2.2沉積物-水微界面pH垂向分布

搖蚊組和對(duì)照組沉積物-水界面中pH的分布情況如圖2所示?？梢钥闯?，對(duì)照組和搖蚊組沉積物中pH值隨深度的增加而減小，3個(gè)階段表層沉積物-45 mm以上的pH值垂向變幅較大，-45 mm以下基本上穩(wěn)定。在3個(gè)時(shí)段對(duì)照組的pH平均值為6.9、7.5、7.4，搖蚊組為6.8、7.7、7.5。加入搖蚊幼蟲(chóng)后的前5天，上覆水pH值無(wú)顯著變化，沉積物0～-20 mm的pH值迅速減小，后變化趨勢(shì)減弱，-25 mm處又開(kāi)始緩慢回升；在加入搖蚊幼蟲(chóng)后的第5天，兩組間隙水中的pH多分布在7.3～8.4之間；在加入搖蚊幼蟲(chóng)后的第15天，對(duì)照組0～-10 mm變幅較大，搖蚊組在0～-8 mm的pH隨深度增加呈波狀變化，且在-6～-12 mm處搖蚊組和對(duì)照組pH差值為0.3～0.5。從加入搖蚊幼蟲(chóng)的第5天到加入搖蚊幼蟲(chóng)的第15天，搖蚊擾動(dòng)深度的逐漸加深，搖蚊組與對(duì)照組間隙水pH值的最大差異點(diǎn)也隨之加深。

圖2不同處理組沉積物pH剖面分布

通過(guò)分析可知，在前兩個(gè)階段搖蚊組和對(duì)照組沉積物-水界面中pH值無(wú)顯著變化(P<0.05)，加入搖蚊幼蟲(chóng)后的第15天，搖蚊組上覆水中的pH值小于同期對(duì)照組，搖蚊組沉積物中的pH值大于同期對(duì)照組，均呈顯著性差異(P>0.05)。在加入搖蚊幼蟲(chóng)的第15天，搖蚊組上覆水pH值降低，可能是因?yàn)槌练e物整體的pH值較低。pH的變化趨勢(shì)可以在一定程度上反映水體堿度的變化趨勢(shì)。在這3個(gè)階段沉積物pH值呈現(xiàn)表層相對(duì)略高而下層略低的趨勢(shì)，上覆水的pH較高而沉積物的pH較低，且上覆水pH的時(shí)空變化較大而沉積物pH的變化較小，這主要是由體系中的各種物理化學(xué)反應(yīng)所引起的。

在加入搖蚊幼蟲(chóng)后的第5天，兩組pH值隨深度增加變化較?。辉诩尤霌u蚊幼蟲(chóng)的第15天，沉積物-水界面處的pH呈波動(dòng)變化，這可能是因?yàn)榇穗A段搖蚊幼蟲(chóng)在沉積物中的引灌作用較強(qiáng)，且活動(dòng)范圍不固定，而沉積物-水界面和沉積物-40 mm以下，沉積物中pH的空間分布重新趨于均勻，這可能是因?yàn)閾u蚊幼蟲(chóng)的擾動(dòng)作用減少，垂向上的物質(zhì)混合作用趨于平衡，這一結(jié)果與Anschutz等對(duì)顫蚓的研究相似；在加入搖蚊幼蟲(chóng)的初期，上覆水中的pH值降低，沉積物表層的pH值增加。一方面，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)均是敞開(kāi)體系，直接與空氣接觸，隨著空氣中的CO2進(jìn)入上覆水并大量積累，上覆水中pH值降低，同時(shí)，氨氮的氧化的過(guò)程要消耗堿度降低系統(tǒng)的pH值，每1 mg氨氮氧化為硝酸根需消耗7.1 mg的堿度；另一方面，搖蚊幼蟲(chóng)擾動(dòng)加快了間隙水與上覆水的交換，搖蚊幼蟲(chóng)的呼吸作用及其帶來(lái)的有機(jī)質(zhì)促進(jìn)反硝化作用的發(fā)生，使體系中的氮主要以氨的形式存在并釋放到上覆水中，進(jìn)而提高沉積物或上覆水的pH。系統(tǒng)脫氮過(guò)程是消耗堿度的過(guò)程，導(dǎo)致了底層間隙水中的pH值下降。

2.3沉積物-水微界面Eh垂向分布

沉積物-水界面Eh分布如圖3所示。3個(gè)時(shí)段的對(duì)照組和搖蚊組上覆水均在350 mV以上，屬于強(qiáng)氧化狀態(tài)，但是隨著沉積物深度的增加，Eh垂向剖面分布發(fā)生了明顯的改變。

圖3不同處理組沉積物Eh剖面分布

在加入搖蚊幼蟲(chóng)的前5天，對(duì)照組和搖蚊組沉積物中的Eh隨著深度的增加而降低，分別在拐點(diǎn)-19 mm和-25 mm處迅速下降。在加入搖蚊幼蟲(chóng)后的第5天，對(duì)照組與搖蚊組0～-12 mm的沉積物同一分層處的Eh值較為接近，無(wú)顯著性差異(P>0.05)；表層-12 mm以下同一分層處的Eh值呈顯著性差異(P<0.05)。其中，搖蚊組在-20～-25 mm處Eh值迅速減小，而對(duì)照組在-13～-24 mm之間隨深度增加急劇減小，在-25 mm以下，兩組的Eh隨深度小幅減小，并趨于穩(wěn)定。在加入搖蚊幼蟲(chóng)后的第15天，搖蚊組沉積物的Eh值在-25～-37 mm處迅速減小，對(duì)照組沉積物的Eh值在-12～-20 mm處迅速減小，對(duì)照組與搖蚊組同一分層處的Eh值在-12～-40 mm差異性顯著(P<0.05)，其他深度搖蚊組的Eh值均小于同一分層處對(duì)照組的Eh值，且無(wú)顯著性差異(P>0.05)?？梢?jiàn)，搖蚊幼蟲(chóng)的擾動(dòng)作用改變了沉積物的Eh值。

在搖蚊擾動(dòng)到的地方由于生物引灌作用，廊道里的O2增加，Eh也相應(yīng)的增加，而沒(méi)有生物擾動(dòng)到的地方Eh偏低。沉積物中Eh的大小影響著沉積物中硝化和反硝化過(guò)程，在完成同步硝化反硝化的氧化溝中，Eh在30 mV以上即可取得較好的硝化效果；Charpentier等認(rèn)為Eh=100 mV時(shí)硝化開(kāi)始，200 mV時(shí)達(dá)到最佳。本試驗(yàn)中所測(cè)得的Eh值較大，沉積物中表層-60 mm以上的沉積物中Eh值均在150 mV以上，表層-20 mm以上的氧化還原電位均在400 mV左右，依據(jù)前人的研究結(jié)果，可知本試驗(yàn)中沉積物-水界面有硝化反應(yīng)。在加入搖蚊幼蟲(chóng)后第15天，搖蚊幼蟲(chóng)的呼吸作用及其生命活動(dòng)所帶來(lái)的有機(jī)質(zhì)改變了沉積物的氧化還原條件，降低沉積物的Eh。

3結(jié)論

搖蚊幼蟲(chóng)的擾動(dòng)作用改變了沉積物-水界面處的溶解氧、酸堿度以及氧化還原條件。本文試驗(yàn)結(jié)果表明，搖蚊幼蟲(chóng)的引灌和擾動(dòng)作用明顯促進(jìn)了上覆水的富氧效果，改變了間隙水DO的垂向分布，增加了O2在沉積物局部的滲透深度，使得搖蚊組沉積物OPD大于6 mm。搖蚊幼蟲(chóng)擾動(dòng)初期沉積物-水界面處的pH呈波動(dòng)變化，隨后重新趨于穩(wěn)定。搖蚊幼蟲(chóng)的擾動(dòng)作用使得沉積物-水界面中Eh值的垂向分布發(fā)生了明顯改變，由于生物引灌作用，廊道里的O2增加，Eh也相應(yīng)增加。