沉积物是氮、磷等生源要素的重要储存库，它在净化上覆水环境的同时，也在一定程度上发挥着营养源的作用，对水生态系统的物质循环和能量流动发挥着重要作用，成为富营养化的主导因子。沉积物中的氮、磷在一定程度上反映出水体的污染状况。当外源污染得到控制时，内源负荷的沉积物仍会对水体产生显著影响。自然状态下，浅水湖泊水土界面不断受到风浪扰动导致沉积物大量悬浮，再悬浮过程所产生的内源释放是湖泊富营养化的重要影响因素。

    目前对湖泊内流泥、藻种和轻质污染物的清除方法多为底泥疏浚。底泥疏浚常存在流泥、藻种和比重小污染物易受水动力作用产生运动，导致未疏浚区流泥态的沉积物再悬浮后输移至已疏浚区，降低疏浚效果的不足。疏浚作业受风浪水位变化的影响，其疏浚的底泥厚度很难控制，时常出现超厚度疏浚现象，增加底泥疏浚量，因此需要大面积大容量的排泥场。此外疏浚还会破坏湖底沉积物生态系统，底泥中软体动物螺、贝、蚌及微生物群落，以及水生植被均会不同程度受到损害，不利于湖底生态系统净化污染物能力的维持。生态疏浚，虽然在一定的程度上对疏浚深度控制较好，但是，疏浚出污染底泥中含水量较大，需要在排泥场添加絮凝剂脱水，尾水还会形成二次污染。此外疏浚作业面积较大成本较高，效率较低。

    湖底较浅的表层沉积物中污染物含量比较高，富含有机碎屑，具有比重小、易发生流动的特点，在湖泊风浪扰动和湖流迁移作用下会在湖体中自由运动，反复进入上覆水，提供藻类等生长的营养盐，严重抵消流域富营养化湖泊水污染治理的效果，是湖泊富营养化控制和目前湖泊内污染控制的短板及瓶颈。针对这一问题，在国家水专项课题、国家自然科学基金等项目的资助下，中国科学院南京地理与湖泊研究所胡维平研究员团队基于上述湖底沉积物输移规律，通过在湖底进行抽槽，增加局部水深，营造静水环境，消除其再悬浮和移动的动力，实现颗粒物捕获。在湖底颗粒物输移通道构建深槽，当颗粒物经该槽时在重力作用下会向下沉降，与湖水分离，其水平输移被阻断。在深槽内，后续捕获颗粒物会不断地覆盖在前期捕获的颗粒物上，前期捕获物承受压力不断增加，捕获物间水分排出、体积缩小，维持槽对湖底高污染颗粒物和藻种持续收集功能。当深槽捕获的颗粒物淤积到一定量时，用挖掘机直接将槽内颗粒物清除移出湖体，恢复深槽捕获颗粒物功能，同时从湖泊中去除氮、磷、藻种等物质，减少其在湖泊内部的累积。

图1 技术原理

    通过近5年的研发、原位试验和长荡湖、滆湖推广应用检验，证明了湖底抽槽可以显著捕获富含氮磷的细颗粒物，尤其可以更大程度地捕获可交换态的磷。湖底抽槽内沉积物中微生物丰富度和多样性较陷阱外显著降低，硝化与反硝化菌种丰度降低，同时湖底抽槽内的低温与低溶氧环境，有利于槽内沉积物的固氮过程。该技术利用风能、湖泊水能等自然能汇集、扫除湖库表层富含有机质、氮磷和藻种的颗粒物，减少氮磷在湖泊内部的累积，拓宽了湖泊水动力在环境污染控制中效用，创新了湖泊水文学科在湖泊内污染治理中应用的新途径。

    相关成果发表在Journal of Hydrology、Chemosphere、Journal of Environmental Management、中国环境科学等国内主流环境期刊上。该技术“湖底表层污染物和藻种扫除收集与捕获内源一体化方法”获授权美国发明专利，该发明详细介绍了该技术的应用区域、应用边界、应用标准、应用效益，为浅水湖泊内污染的长效控制提供了全新的技术手段。

    论文链接：

    https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129245

    https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.136081

    https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113798

图2  专利授权证书