3試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

3.1疏浚前后表層沉積物pH、Eh及DO值比較

圖2中深度為0 mm表示沉積物-水分離界面，深度為負(fù)數(shù)表示在水土分離界面以下。由圖2(a)可見，疏浚前后表層沉積物中pH值變化不大，范圍均在7.3～8.3之間，疏浚柱子中深度在-13 mm以下pH值趨于穩(wěn)定，為7.4，未疏浚柱子中pH值在深度-8 mm以下穩(wěn)定至7.3。疏浚柱子的pH值略小于未疏浚柱子的pH值，均呈弱堿性。未疏浚柱子pH值相對較小的原因可能是其中沉積物中含有較多的有機(jī)質(zhì)沉積物，其生物化學(xué)作用產(chǎn)生的二氧化碳或有機(jī)酸等使pH值降低。對比王旭東等運(yùn)用微電極研究階段的變化趨勢，再結(jié)合本文圖2(c)中DO數(shù)據(jù)，也可得出與本試驗(yàn)一致結(jié)果。

圖2疏浚前后表層沉積物pH、Eh和DO值比較

Eh反映氧化還原反應(yīng)強(qiáng)度。沉積物中有許多氧化還原體系，如氧體系、鐵體系、錳體系、氮體系、硫體系及有機(jī)體系等。Eh值越高，氧化的強(qiáng)度越大;反之，則還原性越強(qiáng)。Eh值的大小影響沉積物中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分的有效性。由圖2(b)可見，本試驗(yàn)疏浚的Eh在0～-8 mm深度處一直緩慢增大，最大處可達(dá)291 mV，深度-8～-16 mm段緩慢變小，但都處在氧化環(huán)境，深度在-16 mm處突然減小，深度-17 mm處Eh值變?yōu)榱?，進(jìn)入還原環(huán)境，之后緩慢變小，深度至-22 mm處Eh穩(wěn)定在-65 mV;未疏浚柱子的Eh在深度0～-5 mm段緩慢變大，在-5～-9 mm段急劇變小至-300 mV，之后的基本處于穩(wěn)定。對比疏浚和未疏浚數(shù)據(jù)，突變的原因可以從圖2(c)中看出，O2濃度在這一沉積物層面變?yōu)?μmol/L，也就是為含氧層和厭氧層的分界面。疏浚和未疏浚柱子Eh值變?yōu)榉€(wěn)定的深度相差較大，由于Eh是多個(gè)氧化物質(zhì)與還原物質(zhì)發(fā)生氧化還原的綜合結(jié)果，對于水體或沉積物柱子來說，往往存在多個(gè)氧化還原電對，是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的體系。沉積物剖面的低氧化還原狀態(tài)分布的不同，也反映了不同沉積深度存在著有機(jī)質(zhì)的多少以及微生物活動(dòng)的強(qiáng)弱。

由圖2(c)可見，疏浚后的DO值約為未疏浚DO的2倍，可能是由于未疏浚沉積物表層中相對于疏浚新生沉積物表層含有較多的有機(jī)質(zhì)和微生物，其分解有機(jī)質(zhì)會(huì)消耗大量的O2，產(chǎn)生一些CO2、CH3COOH等酸性物質(zhì)使pH降低，這在圖2(a)中可以得到證實(shí)，此時(shí)pH值處在變小的過程。另外，從圖2(b)中的Eh值疏浚后大于未疏浚，這一點(diǎn)也可看出DO最大值的不同，是由于表層有機(jī)質(zhì)分解作用強(qiáng)弱不同。DO最大值均出現(xiàn)在沉積物-水界面處，原因可能為水土分離界面藻類等微生物在光照條件下可生產(chǎn)出O2。圖2(c)和許昆明等運(yùn)用微電極技術(shù)所測DO變化趨勢相似，這也與微電極技術(shù)運(yùn)用在海域的DO研究結(jié)果是一致的。未疏浚的含氧層和無氧層的分界面深度約為-8 mm，由于在其上部還有較多的微生物和含氮硫化合物，所以其耗氧會(huì)較快、較多，疏浚柱子DO濃度值變?yōu)榱愕纳疃葹?13 mm，未疏浚柱子DO濃度值變?yōu)榱愕纳疃扰cEh值變?yōu)樨?fù)值的深度大致在同一水平面，而疏浚過后的柱子Eh值變?yōu)樨?fù)值的深度大致在-17 mm，這與DO濃度值變?yōu)榱愕纳疃葹?13 mm相差較大，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因可能是由于疏浚后微生物群落的不同和生源物質(zhì)的減少使得耗氧過程推遲。

3.2疏浚前后間隙水的pH、Eh值比較

對微電極試驗(yàn)中用過的柱子進(jìn)行分層，離心分層得到表層沉積物中間隙水，運(yùn)用傳統(tǒng)方法測量間隙水的pH和Eh值，結(jié)果見圖3，分析剖面數(shù)值和變化規(guī)律，可以看出疏浚后的pH和Eh值總體大于未疏浚數(shù)值，這與運(yùn)用微電極技術(shù)測量疏浚前后得到的變化規(guī)律基本一致，并且pH和Eh兩者數(shù)值在不同層的變化幅度較大，連續(xù)性差。鐘繼承等用傳統(tǒng)方法對柱子分層所得到的Eh值與筆者運(yùn)用微電極測量結(jié)果趨勢一致，但傳統(tǒng)測量方法相對于微電極技術(shù)存在兩點(diǎn)不足之處:①離心間隙水的方法其分層尺度僅為厘米尺度，而微電極技術(shù)可以達(dá)到微米尺度;②分層測量的方法使樣品的pH和Eh值發(fā)生一些不可逆的變化，造成測量結(jié)果的不準(zhǔn)確。

圖3疏浚前后表層沉積物間隙水的pH、Eh值比較

3.3疏浚前后氮磷指標(biāo)值比較

由表2可見，疏浚對富營養(yǎng)化控制具有很好的效果，TP、SRP(溶解性正磷酸鹽)、DTP(可溶性總磷酸鹽)和TN、NH+4-N、NO-3-N濃度在上覆水和間隙水中都有不同程度的降低，主要可能是由于上層含有豐富有機(jī)物、約30 cm厚的沉積物被疏浚。分析TN、NH4+-N、NO3--N等3者濃度值可以發(fā)現(xiàn):NH4+-N和NO-3-N分別在疏浚前后所占TN比例較大，結(jié)合微電極測得剖面pH、DO及Eh值與李志霞等研究結(jié)果分析，原因可能是由于此時(shí)pH是NH+4-N轉(zhuǎn)化的主要影響因素。

表2疏浚前后上覆水和間隙水中氮磷質(zhì)量濃度mg/L

由表3可見，表層沉積物中LP(可交換態(tài)磷)很活潑，盡管它只占TP很小的比例，但常被看作為沉積物柱相互作用重要過程的較為實(shí)用的指示物。NAIP(非磷灰結(jié)合態(tài)磷)與OP(有機(jī)磷)為潛在可釋放態(tài)磷，在厭氧狀況下可以釋放供浮游植物生長利用，它經(jīng)常被用來估計(jì)沉積物短期與長期的有效態(tài)磷，而有機(jī)磷則是代表與有機(jī)質(zhì)結(jié)合的磷，它也是潛在可釋放的磷形態(tài)，本試驗(yàn)中NAIP與OP在垂直剖面上含量降低較為明顯，模擬疏浚能夠有效減少沉積物中NAIP與OP的含量，從而減少沉積物中這兩種形態(tài)磷的釋放風(fēng)險(xiǎn)。因此從表2、表3數(shù)據(jù)分析可以看出，底泥疏浚對富營養(yǎng)化控制有一定積極作用。

表3表層沉積物中氮磷質(zhì)量比mg/kg

4結(jié)論

a.相關(guān)研究表明，沉積物-水界面pH為弱堿性、Eh和DO為較大值，均可在一定程度上抑制沉積物氮磷的內(nèi)源釋放。運(yùn)用微電極技術(shù)分析可知:鹽城大縱湖疏浚前后pH值變化范圍都在7.3～8.3，且疏浚比未疏浚的pH值較大，疏浚后的Eh和DO值都較未疏浚的大。由pH、Eh和DO值的變化趨勢，可以得出底泥疏浚有助于控制富營養(yǎng)化的結(jié)論。

b.未疏浚柱子的pH值變?yōu)榉€(wěn)定的沉積物深度、Eh值為零的沉積物深度和DO濃度值變?yōu)榱愕纳疃纫恢?疏浚柱子的pH變?yōu)榉€(wěn)定的沉積物深度與DO濃度值變?yōu)榱愕纳疃纫恢?，但Eh值變?yōu)榱愕纳疃缺菵O濃度值為零的深度和pH趨于穩(wěn)定的深度約深4 mm，這可能是由于疏浚后新生表層沉積物中生源物質(zhì)含量較少，并且這時(shí)的微生物群落發(fā)生變化，沉積物進(jìn)入還原環(huán)境及微生物作用較弱的原因。

c.在研究沉積物的相關(guān)試驗(yàn)中，DO較少列出，由于技術(shù)的限制，很難測出沉積物的含氧厚度。本次試驗(yàn)疏浚和未疏浚的含氧層厚度分別為13 mm和8 mm，疏浚后沉積柱好氧層厚度比疏浚前的要大。

d.從微電極技術(shù)和傳統(tǒng)方法的比較中可以看出，不同尺度下兩者測得的pH和Eh值差別很大，由于微電極技術(shù)可以進(jìn)行多次無擾動(dòng)的測量，同時(shí)也可觀察微小范圍內(nèi)的變化梯度，更能測得原位的、接近真實(shí)的數(shù)據(jù)，因此采用微電極技術(shù)測得的數(shù)據(jù)在微尺度研究層面上更具有真實(shí)意義。