2.3底泥微界面环境ORP的变化规律


各处理组沉积物微环境ORP（氧化还原电位）剖面见图4。

图4实验结束后（第27天）各处理组沉积物ORP剖面


图4显示，各处理组沉积物的ORP在表层0～1.3 cm缓慢降低，在1.3～2 cm呈现迅速递减趋势，之后缓慢降低直至降到0 mv左右（由于微电极能够尖端细部进入沉积物的长度只有5 cm，所以深度在5 cm以下的沉积物ORP无法测量）；同时，组合扰动组ORP明显依次大于摇蚊幼虫组和对照组，河蚬的出现，使得ORP降低，而藻类的出现使ORP进一步增大，这与图2结果相吻合。同时，ES1、ES2、ES4、ES3、ES5的ORP剖面从左向右平移，ORP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降低了沉积物ORP主要可从以下三方面来做解释：首先，如前所述河蚬的出现显著降低了沉积物溶解氧渗透深度，氧气的消失对各层位ORP的减小具有较大贡献。其次，河蚬是排氨动物，NH4+-N排泄占TN排泄的50.78%～100%，在河蚬的打洞筑穴和摇蚊幼虫构筑廊道过程中，将表层含NH4+沉积物被动的拖拽到沉积物深处，由于生物扰动、生物平流等效应使得深层沉积物获得了更多的电子受体，ORP随之也呈现递减态势。另外，河蚬-摇蚊幼虫-物理组合扰动对微环境ORP产生了协同效应：水动力因素胁迫摇蚊幼虫在相同深度构筑更多廊道或向更深处构筑廊道，由此产生的生物引灌、生物平流效应也就越显著。沉积物各深度ORP均有所增加，并且增加的区域沿垂向上呈现逐渐扩张的趋势。


藻类的出现进一步增大沉积物ORP是因为藻进行光合作用产生的大量O2扩散到沉积物各层，使得沉积物获得了更多的电子供体，ORP也随之增大。


2.4沉积物微环境Fe2+的变化规律


各处理组沉积物微环境Fe2+剖面见图5。

图5不同处理组间隙水Fe2+剖面


由图5（a）可知，在底栖生物和藻类加入前（0 d）、ES1、ES2、ES3、ES4和ES5中Fe2+剖面相似，无显著性差异。在0～4 cm，ES1、ES2、ES3、ES4和ES5中Fe2+浓度随深度的增加而增大，分别从33.60、36.96、32.40、27.54和25.92μmol/L增大到60.70、64.21、61.20、55.07和52.02μmol/L。大于4 cm后，ES1、ES2、ES3、ES4和ES5中Fe2+浓度随深度的增加而减小，分别减小到33.72、34.07、37.98、30.39和28.49μmol/L，并保持稳定。图5（b）显示，与组合扰动相比，在沉积物0～5 cm，河蚬和藻类的出现进一步加大Fe2+的降低幅度。


图5中Fe2+浓度的变化规律表明，组合扰动下，河蚬或藻类的出现都能进一步显著减小间隙水中的Fe2+浓度。其原因如下：一是，河蚬扰动能将表层的氧化态颗粒带入到沉积物深处；二是，生物引灌作用可以将大量富氧上覆水涌入洞穴，溶解氧沿洞穴壁扩散形成一层环形沉积物氧化区，其周边沉积物和间隙水中的Fe2+不断向其扩散并被氧化成水合铁氧化物。此外，由于河蚬-摇蚊幼虫-物理组合扰动对沉积物影响范围增加，从而扩大了Fe2+浓度变化范围。


新形式组合扰动对沉积物界面改造的协同效应有关。物理扰动通过破坏表层沉积物的结构，迫使河蚬重新构筑洞穴、摇蚊幼虫重新构筑廊道或者向沉积物更深处迁移，从而增加沉积物-水界面面积，加大上覆水向间隙水的扩散，并通过生物引灌作用，扩大沉积物中好氧区体积。


而河蚬和摇蚊幼虫扰动则通过增加沉积物含水率和孔隙率，使得在同等剪切力作用下，更多的表层颗粒物质被悬浮，增加了其被氧化的几率。因此，在两者协同作用下，即更多的颗粒物质存在氧化的趋势，使得Fe2+进一步减小。同时藻类光合作用产生的氧也进一步增大了沉积物氧化区所占的体积，Fe2+也随之进一步减小。


2.5沉积物微界面环境物理的变化规律


各处理组沉积物微环境含水率与孔隙度见图6。


图6显示，各处理组的含水率和孔隙度均随着深度的增加呈现递减趋势。同时，各处理组柱样在0～6 cm范围内，ES1、ES2、ES3、ES4在同一深度沉积物的含水率与孔隙度呈现依次递增趋势，但ES5与ES3并无显著性差异。说明了河蚬的出现进一步促进沉积物含水率和孔隙度的增大，而藻类的出现对其并无显著性影响。各处理组间的差异性随着深度的递增呈现减弱趋势。


各处理组柱样6～10 cm范围内，同一深度沉积物含水率与孔隙度几乎相等、其中ES1、ES2、ES3、ES4、ES5表层0～6 cm沉积物含水率均值分别为56.65%、57.92%、59.69%、61.68%和59.16%；而表层0～2 cm沉积物含水率分别为60.54%、62.93%、65.54%、69.81%和65.28%。


河蚬的出现进一步增大了沉积物含水率和孔隙度是因为河蚬构筑洞穴、摄食、排泄等活动，促进生物引灌作用。当洞穴遭到物理扰动的破坏，河蚬被迫重新构筑洞穴，使得沉积物含水率和孔隙度呈现递增态势。同时，表层沉积物含水率、孔隙度的提高又可以使得同等物理扰动强度下有更多的沉积物发生再悬浮，由此产生的对洞穴更强的破坏性胁迫河蚬对沉积物结构产生更大程度的改造，更促进了含水率与孔隙度的进一步增加。

图6实验结束时（第28天）不同处理组沉积物含水率与孔隙度


3结论


（1）与组合扰动组相比，河蚬的出现降低了沉积物的OPD，而藻类的出现进一步增大了沉积物OPD；


（2）组合扰动下河蚬或藻的出现进一步增大了沉积物pH，由于河蚬组增加pH因素多，藻类组的pH要略低于河蚬组；


（3）组合扰动下河蚬的出现降低了沉积物ORP，而藻类的出现进一步增大沉积物ORP；


（4）河蚬的出现进一步增大了沉积物含水率和孔隙度，而藻类的出现对其并无显著性影响。