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富营养化大型浅水湖泊治理是目前全球范围内水环境正面临的严峻挑战。在对水体富营养化进行整治的过程中,湖泊内源氮、磷负荷由于其在沉积物-水界面环境地球化学过程的多介质参与、生物操纵等过程复杂性而常常难以得到有效地控制。同时,在冬春季节沉积物-底层水界面藻类衰亡和越冬孢子休眠,大量富含营养物的藻类残体沉降于底泥表层,加剧了底泥内源氮、磷负荷。部分沉降于底泥表层的休眠藻体可在春季适宜的温度、光照等环境条件下复苏上浮,成为来年蓝藻重新大量暴发的诱因。根据蓝藻生长四阶段理论,若能在冬季蓝藻休眠期对其进行抑制,将对蓝藻暴发的控制具有重要的意义。本文针对底泥中污染物具有明显的表积性特征以及蓝藻普遍会在底泥表层越冬的生理特性,通过对底泥不同深度原位翻耕以及压实联动的技术模拟拟将上层污染底泥及其沉降越冬的藻体孢子实现原位湮灭和控制。通过系统的研究,主要得出以下结论: (1)采用了藻体光合色素和活体蓝藻细胞(FDA和PI)等指标来指示底泥表层越冬藻体的活性分布特征,通过分析,揭示了巢湖北岸和西南岸冬季蓝藻在底泥表层的分布,以及表层底泥氮磷含量的时空分布。捕捉到冬季大幅降温使巢湖表层底泥藻体含量明显增加的证据。 (2)在室内系统开展了模拟翻耕抑制越冬蓝藻孢子的受控实验。改良了原位表层污染底泥180°原位翻转的翻耕方式,并通过比较研究发现表层底泥混匀的方式进行更接近于实际效果的翻耕操作。确定了10 cm或更大深度的翻耕能有效地消除底泥中越冬的休眠蓝藻,在翻耕实施后42 d可消除表层底泥中90%以上的活性藻体,初步提出了原位底泥混匀翻耕技术可作为控制表层底泥越冬蓝藻孢子复苏的推荐方法。 (3)系统研究了翻耕对底泥内源氮、磷释放控制的效果及机理。结合Fick定律,翻耕可减小沉积物-水界面氮磷浓度差(△C),不同深度翻耕模拟结果表明,翻耕能显著降低底泥营养盐表观扩散通量、孔隙水营养盐扩散速率和底泥营养盐的释放潜力,翻耕15cm是控制巢湖底泥氮磷内源的经济有效方法。为评估翻耕的藻源性湖泛黑臭风险,模拟分析发现翻耕抑制表层底泥的过度还原,避免了Fe(Ⅲ)向Fe(Ⅱ)的过度转换,限制了AVS的累积,抑制了FeS等致黑物质的形成,翻耕不会增加湖泛风险。 (4)采用翻耕接物理压实的联动,可较好地增加单一翻耕控藻控污效果。室内模拟实验的结果表明,采用适当程度的压强(798 Pa)就可对翻耕后足够厚度(4 cm)底泥进行压实,使表层具有较高的密实度。翻耕-压实联动,可显著降低底泥营养盐扩散通量,并强化了翻耕技术对越冬藻体的湮灭效果,保障了控污抑藻效果的稳定性。 本文提出了一种可在湖泊水底对底泥原位单一翻耕或翻耕-压实联动对越冬藻体孢子湮灭和内源控制的有效方法,所提供的翻耕深度和压实强度参数,可供巢湖西部藻类越冬区和氮磷内源释放区工程示范实验选择。底泥翻耕作为一种新的内源控制措施,其技术可行性和效果的稳定性等,还需要进行更深入的研究。