采用物理改良措施覆沙和底质疏松，对南四湖湿地沉积物~水微界面氧化还原状况及间隙水营养盐垂向分布特征的影响进行了研究。结果表明，改良措施能够有效地改善沉积物的物理结构及氧气的垂向分布。在沉积物~水界面附近，覆沙和底质疏松均能显著提高界面处氧化层的厚度，覆沙效果最佳。随着剖面深度的增加，间隙水中NH4+和可溶性PO43-浓度呈指数关系增长，改良措施能有效降低间隙水中PO43-的含量，轻度底质疏松的效果最佳，差异显著（P＜0.05）。而界面以下NO3-和氧气浓度呈指数关系下降，在沉积物中10cm以下时营养盐接近一个常数，在4mm以下溶解氧接近0.对剖面沉积物不同形态的磷组分进行统计检验表明，改良措施能有效提高表层沉积物中NH4Cl-P及BD-P（铁磷）的含量。


南四湖是山东省重要水源地，为南水北调工程东线必经通道。对湖泊水体来说，沉积物犹如一个营养贮存库，湖泊水体富营养化程度与底泥营养物释放有较为密切的联系。有关通过沉积物改性来控制湖泊内源污染的技术手段，主要包括污染底泥疏浚，吹填（用清洁表土覆盖污染底泥）及添加化学试剂如铝盐和钙盐来固定磷酸盐等。前两者控制底泥营养盐释放在一些湖泊治理中起到了一定的积极作用，但随着时间的推移，良好的水质状态不能保持。而添加化学试剂成本高且易带来对湖泊的二次污染。


作者采用原位间隙水采样器技术（Peeper）及微氧电极技术来模拟研究物理改良措施对沉积物~水微界面沉积物氧化还原状况及间隙水营养盐的影响，旨在探讨通过底泥疏松、覆沙的物理改良措施，达到有效改善表层沉积物氧化还原状况、孔隙度等，以较低成本有效控制内源污染的目的，为今后该区植被的生长和恢复创造条件。


1、材料与方法


1.1 Peeper结构简介


Peeper主体是由一系列小室组成，小室两侧覆盖一层渗析膜，室内预先封装去离子水，利用渗析膜过滤的特性，使膜两侧水体（如去离子水和间隙水）中一些可溶离子和分子交换达到平衡。Peeper制作材料为有机玻璃，20个小室并行排列，间隔1cm,每一小室体积约为6.4ml,孔径为0.45μm的渗析膜，具生物惰性，使用时用双面夹板固定于采样器主体板上。


1.2实验设置


以南四湖新薛河入湖口原位柱状沉积物为研究对象，采用室内模拟在有机玻璃柱（φ170mm×350mm）中培养方法，在柱状玻璃管中插入peeper来获得沉积物间隙水溶液。实验设4个处理：原状土，覆沙（表层5cm沉积物和沙按照1:1体积拌匀），轻度基底疏松即划耕（划耕疏松深度20cm、间距5cm），重度基底疏松即翻耕（翻耕深度20cm），每种处理设置3个重复。


1.3水土界面溶解氧的测定


水土界面氧气的垂向分布采用溶氧微电极进行（丹麦Unisense公司）测定。该微电极的有效测定区（sensing tip）小于20μm,涂有固态光敏荧光粉；在0——100%空气饱和度水体中，氧气浓度与光强呈线性关系；电极反应时间小于1s;每次使用前，采用饱和空气（100%氧气）与加入Na2SO3的纯净水（0%氧气）进行两点校准。电极安装在微电极操作器上，每秒下移电极0.037mm进行连续测定，直至氧气含量接近0.


1.4间隙水的采集与分析


将Peeper垂直插入底泥至预定深度。自Peeper投放时间计起，平衡30d,从泥中拔出Peeper,即刻用低压水枪冲洗其单面所附泥块，并用吸水纸吸干膜外部湖水，立即用移液枪穿孔抽取适量体积间隙水装入具塞小瓶中，2h内带回实验室，水样过GF/F滤膜后用Skalar流动分析仪（SKALAR San++,荷兰）进行PO43-,NH4+,NO3-,NO2-分析。


1.5沉积物性质分析


1.5.1水分含量、容重、空隙度的测定水分测得采用烘干法在105℃下烘6h,含水率为沉积物烘干前后质量差值与原有湿沉积物质量的比值。湿容重采用环刀法测定。利用柱状采样器，采集表层沉积物柱样，保持原始结构不被破坏，将湿底泥填满金属小环（h＝0.90cm,φ＝3.50cm），容重为湿沉积物的质量与小环体积的比值。在105℃下烘6 h,孔隙度按下面公式计算。

式中：Ww为沉积物鲜重；Wd为沉积物干重。


1.5.2总碳和总有机碳的测定


总碳和总有机碳用TOC分析仪（LiquiTOCII,德国Elementar公司生产）测定。


1.5.3沉积物NH4+、NO3-、总氮、总磷及磷形态的测定


沉积物NH4+、NO3-含量测定：称取相当于10g烘干土的新鲜沉积物，2mol L KCl溶液浸提（液：土=5:1），振荡30min,过滤后比色法（波长为210nm）测定浸提液中NO3-含量，纳氏比色法（波长为420mm）测定浸提液中NH4+含量。总氮（TN）的测定为碱性过硫酸钾消解后在波长210nm比色法测定。磷形态测定采用Emil等方法测定，将沉积物磷分为弱结合态（NH4Cl-P），铁磷（BD-P），铝磷（NaOH-P），钙磷及部分有机磷（HCl-P），残渣态磷（Res-P）。总磷（TP）的测定采用SMT法。