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沉积物~水界面的pH值呈现以上变化主要有两个原因：一方面是随着霍甫水丝蚓适应环境后不断地进行造穴活动，在已形成的和遗弃的洞穴中必然会被引灌入上覆水，导致洞穴中的pH值明显高于周边沉积物的pH值，随着洞穴数量的不断增加，沉积物~水界面处就形成了1 cm的pH值缓冲区域；另一方面是在实验过程中可以观察到相对均匀尺寸的颗粒逐渐在上覆水底部形成，这可能是由于霍甫水丝蚓的排泄物和搬运作用产生沉积物颗粒，这样的混合作用可以使得上覆水与沉积物的pH值趋向均一。本研究发现水丝蚓洞穴能在沉积物表层引起约0.6个pH值单位的降低，并形成约1 cm深的pH值过渡区域。Lewandowski等认为水丝蚓可将底层沉积物运送至表层，增加了上覆水与底层沉积物的接触，这也会使水丝蚓改造后的沉积物在表层出现一个pH值缓冲区域。Zhu等研究了沙蚕对海水沉积物~水界面二维pH值的改变，表明沙蚕通过掘穴行为将上覆海水引入到洞穴中，使得沉积物~水界面面积变大，并使表层沉积物在2.5 mm深度内的pH值产生了约0.4个pH单位的升高。
霍甫水丝蚓扰动会对沉积物~水界面pH值产生显著影响（图4）。未加霍甫水丝蚓时，沉积物~水界面pH值具有强烈的梯度变化，界面上2.5 mm水体中pH值呈碱性，较稳定，约为8.4，界面下2.5 mm深度内降低至7.5.加入霍甫水丝蚓后，上覆水pH值逐渐下降，至第7 d时稳定在约8.1，界面下2.5 mm内沉积物的pH值由未加霍甫水丝蚓时的7.5上升至霍甫水丝蚓扰动6 d后的7.8.经过水丝蚓扰动6 d后，在沉积物~水界面处5 mm深度（界面上、下各2.5 mm）内，pH值的变化梯度得到显著缓和。这很有可能是由于霍甫水丝蚓扰动增大表层沉积物的含水率，即部分上覆水进入到表层沉积物中，使表层沉积物中的氢离子与上覆水中的氢离子发生交换，从而缓和上覆水与表层沉积物的pH值变化梯度。生物扰动带来的沉积物交换还可能导致沉积物中腐植酸等成分发生上下移动，这也会影响沉积物中的pH值分布。Rao等用微电极研究了沙蚕扰动前后沉积物~水界面处的pH值变化特征，发现沙蚕扰动后，沉积物~水界面下1——5 mm深度处pH值变化梯度由每1 mm降低0.4个pH单位减缓至每1 mm降低0.25个pH值单位。
图4霍甫水丝蚓扰动作用对沉积物~水界面处pH值的影响（由图3A黑色竖线位置平面光电极数据每25个数值取1个平均值绘成）
3.2霍甫水丝蚓洞穴周边微环境pH值变化
霍甫水丝蚓掘穴行为可以在微观尺度上改变沉积物的pH值（图5），有水丝蚓洞穴的位置，pH值比洞穴周边未被扰动的沉积物高出0.2——0.6个pH单位，这说明霍甫水丝蚓洞穴对沉积物pH值的分布有重大影响。霍甫水丝蚓在进行掘穴活动时能将蚓体周围的表层沉积物附带输送至沉积物底层，而表层沉积物的pH值明显高于底层沉积物，再考虑到上覆水被引灌入洞穴中，这两个因素都导致洞穴内壁的pH值明显高于周边的底层沉积物。生物扰动可使各层沉积物发生交换，进而改变其物理化学性质，其对沉积物扰动能力的大小可能与生物体积有关。沈万斌等采用平面光电极方法研究发现颤蚓扰动对沉积物的pH值改变并不明显，可能是由于图像采集技术分辨率不高导致的。本实验采用的荧光强度比率值成像技术拥有较高的分辨率（21.5μm×21.5μm），霍甫水丝蚓掘穴之后，遗弃的洞穴内pH值明显高于周边沉积物的pH值。
相比于传统方法而言，本研究采用的基于RGB荧光比率值法测定沉积物~水界面二维pH值的方法拥有高分辨率、良好的均匀性、更快的响应时间、合理的造价、简单方便的仪器操作等优点，这些优点使本方法能满足微尺度二维pH值检测要求，例如植物根际、底栖生物扰动、微生物群落等实验环境。本方法在生物地球化学领域具有广阔的应用前景。
图5霍甫水丝蚓洞穴周边二维pH值分布
4结论
1）霍甫水丝蚓扰动对沉积物~水界面的二维pH值产生了明显的变化，主要表现在缓和了垂直方向上pH值的变化梯度，在沉积物~水界面处产生了pH值变化的缓冲区域。未扰动时，沉积物~水界面的pH值在2.5 mm深度内由8.4下降至7.0，霍甫水丝蚓扰动6 d后，在沉积物~水界面处1 cm深度范围内pH值由8.2变为7.6。
2）霍甫水丝蚓产生的洞穴可将上覆水引灌入洞穴中，使得pH值较高（8.4）的上覆水与界面下的低pH值（6.8）的沉积物直接接触，扩大了沉积物~水界面面积，沉积物内部的pH值分布特征也随着洞穴的产生而改变，洞穴边缘pH值可在1 mm范围内由7.4降至6.9。
