目的.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

1.1.1 采樣站位

在寧波市城區(qū)選擇了污染程度不同的4條河流設(shè)4個(gè)站位，分別位于寧波市區(qū)的江北大河中段、張桂河路林市場(chǎng)段、中塘河?xùn)|段和西塘河?xùn)|段，并分別編 號(hào) 為 ST1(29°54′24.6″N，121°35′24.3″E)，ST2(29°54′16.2″N，121°35′36.5″E)，ST3(29°51′10.3″N，121°35′30.4″E)，ST4(29°52′46.3″N，121°31′23.4″E).中塘河與西塘河是寧波市的主要景觀河道，江北大河是連接城郊的河道，張桂河是污染較為嚴(yán)重的城中村河道，水體顏色為渾濁的黑色.

圖1 采樣站位Fig.1 Positon of the sample sites

1.1.2 采樣裝置和方法

使用容積為2.5 L的有機(jī)玻璃采樣器采集水樣，用聚乙烯塑料瓶(500 mL)貯存，采樣后立即送至實(shí)驗(yàn)室分析.為了使沉積物物樣品的層次不被破壞，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，使用USSC－Ⅱ單管無(wú)擾動(dòng)沉積物采樣器［29］采集沉積物樣品.采樣管也是培養(yǎng)管(透明PC材制，內(nèi)徑50 mm，管長(zhǎng)350 mm).采樣時(shí)可以清楚地觀察到沉積物是否受到了明顯擾動(dòng)，如果樣品受到擾動(dòng)，將舍棄重新采集.

每個(gè)站位設(shè)6個(gè)采樣點(diǎn)(4個(gè)站位共24個(gè))，采集6個(gè)用于SOD研究的沉積物樣品，以培養(yǎng)管貯存;同時(shí)采集用于理化分析的沉積物樣品，以聚乙烯塑料袋貯存.樣品立即送往實(shí)驗(yàn)室并在4 h之內(nèi)測(cè)定SOD及相關(guān)因子.

1.2 分析方法

1.2.1 理化參數(shù)分析

使用在線(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀(Multi 340i，德國(guó)WTW公司)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)各站位水體溫度，p H，電導(dǎo)率和ρ(DO).水樣和沉積物樣品的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析方法均參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［30］.采用自行設(shè)計(jì)的多管、多電極裝置測(cè)定SOD.

1.2.2 SOD測(cè)量裝置與方法

通常不同采樣點(diǎn)沉積物中有機(jī)質(zhì)和耗氧物質(zhì)含量差異較大，常用的單管SOD測(cè)定裝置存在沉積物樣品代表性差和測(cè)定效率較低等缺點(diǎn).筆者設(shè)計(jì)了多管、多電極SOD研究裝置(見(jiàn)圖2)，主要由恒溫水箱、柱狀沉積物采樣管(用于直接采樣和培養(yǎng))、循環(huán)泵組成.采樣管的數(shù)量可根據(jù)需要選用1～6根，相鄰采樣管間用塑料管串聯(lián).根據(jù)研究需要可在培養(yǎng)管中置入DO，氧化還原電位(ORP)和S2－選擇電極等，同時(shí)測(cè)定上覆水中ρ(DO)，ORP值和 S2－電極電位等參數(shù)隨時(shí)間的變化，其測(cè)定結(jié)果是各培養(yǎng)管的平均值.

圖2 多管、多電極SOD測(cè)量裝置Fig.2 SOD measuring device equipped with multi-electrodes＆tubes

試驗(yàn)過(guò)程中控制采樣管中泥柱高度為10 cm或稱(chēng)取一定質(zhì)量沉積物置于底端密封的采樣管中，采用DO飽和的純水替代河水作為沉積物上覆水，用微型蠕動(dòng)泵(德國(guó)GroTech，流量為0～120 mL/min)內(nèi)部循環(huán)6個(gè)培養(yǎng)管中上覆水，同時(shí)記錄各參數(shù)變化，當(dāng)DO電極電位值穩(wěn)定時(shí)(3 h或不再變化)結(jié)束測(cè)量.SOD計(jì)算公式為：

SOD= Δρ(DO)·V/M·t

式中，Δρ(DO)為上覆水 ρ(DO)變化值，即 DO消耗量，mg/L;V為上覆水體積，m3;t為ρ(DO)變化達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)長(zhǎng)，h;M為沉積物質(zhì)量，g.

2 結(jié)果

2.1 SOD測(cè)定結(jié)果

由表1可知，ST2站 SOD值最大，是 ST4站的7 000多倍，ST1和 ST3站的SOD值屬同一數(shù)量級(jí).而在測(cè)定ST2站SOD時(shí)，發(fā)現(xiàn)ρ(DO)在2 min降至0 mg/L，考慮到電極的響應(yīng)時(shí)差，實(shí)際時(shí)間可能更短.鑒于該站沉積物瞬時(shí)耗氧十分強(qiáng)烈，SOD值過(guò)高，上覆水中DO在極短的時(shí)間內(nèi)耗盡，不能完成后續(xù)“非瞬時(shí)耗氧”量測(cè)定.為此，取10 g ST2站沉積物置于培養(yǎng)管中，以DO飽和的純水作為上覆水，測(cè)其耗氧量為 3.2 mg/L，SOD 為 87.0 mg/(kg·h)〔見(jiàn)圖 3(a)〕.

為了研究瞬時(shí)耗氧在沉積物總耗氧中所占比例，取10 g ST2站沉積物進(jìn)行了14 d的SOD研究〔見(jiàn)圖3(b)〕.ST2站“瞬時(shí)耗氧”量(DO消耗量)為1.5 mg/L(前7.5 h)，占總耗氧量的26%，“瞬時(shí)耗氧”段〔如圖 3(b)〕的 SOD平均值為 11.6 mg/(kg·h)，而剩余時(shí)間的 SOD平均值為 0.9 mg/(kg·h).為了研究溫度對(duì) SOD的影響，取10 g ST2站沉積物.在10，20和30℃下測(cè)DO消耗量分別為 1.3，3.3和 4.4 mg/L，SOD 分別為 3.5，9.1 和12.1 mg/(kg·h)(見(jiàn)圖4).3個(gè)溫度下均存在“瞬時(shí)耗氧”現(xiàn)象，其耗氧量分別占測(cè)量時(shí)段內(nèi)總耗氧量的86%，61%和77%.

表1 各站SOD測(cè)定結(jié)果Table 1 SOD of the sites

圖3 ST2站位沉積物(10 g)的DO消耗量變化Fig.3 DO consumption curve of sediment(10 g)from ST2

圖4 ST2站位不同溫度下沉積物(10 g)DO消耗量變化Fig.4 DO consumption curves of sediment(10 g)from ST2 under different temperature

圖5 ST1站DO消耗量曲線(xiàn)Fig.5 DO consumption curve of sediment from ST1

由圖5可知，498 min時(shí)，由于上覆水中 DO被耗盡，ST1站 DO消耗量不再增加，此時(shí) SOD值為263.2 mg/(m2·h)，更換上覆水后發(fā)現(xiàn)DO消耗量下降趨勢(shì)明顯，與之前不同的是，ρ(DO)降低至 4.0 mg/L后，下降趨勢(shì)變緩，最終趨于穩(wěn)定，此時(shí)SOD值為431.3 mg/(m2·h).因此，ST1站的實(shí)際 SOD值應(yīng)為 694.5 mg/(m2·h).

2.2 各站水質(zhì)因子測(cè)定結(jié)果

由表2可知，現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)指標(biāo)中各站的水溫最大相差4℃，pH最大差值為0.3，ST1和 ST4站表層ρ(DO)明顯高于其他兩站，ST2站的表層ρ(DO)最低，各站底層ρ(DO)均在0.3 mg/L左右.說(shuō)明各站沉積物均處于缺氧狀態(tài).

表2 各站水質(zhì)因子測(cè)定結(jié)果Table 2 Results of the water quality factors measurement

2.3 沉積物理化因子實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果

ST2站SOD最高，ST1站和ST3站的 SOD屬于同一數(shù)量級(jí)，只有w(氨氮)符合該規(guī)律(見(jiàn)表 3).SOD最低的 ST3站的w(有機(jī)質(zhì))和w(總氮)最高，SOD最高的 ST2站的w(有機(jī)質(zhì))居中，其w(總氮)與ST1站相同.3個(gè)站沉積物pH均比上覆水低.總體上，各站沉積物的w(總氮)，w(氨氮)和w(總磷)均明顯高于水體.

表3 ST1，ST2和ST3站底質(zhì)測(cè)定結(jié)果Table 3 Results of ST1，ST2，ST3 sediments measurement

2.4 沉積物上覆水ORP電極和S2－選擇電極電位的變化

自制 SOD研究裝置在測(cè)定ST4站 SOD的同時(shí)，用ORP電極和S2－選擇電極檢測(cè)上覆水中ORP和S2－電極電位的變化(見(jiàn)圖6).

圖6 ST4站的DO消耗量，ORP電極和S2－選擇電極示數(shù)變化曲線(xiàn)Fig.6 Profile of DO，ORP and S2－ curve of ST4

從圖6可知，水體ORP不斷升高，S2－選擇電極電位逐漸下降.說(shuō)明隨著ρ(DO)的消耗，水體中的ORP和S2－含量變化存在特定的趨勢(shì)關(guān)系.

3 討論

3.1 沉積物的瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象與耗氧特性曲線(xiàn)

用純水替代上覆水測(cè)ST2站SOD時(shí)發(fā)現(xiàn)耗氧量極高的瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象.電極測(cè)量結(jié)果表明，在2 min內(nèi)電極ρ(DO)示數(shù)從最初的7.0 mg/L迅速降為0 mg/L，考慮到DO電極測(cè)量的響應(yīng)時(shí)間，DO被耗竭的時(shí)間可能比2 min更短，該現(xiàn)象說(shuō)明沉積物－水體界面發(fā)生了瞬時(shí)的氧化還原反應(yīng).因?yàn)樗俾蕵O高，所以瞬時(shí)耗氧過(guò)程不可能是生化耗氧過(guò)程，而可能是沉積物向水體中擴(kuò)散的能夠發(fā)生快速耗氧的強(qiáng)還原性物質(zhì)，即“瞬時(shí)耗氧”物質(zhì)的耗氧過(guò)程.“瞬時(shí)耗氧”物質(zhì)可能是 H2S，F(xiàn)eS，羥胺(NH2OH)，硫醇，有機(jī)酸及一些強(qiáng)還原性硫化物或某種反應(yīng)中間體，具體成分有待進(jìn)一步研究確認(rèn).因?yàn)橛鲅跫幢谎趸?，故瞬時(shí)耗氧物質(zhì)的快速耗氧特性用傳統(tǒng)的檢測(cè)方法難以進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，并且通常用作沉積物耗氧指標(biāo)的CODCr和有機(jī)質(zhì)含量值中并不包括該類(lèi)物質(zhì)的耗氧.

按照單位質(zhì)量耗氧量87.0 mg/(h·kg)計(jì)算，則1 kg沉積物至少可完全消耗10.7～11.7 L水中的DO.該現(xiàn)象說(shuō)明嚴(yán)重污染的沉積物耗氧作用非常強(qiáng)烈，是導(dǎo)致水體黑臭的重要原因.

研究［30］認(rèn)為，一般情況下嚴(yán)重污染至黑臭的河流水體中 DO被消耗的過(guò)程分4個(gè)階段［31］：還原性耗氧階段，生物化學(xué)碳耗氧第Ⅰ階段(CBODⅠ)，生物化學(xué)氮耗氧(NBOD)階段和生物化學(xué)碳耗氧第Ⅱ階段(CBODⅡ).試驗(yàn)中的瞬時(shí)耗氧速率非常快，占水環(huán)境整體耗氧的比重很大，不能簡(jiǎn)單地劃分為4階段耗氧曲線(xiàn)中的第Ⅰ階段.筆者假設(shè)在長(zhǎng)期厭氧的條件下生物對(duì)底泥作用產(chǎn)生了一些強(qiáng)還原性的“瞬時(shí)耗氧物質(zhì)”.該類(lèi)耗氧物質(zhì)可能是河流水環(huán)境耗氧的主要因素之一，也是能夠最先、最快地消耗水體DO的物質(zhì).因此，筆者認(rèn)為，污染嚴(yán)重的城市內(nèi)河水體中DO被消耗的過(guò)程很可能存在5個(gè)階段：瞬時(shí)耗氧階段，一般氧化還原耗氧階段，CBODⅠ，NBOD階段和CBODⅡ(見(jiàn)圖7).

圖7 DO消耗量變化5個(gè)階段曲線(xiàn)Fig.7 Curve of five DO comsumption stages

3.2 SOD與相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系

水溫與藻類(lèi)等植物光合作用共同影響水體DO，水溫升高 DO飽和度下降，藻類(lèi)繁盛則表層ρ(DO)增高，在水體溫度與沉積物－水界面溫度基本同步的情況下，水體溫度對(duì)沉積物微生物活性的影響較大.總體上水體溫度對(duì)DO的來(lái)源和去向都有較大影響.圖4中不同溫度下ST2站單位質(zhì)量沉積物耗氧曲線(xiàn)表明，隨著水溫升高耗氧量增加，該結(jié)果與林衛(wèi)青等［27］對(duì)蘇州河不同季節(jié)耗氧量的研究結(jié)果一致.水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)偏高的ST3站水質(zhì)處于明顯的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，大量浮游藻類(lèi)光合作用產(chǎn)生O2在一定程度上可以改善水體－沉積物界面的厭氧條件，但是大量藻類(lèi)死亡后將會(huì)產(chǎn)生新的有機(jī)耗氧物質(zhì)，加重水體厭氧，促進(jìn)生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的厭氧降解，進(jìn)而產(chǎn)生大量還原性產(chǎn)物或瞬時(shí)耗氧物質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)生高SOD現(xiàn)象.ST2與ST4站除表層ρ(DO)相差4.8 mg/L，其他水質(zhì)指標(biāo)基本相近，但二者的 SOD相差很大.這說(shuō)明瞬時(shí)耗氧物質(zhì)的產(chǎn)生可能主要取決于沉積物的種類(lèi)和特性.徐祖信等［32］研究了蘇州河沉積物對(duì)上覆水水質(zhì)影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，沉積物SOD與水體 ρ(DO)(1～6 mg/L)成反比(R2=0.637 3)，而該研究4個(gè)站的表層ρ(DO)(0.7～5.8 mg/L)和底層ρ(DO)(≤0.4 mg/L)均不符合該規(guī)律，這可能是由于沉積物SOD與水體ρ(DO)的相關(guān)性與水質(zhì)污染程度存在一定關(guān)系，當(dāng)河流污染導(dǎo)致水體底層ρ(DO)均處于較低水平時(shí)，ρ(DO)很可能不再是影響 SOD的主要因素.有報(bào)道［33-34］指出，ρ(CODCr)與沉積物SOD具有正相關(guān)性，即證明水體中有機(jī)物的濃度受底泥中有機(jī)污染的影響.也有報(bào)道［35-36］指出，SOD 與水體ρ(CODCr)不具有絕對(duì)的正相關(guān)性，因?yàn)槌练e物中還原性有機(jī)污染物質(zhì)向水體擴(kuò)散引起ρ(CODCr)增高外，水體中腐爛的浮游生物也可能對(duì)其有較大貢獻(xiàn)，故不同水體環(huán)境條件下影響水體ρ(CODCr)的主要因素不同.這可能也是各站水體ρ(CODCr)與SOD不具相關(guān)性的主要原因，ρ(CODCr)最高的 ST3站其ρ(葉綠素a)遠(yuǎn)高于其他站.

3.3 沉積物有機(jī)質(zhì)含量與沉積物耗氧的關(guān)系

沉積物中一部分還原性的有機(jī)質(zhì)可以直接消耗水體DO，此外，一部分有機(jī)質(zhì)通過(guò)微生物降解間接消耗水體DO.微生物在不同條件下對(duì)不同特性的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行降解產(chǎn)生多種類(lèi)型的產(chǎn)物.天然有機(jī)質(zhì)是穩(wěn)定性極好的天然腐殖質(zhì)類(lèi)物質(zhì)，在實(shí)際自然條件下其氧化過(guò)程極為緩慢和有限，不會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生污染危害［37］.城市污水中的有機(jī)質(zhì)不同于天然有機(jī)質(zhì)，前者更易懸浮和降解，長(zhǎng)期厭氧條件下微生物對(duì)其進(jìn)行厭氧降解產(chǎn)生的還原性產(chǎn)物很可能是SOD大幅增高的主要原因.SOD最高的ST2站有機(jī)質(zhì)含量并不是最高的.這說(shuō)明盡管有機(jī)質(zhì)含量是造成沉積物耗氧的主要原因，但微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)作用產(chǎn)物對(duì)河流水體ρ(DO)的影響不容忽視.如果單純以有機(jī)質(zhì)來(lái)估量河流沉積物耗氧情況很可能產(chǎn)生較大的偏差.另一方面，沉積物產(chǎn)生瞬時(shí)耗氧現(xiàn)象很可能需要包括較低或很低的ρ(DO)值在內(nèi)的其他某些特定環(huán)境條件.BORSUK等［38］提出了利用有機(jī)物含量預(yù)測(cè)底部SOD的貝葉斯遞階模型，但其研究對(duì)象為河口與海岸區(qū)域，無(wú)論是水體的物化特性還是水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)都與該試驗(yàn)所選研究對(duì)象差別較大.也有文獻(xiàn)［39-40］指出，不同水體環(huán)境的SOD受不同的主要因素影響.該研究中除有機(jī)質(zhì)外引起高SOD現(xiàn)象的具體原因仍需要進(jìn)一步探尋.

4 結(jié)論

a.寧波市內(nèi)河SOD最高值達(dá)9.4×104mg/(m2·h)，比美國(guó)佐治亞洲黑水河的 SOD值〔591.2 mg/(m2·h)〕還要高出159倍.強(qiáng)還原性沉積物耗氧是水質(zhì)改善的瓶頸，在治理具明顯“瞬時(shí)耗氧”現(xiàn)象的內(nèi)河時(shí)，采取清淤措施非常必要，否則水體缺氧狀況難以改善.

b.寧波市內(nèi)河沉積物SOD與水溫和w(氨氮)有良好的相關(guān)性.

c.寧波內(nèi)河中的城中村黑水河(ST2站)的沉積物內(nèi)含有大量“瞬時(shí)耗氧”物質(zhì)，是造成水體嚴(yán)重缺氧的主要原因之一.

d.改進(jìn)的SOD研究裝置具有多管、多電極的特點(diǎn)，可以更好研究?jī)?nèi)河沉積物的耗氧量，包括瞬時(shí)耗氧量，并能同步測(cè)定沉積物耗氧過(guò)程中上覆水ORP，pH和S2－等理化因子的變化.

e.試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的沉積物瞬時(shí)耗氧物質(zhì)，遇氧時(shí)會(huì)立即被氧化，推斷可能是一些N，S的還原性物質(zhì)及還原性有機(jī)物質(zhì)，其主要成分有待進(jìn)一步研究.

［1］ 王煥松，雷坤，李子成，等.遼東灣海域水體富營(yíng)養(yǎng)化的模糊綜合評(píng)價(jià)［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2010，23(4)：413-419.

［2］ LIU W，QIU R L.Water eutrophication in China and the combating strategies［J］.Journal of Chemical Technology ＆Biotechnology，2007，82(9)：781-786.

［3］ 濮培民，王國(guó)祥，胡春華，等.底泥疏浚能控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)化嗎? ［J］.湖泊科學(xué)，2000，12(3)：269-279.

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

［5］ 袁文權(quán)，張錫輝，張麗萍.不同供氧方式對(duì)水庫(kù)底泥氮磷釋放的影響［J］.JournaL of Lake Sciences，2004，16(1)：28-34.

［6］ 葉恒朋，陳繁忠，盛彥清，等.覆蓋法控制城市河涌底泥磷釋放研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26(2)：262-268.

［7］ 張毓祥，劉登國(guó).底泥營(yíng)養(yǎng)物通量研究進(jìn)展［J］.上海環(huán)境科學(xué)，2009，28(3)：125-129.

［8］ 胡忻，曹密.南京市內(nèi)河道沉積物中重金屬元素形態(tài)及Pb穩(wěn)定同位素組成［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2009，22(4)：398-403.

［9］ 張鳳榮，儲(chǔ)昭升，金相燦，等.洞庭湖平原中小型湖群沉積物鉻污染特征與評(píng)價(jià)［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2009，22(12)：1420-1425.

［10］ 楊麗原，沈吉，張祖陸，等.南四湖表層底泥重金屬污染及其風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)［J］.湖泊科學(xué)，2003，15(3)：180-214.

［11］ 張立，袁旭音，鄧旭.南京玄武湖底泥重金屬形態(tài)與環(huán)境意義［J］.湖泊科學(xué)，2007，19(1)：63-69.

［12］ 龔霞，劉淑娟，曹維鵬，等.鄱陽(yáng)湖及支流底泥中重金屬形態(tài)研究［J］.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26(4)：620-624.

［13］ 呂文英，周樹(shù)杰，黃強(qiáng)南.珠江長(zhǎng)州斷面底泥重金屬污染潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)［J］.水資源保護(hù)，2009，25(3)：22-28.

［14］ HATCHER K.Introduction to part 3：sediment oxygendemand measurement［C ］//Sediment oxygen demand： processes，modeling，and measurement.Athens，Georgia：Institute of Natural Resources，University of Georgia，1986：301-305.

［15］ BOWMAN G，DELFINO J.Sediment oxygen demand techniques：a review and comparison of laboratory and in situ systems［J］.Water Res，1980，14(5)：491-499.

［16］ PARR L，MASON C.Causes of low oxygen in a lowland，regulated eutrophic river in Eastern England ［J］.Sci Total Environ，2004，321(1/2/3)：273-286.

［17］ WALKER R，SNODGRASS W.Model for sediment oxygen demand in lakes［J］.Environ Engineering，1986，12(1)：25-43.

［18］ 李文紅，陳英旭，孫建平.不同溶解氧水平對(duì)控制底泥向上覆水體釋放污染物的影響研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22(2)：170-173.

［19］ 喬士斌，林欽.大鵬澳網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物耗氧的初步研究［J］.南方水產(chǎn)，2006，2(3)：32-39.

［20］ ZIADAT A H，BERDANIER B W.Stream depth significance during in-situ sediment oxygen demand measurements in shallow streams［J］.Journal of the American Water Resources Association，2004，40(3)：631-638.

［21］ MAKENTHUN A，STEFAN H G.Effect of flow velocity on sediment oxygen demand experiments［J］.Environ Engineering，1998，124(3)：222-230.

［22］ TRUAXETA，TRUAX D D，SHINDALA A，et al.Comparison of two sediment oxygen demand measurement techniques［J］.Environ Engineering，1995，121(9)：619-624.

［23］ 王敏，張明旭.蘇州河武寧路斷面底泥需氧量的測(cè)定［J］.上海環(huán)境科學(xué)，2003，22(6)：418-422.

［24］ TODD J，VELLIDIS G，LOWRANCE R R，et al.High sediment oxygen demand within an in-stream swamp in Southern Georgia：implications for low dissolved oxygen levels in coastal blackwater streams［J］.Journal of the American Water Resources Association，2009，45(6)：1493-1507.

［25］ TRUAX，D D，SHINDALA A，SARTAIN H.Comparison of 2 sediment oxygen-demand measurement techniques［J］.Journal of Environmental Engineering，1995，121(9)：619-624.

［26］ UTLEY C B，LOWRANCE R，SMITH MC.Factors affecting sediment oxygen demand dynamicsin blackwater in streams of Georgias's Coastal Plain［J］.American Water Resource Association，2008，4(3)：742-754.

［27］ 林衛(wèi)青，顧友直.蘇州河底泥的耗氧量［J］.上海環(huán)境科學(xué)，2001，20(5)：212-216.

［28］ ROGER N R.Introduction to environmental analysis［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：22-23.

［29］ 王紹友，徐繼榮.一種無(wú)邊界擾動(dòng)的單管無(wú)擾動(dòng)采樣器：中國(guó)，ZL200410026847.3［P］.2004-04-13.

［30］ 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法［M］.4版.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［31］ 徐祖信.河流污染治理技術(shù)與實(shí)踐［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2003：364-365.

［32］ 徐祖信，張錦平，廖振良，等.蘇州河底泥對(duì)上復(fù)水水質(zhì)污染影響［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2005，18(6)：1-3.

［33］ 朱廣偉，陳英旭，周根娣，等.運(yùn)河(杭州段)沉積物耗氧物質(zhì)釋放的模擬試驗(yàn)研究［J］.環(huán)境污染與防治，2002，24(4)：232-235.

［34］ MIKE B，CHANG H J.Multi-scale analysis of oxygen demand trends in an urbanizing Oregon watershed，USA［J］.Environ Manage，2008，87：567-581.

［35］ GIORDANI P，HELDER W，KONING E，et al.Gradients of benthic-pelagic coupling and carbon budgets in the Adriatic and Northern Ionian Sea［J］.Journal of Marine Systems，2002：33/34：365-387.

［36］ MIDDELBURG J J，DUARTE C M，GATTUSO J P.Respirationin coastal benthic communities［M］.New York：Oxford University Press，2005：206-224.

［37］ 張宇，陳靜生，于濤，等.對(duì)黃河泥沙有機(jī)質(zhì)的溶解特性和降解特性的研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24(1)：1-5.

［38］ BORSUK M E，HIGDON D，STOW C，et al.A Bayesian hierarchical model to predict benthic oxygen demand from organic matter loading in estuaries and coastal zones［J］.Ecological Modelling，2001，143(3)：165-181.

［39］ MAKOTO H，HEINZ G S.Sedimentary microbial oxygen demand for laminar flow over a sediment bed of finite length［J］.Water Res，2005，39(14)：3153-3166.

［40］ MOHAMED MH.Modeling nitrogen-carbon cycling and oxygen consumption in bottom sediments［J］.Advances in Water Resources，2007，30(1)：59-79.

Research on Sediment Oxygen Demand and Related Factors for Strong Reductive Sediments in Urban Rivers

MA Xiao-lei1，2，XU Ji-rong1，3，ZHANG De-min2，GAO Hua-sheng1，CHEN He-ping1
1.Faculty of Architectural Civil Engineering and Environment，Ningbo University，Ningbo 315211，China
2.College of Life Science and Biotechnology，Ningbo University，Ningbo 315211，China
3.South China Sea Institute of Oceanography，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510301，China

Water and sediment samples were collected from urban rivers of four different pollution levels in the city of Ningbo during July to August，2009.SOD(sediment oxygen demand)for each sample was tested using a homemade SOD device equipped with multielectrodes and tubes.Water quality and physical-chemical index of the sediments from all stations were also analyzed.The SOD per area unit were between 13.8 mg/(m2·h)and 9.4 × 104mg/(m2·h) ，and SOD per mass unit was 87.0 mg/(kg·h)in Station 2(ST2).It was clearly shown that there was a significant correlation between water temperature and the concentration of ammonia nitrogen in the sediment with SOD.However，there was no significant correlation between organic matter，DO(dissolved oxygen)and CODinin bottom-layer water with SOD.It was found that sediments from apparently heavily polluted stations appeared to have a strong“instantaneous oxygen consumption”phenomenon，which might be one of the main factors causing anoxia in the waters.

urban river;strong reductive sediments;SOD;instantaneous oxygen consumption

X522

A

1001－6929(2010)12－1499－07

2010－04－19

2010－08－20

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40676073)

馬 曉 磊 (1986 － )， 女， 山 西 大 同 人，maxiaolei5212000@yahoo.com.cn.

*責(zé)任作者，徐繼榮(1955－)，男，安徽宣城人，研究員，主要從事環(huán)

境監(jiān)測(cè)，xujirong@nbu.edu.cn