1.3样品分析方法


沉积物溶解氧渗透深度OPD、pH、ORP分别用微电极系统（Unisense，丹麦）测定。


间隙水中Fe2+用邻菲罗啉分光光度法测定。


含水率：将空坩埚放入烘箱，105℃条件下烘30 min，在干燥器中冷却20 min后称重，直至恒重为止（两次称重相差不超过0.000 5 g），记为g0。再取适量湿泥于坩埚中，称重为g1，将装湿泥的坩埚放入烘箱105℃条件下烘12 h，在干燥器中冷却20 min后称重，直至恒重为止（两次称重相差不超过0.000 5 g），记为g2。按下式计算含水率

孔隙度：是根据沉积物湿重与干重计算所得，计算公式如下


式中，m1为底泥干重；m2为底泥湿重；2.5为底泥干密度（g/cm3）。


2结果与讨论


2.1沉积物微界面环境氧的变化规律


不同处理组的沉积物微界面环境氧的分布规律见图2，图2中纵坐标0 mm处虚线表示沉积物-水界面（SWI），泥上坐标记为正，泥下坐标记为负。


图2显示，由于底栖生物作用、底栖生物和物理扰动的协同作用、藻类光合作用，导致沉积物微环境氧发生明显变化。其中，对照组（ES1）、摇蚊幼虫组（ES2）、组合扰动组（ES3）、河蚬组合扰动组（ES4）和藻类组合扰动组（ES5）对应的溶解氧渗透深度OPD分别为：5.1、6.8、10.2、8.0和11.5 mm。由此可见，ES1、ES2和ES3这3组的变化规律符合前人研究结果表明：三组中组合扰动组OPD最大，并依次大于摇蚊幼虫组和对照组（各处理组的氧剖面是对该沉积物柱样表层随机选取一点做穿刺测定的，在选点时避开了水丝蚓所打的虫洞，因此剖面具有相对一般性）。当河蚬或藻类出现时，沉积物OPD明显产生不同变化。与组合扰动组相比，河蚬的出现降低了沉积物OPD，而藻类的出现进一步增大了沉积物OPD。

图2实验中不同处理组沉积物O2剖面


其中河蚬降低沉积物OPD原因有四：一是河蚬自身的新陈代谢旺盛，需要消耗大量O2，从而减少了进入沉积物的O2；二是河蚬的挖穴、活动使得深层黑色的厌氧沉积物暴露于表层富氧的上覆水中，这些厌氧物质被O2氧化从而消耗大量的O2。三是河蚬打洞产生生物引灌作用，使得洞穴壁周围形成环形氧化区，并使好氧微生物活性恢复，从而消耗更多O2，同时河蚬的活动改造了微界面的生物廊道的构造，很多孔洞被重新封闭，氧气交换产生困难。四是由于河蚬和物理扰动的协同作用，强化了上述3个过程，进一步增大了O2的消耗。因此河蚬的出现消耗了大量沉积物表层O2从而降低了沉积物OPD。而藻类的出现增大了沉积物OPD是由于藻光合作用产生大量的O2，增大了上覆水与沉积物O2的浓度梯度，从而增大了O2向沉积物扩散的通量，因此藻类的加入进一步增大了沉积物OPD。


2.2沉积物微环境pH的变化规律


各处理组沉积物微环境pH剖面见图3。

图3显示，在沉积物表层0～1.5 cm，各处理组pH呈现迅速递减趋势，在1.5 cm之后pH趋于稳定。其中，在0～1.5 cm阶段，组合扰动组pH明显依次大于摇蚊幼虫组、对照组和组合扰动组，当河蚬和藻类出现时，pH进一步增大。从图3可以看出，河蚬组和藻类组pH剖面非常接近，只是河蚬组稍高，说明二者对pH的增量相当。同时，对照组、摇蚊幼虫组、组合扰动组、河蚬组（或藻类）的pH剖面曲线趋势从左向右平移，pH增加的区域沿垂向上呈现逐渐扩张的趋势。


其中组合扰动下河蚬的出现进一步增大了沉积物的pH主要可从以下四方面来做解释：首先，结合图2，ES4组OPD要大于ES1组和ES2组，有研究表明溶解氧有利于氧化有机物中的有机酸和氧化能吸附氢氧根的阴阳离子，使得pH增大，自然OPD的增大有利于pH的增加。


其次是河蚬打洞筑穴，加速了上覆水与间隙水的交换，生物引灌作用将带碱性的上覆水冲刷进入洞穴内，将沉积物中酸性物质中和并带离沉积物。同时河蚬的主要排泄产物含有正磷酸盐和氨氮，正磷酸盐的水解有利于pH的增大，而氨氮易被氧化，对pH贡献不大。另外，河蚬和物理组合扰动对微界面环境pH产生了协同效应：物理扰动能促进生物扰动，物理扰动胁迫河蚬构筑更多更深的洞穴，强化的生物引灌作用使得沉积物中pH增加的程度和区域相应的增大。综合这四个方面，河蚬组产生的碱化效应明显，因此河蚬的出现进一步增加了沉积物特定深度的pH，这也解释了ES4组OPD小于ES3组，而pH要大于组合扰动组的原因。


而藻类的存在同样产生了跟河蚬类似的效果，其主要原因是由于藻类光合作用吸收大量上覆水中CO2从而增大了上覆水的pH，pH增大后的上覆水在扩散作用、生物平流、生物引灌作用下与间隙水进行交换，同时藻类组的OPD最大，对氧化有机物中的有机酸和氧化能吸附氢氧根的阴阳离子有极大的作用，因此沉积物pH随之增大，但由于藻类组增加pH的因素相比河蚬组要少，因此pH要略低于河蚬组。