2.2沉積物-水微界面pH垂向分布

搖蚊組和對照組沉積物-水界面中pH的分布情況如圖2所示?？梢钥闯觯瑢φ战M和搖蚊組沉積物中pH值隨深度的增加而減小，3個階段表層沉積物-45 mm以上的pH值垂向變幅較大，-45 mm以下基本上穩(wěn)定。在3個時段對照組的pH平均值為6.9、7.5、7.4，搖蚊組為6.8、7.7、7.5。加入搖蚊幼蟲后的前5天，上覆水pH值無顯著變化，沉積物0～-20 mm的pH值迅速減小，后變化趨勢減弱，-25 mm處又開始緩慢回升；在加入搖蚊幼蟲后的第5天，兩組間隙水中的pH多分布在7.3～8.4之間；在加入搖蚊幼蟲后的第15天，對照組0～-10 mm變幅較大，搖蚊組在0～-8 mm的pH隨深度增加呈波狀變化，且在-6～-12 mm處搖蚊組和對照組pH差值為0.3～0.5。從加入搖蚊幼蟲的第5天到加入搖蚊幼蟲的第15天，搖蚊擾動深度的逐漸加深，搖蚊組與對照組間隙水pH值的最大差異點也隨之加深。

圖2不同處理組沉積物pH剖面分布

通過分析可知，在前兩個階段搖蚊組和對照組沉積物-水界面中pH值無顯著變化(P<0.05)，加入搖蚊幼蟲后的第15天，搖蚊組上覆水中的pH值小于同期對照組，搖蚊組沉積物中的pH值大于同期對照組，均呈顯著性差異(P>0.05)。在加入搖蚊幼蟲的第15天，搖蚊組上覆水pH值降低，可能是因為沉積物整體的pH值較低。pH的變化趨勢可以在一定程度上反映水體堿度的變化趨勢。在這3個階段沉積物pH值呈現(xiàn)表層相對略高而下層略低的趨勢，上覆水的pH較高而沉積物的pH較低，且上覆水pH的時空變化較大而沉積物pH的變化較小，這主要是由體系中的各種物理化學反應所引起的。

在加入搖蚊幼蟲后的第5天，兩組pH值隨深度增加變化較小；在加入搖蚊幼蟲的第15天，沉積物-水界面處的pH呈波動變化，這可能是因為此階段搖蚊幼蟲在沉積物中的引灌作用較強，且活動范圍不固定，而沉積物-水界面和沉積物-40 mm以下，沉積物中pH的空間分布重新趨于均勻，這可能是因為搖蚊幼蟲的擾動作用減少，垂向上的物質混合作用趨于平衡，這一結果與Anschutz等對顫蚓的研究相似；在加入搖蚊幼蟲的初期，上覆水中的pH值降低，沉積物表層的pH值增加。一方面，實驗系統(tǒng)均是敞開體系，直接與空氣接觸，隨著空氣中的CO2進入上覆水并大量積累，上覆水中pH值降低，同時，氨氮的氧化的過程要消耗堿度降低系統(tǒng)的pH值，每1 mg氨氮氧化為硝酸根需消耗7.1 mg的堿度；另一方面，搖蚊幼蟲擾動加快了間隙水與上覆水的交換，搖蚊幼蟲的呼吸作用及其帶來的有機質促進反硝化作用的發(fā)生，使體系中的氮主要以氨的形式存在并釋放到上覆水中，進而提高沉積物或上覆水的pH。系統(tǒng)脫氮過程是消耗堿度的過程，導致了底層間隙水中的pH值下降。

2.3沉積物-水微界面Eh垂向分布

沉積物-水界面Eh分布如圖3所示。3個時段的對照組和搖蚊組上覆水均在350 mV以上，屬于強氧化狀態(tài)，但是隨著沉積物深度的增加，Eh垂向剖面分布發(fā)生了明顯的改變。

圖3不同處理組沉積物Eh剖面分布

在加入搖蚊幼蟲的前5天，對照組和搖蚊組沉積物中的Eh隨著深度的增加而降低，分別在拐點-19 mm和-25 mm處迅速下降。在加入搖蚊幼蟲后的第5天，對照組與搖蚊組0～-12 mm的沉積物同一分層處的Eh值較為接近，無顯著性差異(P>0.05)；表層-12 mm以下同一分層處的Eh值呈顯著性差異(P<0.05)。其中，搖蚊組在-20～-25 mm處Eh值迅速減小，而對照組在-13～-24 mm之間隨深度增加急劇減小，在-25 mm以下，兩組的Eh隨深度小幅減小，并趨于穩(wěn)定。在加入搖蚊幼蟲后的第15天，搖蚊組沉積物的Eh值在-25～-37 mm處迅速減小，對照組沉積物的Eh值在-12～-20 mm處迅速減小，對照組與搖蚊組同一分層處的Eh值在-12～-40 mm差異性顯著(P<0.05)，其他深度搖蚊組的Eh值均小于同一分層處對照組的Eh值，且無顯著性差異(P>0.05)?？梢姡瑩u蚊幼蟲的擾動作用改變了沉積物的Eh值。

在搖蚊擾動到的地方由于生物引灌作用，廊道里的O2增加，Eh也相應的增加，而沒有生物擾動到的地方Eh偏低。沉積物中Eh的大小影響著沉積物中硝化和反硝化過程，在完成同步硝化反硝化的氧化溝中，Eh在30 mV以上即可取得較好的硝化效果；Charpentier等認為Eh=100 mV時硝化開始，200 mV時達到最佳。本試驗中所測得的Eh值較大，沉積物中表層-60 mm以上的沉積物中Eh值均在150 mV以上，表層-20 mm以上的氧化還原電位均在400 mV左右，依據(jù)前人的研究結果，可知本試驗中沉積物-水界面有硝化反應。在加入搖蚊幼蟲后第15天，搖蚊幼蟲的呼吸作用及其生命活動所帶來的有機質改變了沉積物的氧化還原條件，降低沉積物的Eh。

3結論

搖蚊幼蟲的擾動作用改變了沉積物-水界面處的溶解氧、酸堿度以及氧化還原條件。本文試驗結果表明，搖蚊幼蟲的引灌和擾動作用明顯促進了上覆水的富氧效果，改變了間隙水DO的垂向分布，增加了O2在沉積物局部的滲透深度，使得搖蚊組沉積物OPD大于6 mm。搖蚊幼蟲擾動初期沉積物-水界面處的pH呈波動變化，隨后重新趨于穩(wěn)定。搖蚊幼蟲的擾動作用使得沉積物-水界面中Eh值的垂向分布發(fā)生了明顯改變，由于生物引灌作用，廊道里的O2增加，Eh也相應增加。