摘要：利用高分辨率的薄膜擴散梯度技術(DiffusiveGradientsinThinFilms，DGT)和微電極技術，從微界面的角度研究了搖蚊擾動對沉積物中溶解氧(DO)、活性磷(LabileP)、活性鐵(LabileFe)及LabileP擴散通量的影響。研究發(fā)現(xiàn)搖蚊幼蟲擾動增加了沉積物中溶解氧的滲透深度，降低了LabileP和LabileFe的濃度，同時抑制了LabileP向上覆水中的釋放。由于LahileP與LahileFe顯著相關(對照組R=0．672，P<O．001；搖蚊組R=0．810，P<0．001)，可知LabileP的變化受DO和LabileFe控制，即LabileFe被氧化生成三價Fe(O0H)，同時吸附LabileP，使得LabileP和LabileFe同時降低。

在淡水系統(tǒng)中，磷是構(gòu)成初級生產(chǎn)力和食物鏈最重要的生源要素，同時也是水體富營養(yǎng)化的主要限制因子?。一直以來，外源磷的大量輸入，造成了湖}自富營養(yǎng)化等嚴重的環(huán)境問題。近年來，隨著外源磷污染治理力度的不斷加大，外源磷污染已得到初步控制，而內(nèi)源磷污染強度呈現(xiàn)增加趨勢并在湖泊污染中的貢獻比例逐漸增大。因此，研究內(nèi)源磷的釋放機制對控制湖泊富營養(yǎng)化問題、維持湖泊健康具有重要意義。目前，關于內(nèi)源磷污染的形成，普遍認為沉積物中的鐵在控制內(nèi)源磷釋放中起到關鍵作用，在缺氧或厭氧條件下，氧化鐵被還原，使得鐵結(jié)合態(tài)磷向沉積物間隙水中釋放和向上遷移，從而造成二次污染。這種鐵結(jié)合態(tài)磷被認為是沉積物中重要的可移動性磷，其遷移轉(zhuǎn)化受氧氣、pH、氧化還原電位(Eh)、微生物活性等環(huán)境因素的影響。此外，生物擾動作為在沉積物中經(jīng)常發(fā)生的生物過程，其對磷從沉積物向上覆水中的釋放也有重要影響。

湖泊沉積物中的底棲動物通過挖穴、攝食、通風、排泄等活動影響沉積物一水界面磷等化學組分的物質(zhì)交換，同時加強間隙水與上覆水的交換作用。搖蚊作為富營養(yǎng)化湖泊中底棲動物的典型代表，其幼蟲在沉積物中構(gòu)筑U形廊道，通過將上覆水引灌進洞穴向沉積物中輸入溶解氧同時實現(xiàn)間隙水中磷等營養(yǎng)鹽向上覆水中的擴散。然而在搖蚊擾動對磷向上覆水中釋放的研究中仍存在分歧，例如：Gallepp和Fukuhara等的研究指出搖蚊擾動促進了沉積物中磷的釋放；Lewandowski等和Reitzel等及Zhang等卻發(fā)現(xiàn)搖蚊擾動會抑制沉積物中磷的釋放；也有少量的研究者認為搖蚊擾動對磷的釋放沒有影響。存在分歧的原因可能是由于搖蚊的個體比較小，在毫米級，對其在生物擾動過程中的采樣技術往往要求高分辨率，傳統(tǒng)的壓榨法、離心法和透析法破壞了沉積物原有的結(jié)構(gòu)，Peeper(9minx9ram)和Rhizon技術雖保證了原位性分辨率卻不夠高。為此，為了能準確地研究搖蚊擾動對沉積物中磷釋放的影響，迫切需要一種高分辨率的間隙水原位采樣技術。

本文使用高分辨率(可達毫米級)的DGT技術進行原位采樣分析。利用DGT技術測定搖蚊幼蟲廊道周圍LabileFe和LabileP的濃度并輔以溶解氧微電極測定微界面附近DO的含量，分析其變化規(guī)律，意在為準確揭示搖蚊擾動對沉積物中磷釋放的影響這一科學命題提供更多依據(jù)。

1材料與方法

1．1 DGT的準備

本試驗DGT固定膜采用Xu等發(fā)明的同時固定LabileP和LabileFe的ZrO．Chelex膜。組裝時，將ZrO．Chelex膜、濾膜(whatman，0．45 m孔徑)依次放在DGT裝置底板上，蓋上蓋板，用魚線(jus~on，0．33mm直徑)穿孔將其綁緊。將組裝好的DGT裝置放人0．03mol／L的NaNO溶液中沖氮去氧至少16h并密封保存留著備用。

1．2試驗設計

采樣點選在富營養(yǎng)化程度較高的太湖藻型湖區(qū)梅梁灣(31。3031”N，120。1030”E)。利用大口徑重力采樣器(直徑Ⅱ0mmX500ram)在該采樣點采集沉積物柱樣，沉積物深度不少于20cm，同時在該處取幾桶湖水用于室內(nèi)模擬培養(yǎng)試驗。另用彼得森采樣器采集少量沉積物，過2mm篩后從中挑選4齡期搖蚊幼蟲，將收集到的搖蚊幼蟲在有3cm厚沉積物的玻璃缸中好氧5℃暫養(yǎng)。所有樣品采集后立即運回實驗室。

培養(yǎng)試驗在實驗室內(nèi)進行。將采集的沉積物按2em分層，同層沉積物收集在一起，過篩(60目)后依次填充到10根有機玻璃管(長40cm，直徑Ⅱem)中，用虹吸法小心注入采集的湖水，制成沉積物高15em，上覆水高5em的沉積物柱樣。將10根沉積物柱樣每5根放人一個聚乙烯塑料桶(深45cm)中，往桶中緩慢加入湖水淹沒培養(yǎng)，并用微孔曝氣頭曝氣，水溫控制在25℃，預培養(yǎng)16d以使沉積物達到穩(wěn)定。穩(wěn)定16d后挑選采集的4齡期搖蚊幼蟲195條均分引入到一個桶的5根柱樣中設置為搖蚊組(每根柱子39條，生物量為38．5Og／m，采樣點現(xiàn)場生物量為4．34s／m)，另外一個桶中的5根柱子不加任何東西設置為對照組。

整個試驗過程中控制每天光照培養(yǎng)12h，黑暗培養(yǎng)12h。

1．3樣品采集

試驗引入搖蚊幼蟲后分4個時段(7d、46d、Ⅱ6d、140d)進行樣品采集：從搖蚊組和對照組各取一根柱樣，用溶解氧微電極(OX一100，Unisense，Denmark)測其沉積物一水界面處的DO濃度，搖蚊試驗組微電極針要對著搖蚊洞穴孔插入。DO測定結(jié)束后取2個DGT裝置，將其垂直緩慢分別插入2根柱樣的沉積物中，保留3～5cm在上覆水中，穩(wěn)定24h后拔出DGT裝置，沖洗干凈后沿著DGT蓋板邊緣劃開，取出ZrO—Chelex膜。用切片刀將ZrO．Chelex膜切成長條狀，逐一挑入離心管中。然后依次加入1mol／L的HNO和1mol／L的NaOH提取液分別提取被固定的LabileFe和LabileP各24h，將得到的提取液冷藏待分析。

1．4樣品分析

LabileP的測定采用鉬銻抗比色法；LabileFe的測定采用改進的菲羅啉比色方法。

1．5數(shù)據(jù)處理

根據(jù)式(1)計算與DGT接觸的外界間隙水中LabileP和LabileFe的濃度：

式中：——固定膜上待測離子累積量，Ixg；△g——擴散層厚度，cm；D——離子的擴散速率，cm／s(可通過表格查得)；A——DGT-L．j#b界接觸面積，em；f——擴散時間，s；CDGT——時間t內(nèi)待測離子的平均質(zhì)量濃度，mg／L。

由DGT測得的一維LabileP的垂向濃度可計算其從沉積物向上覆水的擴散通量。根據(jù)Fick定律由式(2)計算：

式中：．，——離子從沉積物向上覆水的擴散通量，．g／(cm?！)(正值表示離子從沉積物向上覆水中擴散，負值反之)；咖——表層5mm沉積物的含水率(取0．9)；D——離子在沉積物中的擴散系數(shù)(可由離子在水中的擴散系數(shù)和。(i>0．7)算得)。