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水體溶解氧含量是水環(huán)境質(zhì)量的重要參數(shù).本研究將室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)和疏浚工程相結(jié)合，探討了疏浚對(duì)沉積物-水界面耗氧能力、微剖面溶解氧分布的環(huán)境效應(yīng).研究結(jié)果顯示，疏浚具有降低溶解氧消耗能力的潛在長(zhǎng)期效應(yīng)，但是由于還原性物質(zhì)的暴露，疏浚后新生表層沉積物短期耗氧能力很強(qiáng)；疏浚沒(méi)有改變到氧氣在沉積物-水界面中的傳質(zhì)深度.結(jié)果暗示疏浚可能顯著提高重度富營(yíng)養(yǎng)化湖泊夏季溶解氧含量。
水體溶解氧的含量是衡量水環(huán)境質(zhì)量的重要參數(shù)，也可以指示人類(lèi)活動(dòng)對(duì)沉積物及水體的影響。沉積物-水界面是湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要界面，眾多物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程發(fā)生在該界面.該界面上的溶解氧會(huì)強(qiáng)烈地影響到湖泊中的地化循環(huán)過(guò)程.溶解氧可以介入鐵、磷的耦合循環(huán)控制沉積物中磷的釋放；溶解氧含量較高時(shí)水體中的氨氮較低；湖泊反硝化進(jìn)程會(huì)受到界面溶解氧的抑制。
沉積物疏浚是一項(xiàng)重要的湖泊內(nèi)源治理技術(shù).沉積物疏浚對(duì)溶解氧的影響是疏浚的其他生態(tài)環(huán)境效應(yīng)產(chǎn)生的基礎(chǔ).沉積物是湖泊溶解氧消耗的重要場(chǎng)所，其耗氧速率是評(píng)判湖泊耗氧能力的重要參數(shù)。湖泊沉積物是水體中物質(zhì)的源和匯，也是微生物、底棲動(dòng)物等生物的聚居地.湖泊疏浚去除了含有大量好氧污染物和生物的表層沉積物，但是也暴露出了含有大量還原物質(zhì)的深層沉積物.這些還原物質(zhì)可能消耗大量湖泊中的溶解氧.疏浚后新生表層沉積物耗氧能力有待開(kāi)展實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究.
沉積物中的微生物、孔隙率等環(huán)境條件都可能影響到溶解氧在沉積物－水界面的傳質(zhì).由于疏浚強(qiáng)烈的改變了這些環(huán)境條件，溶解氧在沉積物－水界面的垂向分布也可能產(chǎn)生變化.研究疏浚對(duì)溶解氧在沉積物-水界面的垂向微觀分布，有助于研究疏浚所產(chǎn)生環(huán)境效應(yīng)的微觀機(jī)理.但是普通的監(jiān)測(cè)方法，破壞了沉積物-水界面，并且無(wú)法獲得溶解氧在微觀尺度的準(zhǔn)確含量.微電極技術(shù)解決了這一問(wèn)題.微電極可以測(cè)量環(huán)境參數(shù)在微尺度(微米級(jí))空間上的數(shù)值，具有測(cè)量空間精度高、數(shù)據(jù)精度高、測(cè)定點(diǎn)無(wú)損等優(yōu)點(diǎn).
本研究將室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)和疏浚工程相結(jié)合，利用微電極技術(shù)和自制好氧動(dòng)力學(xué)設(shè)備研究:1)疏浚對(duì)湖泊沉積物耗氧能力的影響及影響的時(shí)間尺度；2)疏浚對(duì)溶解氧在沉積物－水界面微空間尺度的垂向分布的影響.并依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以溶解氧的變化為導(dǎo)向，探討了疏浚工程實(shí)施中應(yīng)該注意的問(wèn)題.
1材料和方法
1.1室內(nèi)實(shí)驗(yàn)樣品采集
東錢(qián)湖位于位于浙江省寧波市鄞州區(qū)東南部(E 120°42′，N 29°49′).為了減輕內(nèi)源污染，減緩富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程，2009年7月至2013年1月對(duì)東錢(qián)湖實(shí)施了生態(tài)疏浚.疏浚范圍涉及332萬(wàn)m2，疏?？偭繛?88.2萬(wàn)m3，疏浚深度30-80cm.
同期于東錢(qián)湖UDR采集10 L湖水，由便攜式冰箱帶回實(shí)驗(yàn)室.實(shí)驗(yàn)前在25℃對(duì)湖水曝氣至溶解氧100%飽和。
1.2沉積物耗氧動(dòng)力學(xué)研究
為研究疏浚后表層沉積物好氧潛力，表層沉積物再懸浮、疏浚淤泥泄露等情況對(duì)湖泊水體溶解氧的環(huán)境效應(yīng).采用自制的耗氧能力測(cè)定裝置(圖1)測(cè)定上述三個(gè)區(qū)域表層沉積物的耗氧能力.
測(cè)定中將反應(yīng)瓶裝滿曝氣后的湖水，按10 g/L(干重/體積)加入新鮮沉積物，開(kāi)始攪拌并測(cè)定開(kāi)始實(shí)驗(yàn)后70 min內(nèi)溶解氧飽和度衰減情況.測(cè)定過(guò)程中前5 min每0.5 min讀取一次溶解氧含量，5～10 min每1 min讀取一次溶解氧含量，10～20 min每2.5 min讀取一次溶解氧含量，20～30 min每5 min讀取一次溶解氧含量，30～70 min每10 min讀取一次溶解氧含量.測(cè)定溫度為25℃.磁力攪拌器采用相同的功率.實(shí)驗(yàn)測(cè)定不加沉積物的空白實(shí)驗(yàn).測(cè)定實(shí)驗(yàn)初始原水和實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)懸濁液中Eh和pH值。
由于FDR組在第13 min時(shí)溶解氧已經(jīng)消耗完全，因此選用各組前13 min溶解氧量變化進(jìn)行一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合.并計(jì)算各組溶解氧半衰期(t1/2)和初始氧耗速率(r0)。實(shí)驗(yàn)重復(fù)2次，結(jié)果取平均值。
圖1耗氧能力測(cè)定裝置示意圖
1.3沉積物—水界面溶解氧微剖面分布特征
為了研究疏浚對(duì)沉積物-水界面剖面分布特征及氧氣傳質(zhì)深度的影響，探討其可能原因.利用微電極分析儀(丹麥Unisense)，研究沉積物—水界面溶解氧微剖面分布特征.
利用UDR和PDR新鮮沉積物和湖水，構(gòu)建兩個(gè)區(qū)域的微生物抑制和不抑制微宇宙系統(tǒng).共構(gòu)建沉積物-水界面燒杯微宇宙系統(tǒng)共4組，各組兩個(gè)平行.于25℃培養(yǎng)10 d后利用微電極系統(tǒng)分析沉積物—水界面溶解氧的垂直剖面的分布.設(shè)定微電極系統(tǒng)電極穿刺步距為500μm，主機(jī)響應(yīng)時(shí)間為3 s。
